Способ определения прозрачности оптической среды

 

Изобретение относится к области измерений и может быть использовано для измерения прозрачности воды, атмосферы и других жидких и газообразных оптических сред. Целью изобретения яапяется повышение точности измерений . Это достигается посьшкой в исследуемый участок среды светового сигнала в виде последовательности импульсов с периодом посьшки, равным частному от деления четырех длин исследуемого участка на скорость распространения излучения в среде, с одинаковой длительностью, меньшей или равной половине периода посылки световых импульсов, с одинаковыми амплитудой и формой, приемом отраженных установленньЕми на границах измеряемого участка среды отражателями световых сигналов, преобразованием их в электрические сигналы, выделением первой и второй гармоник частоты посылки световых импульсов и Определением искомого параметра по отношению разности амплитуд второй и первой гармоник к их сумме. 1 ил. S (Л эо 30 ю

СОЮЗ СОВЕТСКИ%

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

А1 (1У (10 5114 С 01 N 21/47

®РГл

/ ., -::Ц?Й 1

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМ У СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

IlO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4015171/31-25 (22) 03.01.86 (46) 23.06.87. Бюл. 11 - 23 (71) Специальное конструкторское бюро научного приборостроения "Оптика" СО АН СССР и Институт оптики атмосферы СО АН СССР (72) П.П.Ваулин, Б.Н.Денчик и Г.О.Задде (53) 551.508.7 (088.8) (56) Авторское свиецетельство СССР

Ф 279996, кл. G 01 И 1/00, 1970.

Авторское свидетельство СССР

1Ф 958927, кл. С 01 N 21/47, 1982. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОЗРАЧНОСТИ

ОПТИЧЕСКОЙ СРЕДЫ (57) Изобретение относится к области ч измерений и может быть использовано для измерения прозрачности воды, атмосферы и других жидких и газообразных оптических сред. Целью изобретения является повышение точности измерений, Это достигается посылкой в исследуемый участок срецы светового сигнала в виде последовательности импульсов с периодом посылки, равным частному от деления четырех длин исследуемого участка на скорость распространения излучения в среде, с одинаковой длительностью, меньшей или равной половине периода посылки световых импульсов, с одинаковыми ам.плитудой и формой, приемом отраженных установленными на границах измеряемого участка среды отражателями световых сигналов, преобразованием их в электрические сигналы, выделением первой и второй гармоник частоты @ посылки световых импульсов и определением искомого параметра по отношению разности амплитуд второй и первой С гармоник к их сумме. 1 ил .!

318862 тогда

20 иС

И=

25

2 (А +Л Т) ?щ а

А,,А2

Изобретение относится к области измерений и может быть использовано для измерения прозрачности воды, атмосферы и других жидких и газообраз" ных оптических сред.

Цель изобретения — повышение точности измерения прозрачности оптической среды.

Сущность способа заключается в следующем, Световой сигнал излучается в направлении двух отражателей, установленных на границах участка оптической среды, на котором предстоить определить коэффициент прозрачности, в виде последовательности импульсов одинаковой Длительности, амплитуды и формы. При этом длительность импульсов. излучения выбирается меньшей или равной половине периода посылки импульсов, а период посылки — равным частному от деления учетверенной длины исследуемого участка на ско— рость распространения излучения в исследуемой среде. Тогда на вход приемника сигналы, отраженные отражателями, поступают сдвинутыми во времени друг относительно друга на величину

2L/Ñ, равную нечетному количеству полупериодов посылки импульсов. Поэтому на входе приемника будет сумма интенсивностей сигналов, отраженных обеими отражателями, которую можно записать

А!То(t) + TA Iо(t

2L

А где I (t) — функция, характеризующая изменение во времени интенсивности посылаемой последовательности импульсов около первого отражателя; коэффициент отражения первого и второго отражателей; коэффициент ослабления излучения при двухкратном прохождении сигнала через исследуемый участок оптической среды, связанный с коэффициентом прозрачности к соотношением Т = (1 — т ) ; длина исследуемого участка среды; скорость распространения излучения в исследуемой среде; время.

