Устройство для измерения прозрачности рассеивающей среды (варианты)

Техническое решение относится к приборам, предназначенным для измерения с помощью оптических средств прозрачности рассеивающей водной или газовой среды. Цель предложения - расширение функциональных возможностей устройства. Это достигается тем, что устройство для измерения прозрачности рассеивающей среды, содержащее излучатель света 10, приемник излучения 20, соединяющую их конструктивную базу 30 и блок измерения и регулировки 40, отличается тем, что источником излучения 11 является равномерно освещенный белый экран с диффузным отражением или фотометрический шар, а приемник излучения 20 выполнен в виде ТВ камеры 21 на ПЗС матрице. В вариантах взаимодействия излучателя света 10 и приемника излучения 20 выполнены с помощью зеркал 51, 52, 53, 54.

Техническое решение относится к приборам, предназначенным для измерения с помощью оптических средств прозрачности рассеивающей водной или газовой среды.

Известно устройство для измерения прозрачности рассеивающей среды (Ерлов Н.Г. Оптика моря. Гидрометеоиздат, Л., 1980 - с.61), которое по своей технической сущности является наиболее близким к заявленному устройству, использующее определение прозрачности на основании измерения интенсивности параллельного пучка света, проходящего в водной среде путь фиксированной длины, с помощью одноэлементного приемника излучения. Это устройство содержит излучатель света, в виде электрической лампы, размещенной в герметичном боксе, имеющем иллюминатор, на оптической оси которого расположен объектив, и приемник излучения, выполненный на фотоэлементе, установленном также в соответствующем герметичном боксе, имеющем иллюминатор, на оптической оси которого расположены объектив, фильтр, диафрагма и фотоэлемент. Боксы излучателя света и приемника излучения соединены между собой жесткой конструктивной базой. Выход фотоэлемента подключен к блоку регулирования и измерения, где имейся также регулятор светимости лампы излучателя света.

Качество измерения этого устройства тем выше, чем лучше коллимирован пучок излучателя света и чем выше соосность излучателя света и приемника излучения, что предъявляет высокие требования к жесткости связывающей их конструктивной базе. Кроме того, для измерения прозрачности достаточно чистых сред конструктивную базу

прибора необходимо увеличить до 3-7 метров при сохранении ее жесткости, что снижает функциональные возможности указанного технического решения.

Задачей предложенного технического решения является расширение функциональных возможностей устройства.

Это достигается тем, что устройство для измерения прозрачности рассеивающей среды, содержащее излучатель света, приемник излучения, соединяющую им конструктивную базу и блок измерения и регулирования, отличается тем, что источником излучения является равномерно освещенный белый экран с диффузным отражением или фотометрический шар, а приемник излучения выполнен в виде ТВ камеры на ПЗС матрице. В вариантах взаимодействие излучателя света и приемника излучения выполняется с помощью зеркал.

Представленные иллюстрации поясняют суть предложения. На фиг.1 представлена функциональная схема устройства измерения прозрачности измеряемой среды, на фиг.2 и 3 - функциональные схемы устройств с использованием зеркал для передачи пучка от источника излучения к приемнику излучения.

Устройство для измерения прозрачности рассеивающей среды (фиг.1) содержит излучатель света 10, приемник излучения 20, соединяющую их конструктивную базу 30 а блок регулирования и измерения 40.

Излучатель света 10 выполнен из белого экрана 11 с диффузным отражением, равномерно освещенным лампой 12, помещенного в герметичном боксе с иллюминатором 13. Приемник излучения 20 выполнен в виде ТВ камеры 21 на ПЗС матрице, размещаемой в собственном герметичном боксе. Боксы излучателя света 10 и приемника излучения 20 соединены между су)бой конструктивной базой 30, по которой бокс излучателя света 10 имеет возможность продольного

перемещения в ручную или с помощью привода. Конструктивная база 30 выполняется в виде рамы или штока.

С целью повышения точности измерения вместо белого экрана 11 может быть использован фотометрический шар, что повышает равномерность освещенности источника излучения и позволяет измерить ТВ сигнал с большей точностью. С этой же целью в фотометрический шар могут быть установлены световые диоды, излучающие в узких участках спектра. Блок регулирования и измерения 40 состоит из телевизионного просмотрового устройства 41, электронного вычислителя прозрачности 42, регулятора светочувствительности камеры 43 и регулятора 44 светимости лампы 12 излучателя света 10.

