Неконтактный способ определения показателя ослабления воды

 

Изобретение относится к метеорологии и позволяет повысить точность определения показателя ослабления. Излучают в воду световой поток, промодулированный по амплитуде одновременно на двух частотах. В процессе приема рассеянного водой излучения оно ослабляется по определенной функции , что исключает влияние изменения расстояния между приемопередающей системой.и уровнем вод в направлении, зондирования при изменении рельефа взволнованной поверхности. Приведено .соотношение для определения показателя ослабления вод. 1 ил.

430926 А1

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (И) (,5)) 4 G Oi Н 1/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

IlO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3638302/24-10 (22) 02.09,83 (46) 15.10.88. Бюл. М - 38 (75) В.В.Половинко (53) 528.083(088.8) (56) Известия АН СССР, ФАО, 1969, Р 5, с. 28.

Иванов А.П. Физические основы гидрооптики, 1975, с. 122-.123. (54) НЕКОНТАКТНЫЙ СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ

ПОКАЗАТЕЛЯ ОСЛАБЛЕНИЯ ВОДЫ (57) Изобретение относится к метеорологии и позволяет повысить точность определения показателя ослабления.

Излучают в воду световой поток, промодулированный по амплитуде одновременно на двух частотах. В процессе приема рассеянного водой излучения оно ослабляется по определенной функции, что исключает влияние изменения расстояния между приемопередающей системой и уровнем вод в направлении зондирования при изменении рельефа взволнованной поверхности. Приведено .соотношение для определения показателя ослабления вод. 1 ил.

1430926

f (z) = а/(nz + z) где а — заданный масштабный множитель; 35

n — показатель преломления воды;

z » — расстояние, проходимое излучением в воздухе;

z — расстояние, проходимое излучением в воде. 40

Это обеспечивается малой расходимостью лазерного излучения и полевой диафрагмой 4 радиусом

In H гп (S + бе».»

+Z мс»кс ) 45

I где f фокусное расстояние объектива; площадь сечения лазерного пучка лучей на расстоянии вма кс/2»» максимальное расстояние z» площадь входного зрачка объектива.

50 макс ек. з, 55

При параметрах приемопередающей системы, удовлетворяющих уравнению (i), размеры поля излучения фокальной

Изобретение относится к технике метеорологического приборостроения и может быть использовано для дистанционного измерения показателя ослаб5 ления воды.

Цель изобретения — повышение точности определения показателя ослабления Воды, На чертеже приведена схема устрой- 10 ства, реализующего способ.

Устройство содержит лазер 1, модулятор 2, объектив 3, полевую диафрагму 4, конденсор 5, светофильтр

6, приемник 7 излучения, электронный 15 блок 8 и блок 9 отображения информации, Способ реализуется следующим образом.

С помощью лазера 1 излучают в 20 воду световой поток, промодулированный модулятором 2 на двух разных частотах д, и у 1 . Обратно рассеянное водой излучение принимается приемной системой, состоящей из объектива 3, 25 полевой диафрагмы 4, конденсора 5, светофильтра 6 и приемника 7. излучения. В процессе приема мощность рас-.. сеянного водой излучения ослабляется по функции (2) F = ТСL $1п2п где L — - яркость излучения природных вод; — коэффициент пропускания атмосферы и приемной оптической системы;

U - -передний апертурный угол приемной системы.

С учетом оптических характеристик природных вод, характеристик лазерного излучения и геометрии зондирования соотношение (2) можно преобразовать к виду

-Ес Ъ

F(t)=c. r > ) F (t-t ) — - — — —,-- (3) (2ri z +c t )2 о о где F(t) — мощность излучения, обратно рассеянного водой;

- время излучения;

I с — скорость света в воде, »О »

K — коэффициент подобия;

6 — показатель рассеяния воды;

F (t) — мощность лазерного излуо чения;

Я- — показатель ослабления воды;

z — расстояние между приемоо передающей системой и уровнем природных вод в направлении зонди- . рования (2к = z ).

При изменении рельефа взволнованной водной поверхности в процессе изплоскости объектива, принятого с малых расстояний, превышают размеры полевой диафрагмы и излучение проходит на приемник 7 только частично.

При z z „ излучение, прошедшее объектив, полностью попадает на приемник. Принятое излучение преобразуется в электрический сигнал, из которого с помощью электронного блока

8 выделяют две компоненты с частотами р, и р, измеряют их амплитуды и определяют отношение амплитуд A(Q i) и A(Q1), зависимое от показателя ослабления. Полученный результат отображается в блоке 9 отображения информации.

Мощность излучения F, попадающего на фотоприемник оптикоэлектронного приемного устройства, может быть определена из соотношения:

1 «30926 мерений из «еняется значение z,, что приводит к изменению F(t). Для исключения влияния изменения расстояния мощность излучения, принимаемого приемной оптической системой в процессе приема ослабляется по функции

mo

Выполнив преобразования, получают

z z ша

--,— (--) — — -

f-=(— — — — — — — )

1 — (— )2

f(z) = а/(nz + z)2.

В этом случае мощность излучения на выходе приемной оптической системы

ОО (F(t)= с y J F, (t-t ) Е Jt, (4) о где у = (/ /с.

Если модуляция светового потока, излучаемого лазером, описывается соотношением

F(t) = F sin (ut + ср ) где Я = 2I>/Ñ,„;

/с ц — период модуляции;

Яо — фаза, то

F(t) = А sin Qt +q ), (Р с F

ГДе — ((Е,Г) 2,„-2j 72

Последнее выражение зависит как от показателя ослабления, так и от показателя рассеяния воды.

При излучении светового потока, модулированного по амплитуде одновременно на двух частотах О, и (О2:

F(t)=A

М Fi где А, у «--+

4 F2

»г . 2 «.--, »

Определяя отношение амплитуд осцилляций мощности компонент принятого излучения m = А(61,)/А(И2), получают следующее выражение:

М2 f/2 с

m — — -- — — г — - m (g «- - )

r/ã .с

Полученное выражение позволяет оп1О ределить показатель ослабления природных вод по отношению к измеренным амплитудам осцилляций мощности компонент принятого излучения с часто15 тами О, и (д

Формула и э обретения

f(z) = а/(nz +z), 35 а — заданный масштабный коэффициент;

n — показатель преломления где

+ воды; — расстояние, проходимое излучением в воздухе;

z " "расстояние, проходимое излучением в воде, при этом показатель ослабле/«ия воды определяют по соотношению

50 Я=

2 z (2 m G3 (Я)2 с" m с

1-(— )

Шо

m где m u m — отношения амплитуд

55 излученного и принятого сигналов на час тотах Я, и я с — скорость света в воде.

Неконтактный способ определения показателя ослабления воды, включающий излучение в воду светового пото" ка, промодулированного по амплитуде, прием обратно рассеянного излучения и определение по его мощности показателя ослабления воды, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью повышения точности определения показателя ослабления, световой поток, излученный в воду, модулируют по амплитуде одновременно на двух час30 тотах <д, и д, а при,приеме обратно рассеянного излучения его мощность ослабляют в соответствии с зависи мостью

143092б

Составитель В. Досов

Редактор Л. Пчолинская Техред JI.Îëèéíûê Корректор M. Шароши

Заказ 534 1/49 Тираж 522 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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