Так как длительность излучаемых импульсов одинакова и не превышает половину периода их следования и все они имеют одинаковую амплитуду и форму, то функцию, характеризующую изменение во времени интенсивности около первого отражателя, можно представить в виде

I а, 2?„, 10 I (t) = -ш- - + - —, à совКа о к

Э к к=i

2L I а, 2?

2L

15 о С

I, (t — — ) = -ш — +- — а„созК,>(---)т

С где I — максимальная амплитуда инЩ тенсивности посыпаемого импульса; а — коэффициент разложения

Фурье;

К = 0,1,2,3...;

Сумма интенсивностей сигналов, отраженных отражателями, может быть представлена в виде (A! + А,)I а, 30 I(t) ш о +

2 (А, +(-1) A T) Т,а к С

8 2LИ к=!

Отсюда для амплитуды i первой гармоники на выходе квадратичного приемника

2 (А, -А T) I„a

Н

40 для второй гармоники амплитуда

Таким образом, измеряя амплитуды первой и второй гармоник принятого суммарного сигнала, для определения прозрачности оптической среды достаточно образовать их соотношения или

50 отношение разности к сумме. Последнее отношение более предпочтительно, так как в устройствах, реализующих предлагаемый способ, всегда при калибровке можно уравнять коэффициенты отражения А, = А, а коэффициент передачи при измерении первой гармоники выбрать в а /а, раз меньше, чем при измерении амплитуды второй гармоники.

1318862

В этом случае, I

1 — 1, Т

ll + 12 а,i где

5 а !

21,lc а = F(t) cosK

1 огибающая интенсивности излучаемых импульсов.

На чертеже показана блок-схема устройства, реализующего предлагаемый способ. 15

Устройство содержит источник 1 излучения (например, светодиод или светодиодная матрица), к входу которого подключен задающий генератор 2, отражатели 3 и 4, установленные на 20 . границах исследуемого участка среды, фотодетектор 5 (например, ФЭУ или фотодиод), установленный на пути отраженного излучения, к выходу которого подключены фильтры первой 6 и второй 25

7 гармоник, каждый из которых соединен с соответствующим полосовым усилителем 8, 9, к которым подсоединены детекторы 10 и 11. Выходы детекторов соединены с входами блока 12 30 вычитания и блока 13 суммирования, выходы которых соединены с входами блока 14 деления, сигнал с которого подается на регистратор (не показан) .

Устройство работает следующим образом.

Излучение источника 1 формируется задающим генератором 2, например, по закону 40 .1 = sin>at для 04 ut@», J =0 . для n ut с 2»

I и направляется на отражатели 3 и 4, установленные на границах исследуемого участка среды. 45

Отраженное отражателями 3 и 4 излучение принимается фотодетектором 5 и преобразуется в электрические сигналы. Электрические сигналы поступают на фильтр 6, выделяющий первую гармонику, и фильтр 7, выделяющий вторую гармонику. Сигналы с фильтров 6 и 7 поступают на полосовые усилители 8 и 9, а затем на амплитудные детекторы 10 и 11. С выходов детекторов сигналы поступают нь блоки вычитания 12 и суммирования 13.

С блоков вычитания 12 и суммирования

13 сигналы поступают на блок 14 деления, в котором вырабатывается сигнал, пропорциональный величине прозрачности среды на участке между отражателями.

Формула изобретения

Способ определения прозрачности оптической среды путем излучения в исследуемый участок среды светового сигнала, приема сигналов, отраженных от границ исследуемого участка отражателями, и преобразования их в электрические сигналы, о т л и ч а ю— шийся тем, что,с целью увеличения точности измерений, световой сигнал излучают в виде последовательности импульсов с периодом посылки, равным частному от деления учетверенной длины исследуемого участка на скорость распространения излучения в среде, с равной длительностью, не превышающей половину периода посылки импульсов, и с равными амплитудой и формой, вьщеляют из принятых и преобразованных в электрические сигналов первую и вторую гармоники частоты посылки световых импульсов и по отношению разности величин амплитуд второй и первой гармоник к их сумме судят об искомом параметре.

1318862

Составитель С. Непомнящая

Техред В. Кадар

Корректор,В.Бутяга

Редактор С.Пекарь

Подписное

Заказ 2501/35 Тираж 776

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, r, Ужгород, ул. Проектная, 4