Процесс измерения прозрачности среды производится следующим образом. Излучатель света 10 и связанный с ним конструктивной базой 30 приемник излучения 20 погружаются в водную акваторию или устанавливаются в пространстве, заполненном, например, агрессивной газовой средой. Блок регулирования и измерения 40 размещается на борту производящего измерения судна или соответственно выделенного для испытаний наземного помещения.

Излучатель света 10 вначале устанавливается в среде на расстоянии L1 от приемника излучения 20 (положение I). При этом устанавливается светимость экрана 11, при которой камера 21 вырабатывает номинальный сигнал. Изображение экрана 11 находится в центре экрана ТВ просмотрового устройства 41. Регулятором светимости 44 и регулятором светочувствительности камеры 43 устанавливается и фиксируется номинальный уровень сигнала в электронном вычислителе 42. Затем излучатель 10 вручную или с помощью привода перемещается на дальность L2 в положение II. Фиксируется новый уровень сигнала в вычислителе 42. Показатель ослабления среды вычисляется по формуле:

где - показатель степени ослабления света средой,

V1, V2 - уровни сигнала ТВ камеры 21, зафиксированные при дальностях L1 и L2.

С целью облегчения конструктивной базы 30 устройство может быть снабжено парой зеркал 51 и 52 (фиг.2), которые при измерении устанавливаются в положениях I и II. Излучатель света 10 и приемник излучения 20 в этом случае размещаются в общем боксе или их боксы механически соединяются между собой. Чтобы зеркала не перемещать по конструктивной базе 30, на ней могут быть установлены сразу две пары зеркал 51, 52 и 53, 54 (фиг.3).

Процесс измерения прозрачности среды по схеме с двумя парами зеркал (фиг.3) производится следующим образом. Устройство помещается в измеряемую среду. Блок регулирования и измерения 40, как и ранее, размещается на борту производящего измерения судна или соответственно выделенного для испытаний наземного помещения.

На экране ТВ просмотрового устройства 41 получаем два изображения излучателя света 10, при этом изображение, полученное от зеркала 54, будет иметь большую интенсивность по сравнению с изображением от зеркала 52 из-за разной длины пути света в измеряемой среде. Регулятором светимости 44 и регулятором светочувствительности камеры 43 устанавливается светимость экрана 11, при которой камера 21 вырабатывает номинальный сигнал изображения более интенсивного изображения излучателя света 10. Уровни сигнала от двух изображений излучателя света 10 одновременно фиксируются в электронном вычислителе 42.

Показатель ослабления среды вычисляется по формуле [1].

Испытания образцов предлагаемого устройства показали, что сложной настройки узлов не требуется, так как площадь экрана или шара 11 излучателя света 10 (фиг.1) составляет 10-30% от поля зрения камеры 21, а остальное ее поле зрения используется для компенсации несоосности приемника излучения 20 и излучателя света 10.

В результате предлагаемое устройство не требует обеспечения высоких требований к жесткости конструктивной базы прибора. За счет этого и высокой чувствительности измерительной части устройства повышаются его функциональные возможности, расширяющие диапазон прозрачности измеряемых сред.

1. Устройство для измерения прозрачности рассеивающей среды, содержащее излучатель света, приемник излучения, соединяющую их конструктивную базу и блок регулирования и измерения, отличающееся тем, что источником излучения является равномерно освещенный белый экран с диффузным отражением, а приемник излучения выполнен в виде ТВ камеры на матрице ПЗС.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что источник излучения выполнен в виде фотометрического шара.

3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что в фотометрический шар установлены светодиоды, излучающие в узких участках спектра.

4. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что блок регулирования и измерения содержит телевизионное просмотровое устройство, электронный вычислитель прозрачности, регулятор светочувствительности камеры и светимости излучателя света.

5. Устройство для измерения прозрачности рассеивающей среды, содержащее излучатель света, приемник излучения, конструктивную базу, на которой установлен приемник излучения, и блок регулирования и измерения, отличающееся тем, что в него введены два отражающих пучок излучателя света зеркала, имеющих возможность перемещения вдоль конструктивной базы.

6. Устройство для измерения прозрачности рассеивающей среды, содержащее излучатель света, приемник излучения, конструктивную базу, на которой установлен приемник излучения, и блок регулирования и измерения, отличающееся тем, что на базе установлены две пары жестко зафиксированных зеркал.