Способ измерения показателя рассеяния

 

Изобретение относится к исследованиям оптических характеристик водной среды дистанционными методами. Оно позволяет увеличить точность измерения показателя рассеяния путем формы реальной индикатрисы рассеяния на длине волны излучения при одновременном упрощении способа. Для этого при измерении показателя .рассеяния излучают в среду короткий узконаправленный световой импульс, принимают и измеряют рассеянный средой в обратном направлении световой сигнал, на заданном удалении от границы раздела измеряют величину трех или более значений сигнала на выходе приемника излучения, пропорционального мощности рассеянного средой в обратном направлении светового сигнала. При трех или более фиксированных и отличных друг от друга значениях угла зрения приемной оптической системы и по значениям углов зрения и отношениям соответствующих амплитуд сигналов вычисляют величину показателя рассеяния. 2 ил. (Л с:

СОЮЗ СО8ЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (И) (51) 4 G 01 N 21 47

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЬПИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

Н А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4264273/40-25 (22) 16.06.87 (46) 23.01.89. Бюл. Ф 3 (72) Р.Р. Красовский, В.И. Фейгельс, И.М. Левин, Е.И. Левин, Б.Ф. Кельба". лиханов и К.С. Шифрин (53) 535.;361(088.8) (56) Оптика океана./Под ред. А.С. Мо» нина. Физическая оптика океана.-М.:

Наука, 1983, с. 121-130.

Реппу М. P. et а1. Airborne laser

hydrogaphy — in Australi,а. Applied

Optics, 1986, v . 25, 1(13, р. 2046-2108. (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПОКАЗАТЕЛЯ ,РАССЕЯНИЯ (57) Изобретение относится к исследованиям оптических характеристик водной среды дистанционными методами.

Оно позволяет увеличить точность из4 мерения показателя рассеяния путем учета формы реальной индикатрисы расс еяния на длине волны излучения при одновременном упрощении способа.

Для этого при измерении показателя ,рассеяния излучают в среду короткий узконаправленный световой импульс, принимают и измеряют рассеянный средой в обратном направлении световой сигнал, на заданном удалении от границы раздела измеряют величину трех или более значений сигнала на выходе приемника излучения, пропорционального мощности рассеянного сре-. дой в обратном направлении светового сигнала, При трех или более фиксиро-. ванных и отличных друг от друга значениях угла зрения приемной оптической системы и по значениям углов зрения и отношениям соответствующих амплитуд сигналов вычисляют величину показателя рассеяния. 2 ил.

1453266

p =. е Ф(а6,6Ь), Л 6 (180) -i(«P>I (пН+Ь коэффициент зависящий толь- 45 ко от параметров излучателя и приемника, показатель поглощения среды, показатель рассеяния назад1 параметр аппроксимации индикатрисы рассеяния х()

50 функцией вида е 1 /, учитывающий форму реальной индикатрисы коэффициент преломления, 55 где А—

Ф(а6, 6 Ь)- рассчитанная и табулированная функция, зависящая на .глубине L от Я среды, параИзобретение относится к исследованиям оптических характеристик водной среды дистанционными методами и может быть использовано для определения показателя рассеяния воды в

5 лабораторных условиях, с судов и с различных летательных аппаратов.

Цель изобретения — увеличение точности измерения показателя рас- 10 сеяния путем учета формы реальной индикатрисы рассеяния на длине волны излучения при одновременном упрощении способа за счет исключения измерений эффективных показателей ослабления.

На фиг. 1 показано взаимное расположение источника и приемника излучений с различными углами зрения; на фиг. 2 — номограмма определения 2п величины показателя рассеяния при изменениях угла зрения приемной оптической системы, приведенного к поверхности соответственно в 2 и 10 pas, Сущность способа измерения пока- 25 эателя рассеяния заключается в следующем.

На борту судна или летательного аппарата на высоте Н от границы раздела (фиг. 1) располагают источник

1 импульсного излучения и пространственно совмещенный с ним приемник рассеянного излучения с регулируемым углом зрения. Мощность сигнала обратного рассеяния P с интересующей глубины L, приходящего в приемник через промежуток времени t = 2Lc, после прихода сигнала, отраженного от поверхности (с, — скорость света в воде), определяется по формуле метра а и угла зрения приемника, приведенного к поверхности, 6 — угол, показанный на фиг. и связанный с углом зрения приемника 2Ч соотношением

6= arctg g (— + — )

Н 1

1. и

Если источник и приемник находятся в одной среде (погружаемый прибор), то Н = Ои 9 ==g . Далее измеряют мощности сигналов обратного рассеяния Р< „ Р и Р» соответст« вующих одной и той же глубине при различных фиксированных .углах зрения у,, (р и Ч (6,, 6,, 6 ) и берут их отношения

Р< Ф(а9, 6 L)

Р Ф(а6„0 L) . Решая полученную систему иэ двух уравнений с двумя неизвестными (а и .

5 ) вычисляют значение 6 . При необходимости может быть также вычислено значение а, характеризующее форму реальной индикатрисы. Увеличением числа отсчетов углов зрения и соответственно числа отношений можно увеличить точность определения значения

Q . Решение системы уравнения в зависимости от конкретных технических средств, реализующих способ, можно проводить графически по номограммам, полученным из таблиц функции Ф(а 6, O L), или на ЗВМ, решая численными методами. систему из двух уравнений.

Рассматривают на практическом примере нахождение показателя рассеяния б с помощью номограммы, приведенной на фиг. 2. В верхней части номограммы изображена зависимость велиI чины у, = Ф(а 0} /Ф() (т. е. зави-, а9 симость отношения функции Ф при аргументе а 6 к функции Ф при уменьшении аргумента a 6 в 1 0 раз) от а 9 при различных значениях величины GL. В нижней части номограммы аналогичные зависимости для величины у = Ф(а 6 )/ а9

/Ф(— я-) (аргумента 6 уменьшен в

2 раза). Поскольку типичные значения

tg9

H+L + 1/и

25 з

14532 величины а лежат в интервале а = 6-8, то диапазон изменения величины GB изображенный на фиг. 2, соответствует значениям 0 в интервале 6 =1145 (0,2...0,8 рад). Это соответствует, е 5 например, для Н = 200 м и L 10 м. интервалу значений угла зрения приемной оптической системы (= 0,57...

2,3 (10-40 мрад), Пусть начальный угол зрения приемной оптической системы (p, . Тогда при известной высоте Н и выбранной

Н г луб ине L 9 a r c t g p g, (- + — ) . Для этого значения 0, (V,) находят величину электрического сигнала с приемника на удалении L от границы раздела, пропорциональную P. Далее уменьшают значение 8 последовательно в 2 и

10 раз путем-соответствующего изменения значения угла и замеряют соответствующие значения электрического сигнала, пропорциональные Р и Р>. По измеренным величинам, пропорциональным P,, P < и

Р>, находят у = Р /Р = В и y< = 30

= Р,/Р = А. Проводят на номограмме две прямые, параллельные оси а8у

= А и у = В. Из точек пересечения этих прямых с кривыми номограммы, соответствующих набору значений бЬ, опускают перпендикуляры на ось а8.

Та из точек пересечения этих перпендикулярных на оси а0, которая соответствует одинаковым значениям б в верхней нижней частях и номограм- 40 мы, и определит искомое GL и а8,. а так как значение 9 .и L известны, то следовательно, определит и значения б и а, На фиг. 2 показаны практические построения, проведенные для определения б и а вод Черного моря для случая, когда Н = 100 м, 10 м, с = 2 15 (B = 23 ). В этом случае получено у, = А = 22 и у = В =

66

I,8. Из построений, сделанных по изложенной методике, находят, что

Q L = 4,5 и а 8 = 3,0. Следовательно, (7 = 0,45 м, а = I 75.

Использование предлагаемого способа измерения показателя рассеяния по сравнению с известным обеспечивает следующие преимущества: уве личение точности измерения показателя рассеяния за счет учета формы реальной индикатрисы рассеяния, увеличение точности измерения показателя рассеяния за счет учета зависимости формы индикатрисы рассеяния от длины волны зондирующего излучения; упрощение способа за счет отказа от операций, связанных с вычислением эффектив. ных показателей ослабления.

Формула изобретения

Способ измерения показателя рассеяния преимущественно водной среды, заключающийся в том, что излучают в . среду короткий световой импульс, принимают и измеряют рассеянный средой в обратном направлении световой сигнал, после чего вычисляют величину показателя рассеяния, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью увеличения точности измерения показателя рассеяния путем учета формы реальной индикатрисы рассеяния на длине волны излучения при одновременном упрощении способа, дополнительно проводят измерения рассеянного в обратном направлении светового сигнала по крайней мере при двух фиксированных и отличных друг от друга и от первого значениях угла зрения приемной оптической системы и на заданном расстоянии от границы раздела сред. а величину показаI теля рассеяния вычисляют по значениям углов зрения и отношениям соответствующих сигналов и соответствующих значений табулированной функции, зависящей от параметра аппроксимации индикатора рассеяния.

1453266

y, * Ф(а s//ô(à в/N) t.0 у - e(ee/ю(аа/г)

Фи@.8

Составитель В. Калечиц

ТехредМ. Ходанич Корректор М. Максимишинец

Редактор Л. Зайцева

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

Заказ 7276/39 Тираж 788 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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