Способ определения солености морской воды

Способ определения солености морской воды

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к области океанологических исследований и может использоваться при создании автономных устройств, предназначенных для исследования гидрофизических полей солености в условиях океана. Цель изобретения состоит в повьпиении пространственно-временного разрешения и точности определения солености морской воды за счет измерения текущих значений показателя преломленияморской воды для двух длин волн светового излучения. Затем определяются средняя S и пульсационная S составляющие солености по формулам fr гг) S i:n а., S 1 0 j Q m-1 i-ri-1 r-n-j tn-f (ПИ с .n; лп1)п,, j O где ДП, , (Т„, S)I - 10 y.e. ; .-. - /m .n -r i ДП , SJl-10- y.e. - измеряемые .текущие значения средних составляющих показателя преломпения относительно выбранного уровня по Т, S - характеристикам для двух длин волн светового излучения / и Д соответственно; п и п - измеряемые текущие значения пульсационных составляющих показателя преломления для двух, длин волн светового излуч ния Я и /,j соответственно; m - порядок учета нелинейных связей в аппроксимирующих полиномах; , Ь,-j , c,-j - заранее определяемые по известньш данным или в результате калибровки постоянные коэффициенты. 1 ил. i СЛ оо о со со о со

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (594 G О1 N 21 41

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

m y

Б = ). а,.; л и, а и"; =o я=0

m-1 rn 1

Е >;;ап, an )n +

=о j=o

m-1 tTI-1

+6» с.. ап лп")n =о i=o

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

К A BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3892559/24-25 (22) 08.05.85 (46) 15.04.87. Бюл. У 14 (72) M. А, Брамсон, Э, Г. Гончаров, Э. Ю. Дурович, B. В. Лукаш и M. Д. Петриков (53) 535 ° 024(088,8) (56) Макланов А. Ф. и др. Океанографические приборы. Л.: Гидрометеоиздат, 1975, с. 11 °

Авторское свидетельство СССР

Р 717633, кл. G 01 N 21/41, 1979. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОЛЕНОСТИ

МОРСКОЙ ВОДЫ (57) Изобретение относится к области океанологических исследований и может использоваться при создании автономных устройств, предназначенных для исследования гидрофизических полей солености в условиях океана.

Цель изобретения состоит в повышении пространственно-временного разрешения и точности определения солености морской воды за счет измерения текущих значений показателя преломления. морской воды для двух длин волн светового излучения. Затем определяются

ÄÄSUÄÄ 1303909 А1 средняя S и пульсационная S составляющие солености по формулам где Ап, = (n -п (Т,, Я )1 . 10 у е,;

Ап = (и -n (T S )? 10 у.е. измеряемые текущие значения средних составляющих показателя преломления Я относительно выбранного уровня по Т, S — - характеристикам для двух длин волн светового излучения Л, и il со-

2 ответственно; п и n — измеряемые. текущие значения пульсационных составляющих показателя преломления для двух длин волн светового иэлуче ния 1 .и Я соответственно; ш - порядок учета йелинейных связей в аппрок- СО симирующих полиномах; а,„-, b;„, c;„ - - 1 „ заранее определяемые по известным (, данным или в результате калибровки 1;© постоянные коэффициенты. 1 ил. СР

1303909 2 данные калибровки устройства по слет дующим формулам где а.

n «

1 и .(Т,, S,), n(T, S,) 1

Изобретение относится к океанологическим исследованиям и може быть использовано при построении asтономных устройств, предназначенных для измерения пространственно-временной изменчивости поля солености в целях изучения характера, происхождения и изменчивости океанических термохалинных микроструктур и .процессов массообмена в океане.

t0

Целью изобретения является упро. щение способа при повышении точности измерений.

На чертеже представлена схема устройства, реализующего способ.

Схема включает осветитель 1 с конденсатором, рефрактометрический чувствительный элемент 2, выполненный в виде изогнутого цилиндрического стержня, светоделительную пластину 3, оптические фильтры 4 и 5, фотоприемники 6, 7 и вычислитель 8.

Таким образом, формируются два канала для измерения значений пока- 25 зателя преломления для двух длин волн оптического излучения. Оптическое из лучение от источника света 1 направляется на входной торец чувствительного элемента и, проходя через чув- 30 ствительный элемент устройства, взаимодействует со средой. Принцип действия данного измерительного элемента основан на методе нарушенного полного внутреннего отражения, обес- 35 печивающего достаточно высокую точность измерений. Изменения интенсивности потока излучения на выходном торце элемента пропорционально изменениям показателя преломления ис- 40 следуемой среды. С выходного торца измерительного элемента поток излу" чения поступает на светоделительную пластину 3, после чего часть излучения проходит через фильтр 4 на фото- 45 приемное устройство 6, а часть излучения, отразившись от пластины 3, поступает через фильтр 5 на фотоприемное устройство 7 ° Фильтры 4 и 5 выделяют различные спектральные составляющие излучения. Сигналы с выходов фотоприемных устройств поступают на вычислительное устройство 8 (в данном случае выполненного на базе

ЦВМ "Электроника 81Б"), в котором осуществляется определение значений солености по аппроксимирующим полиномам, реализующим известные табличные данные или экспериментальные

Я= с ;,-an an, 1-"о «о

an =10 rn -n, (Т,, S, )), ьп =10 fn "n (Т,, S,)), постоянные коэффициенты, . определяемые по известным данным или в результате калибровки; порядок учета нелинейных связей в апроксимирующих полиномах; измерение величины показателя преломления исследуемого образца морской воды для длин волн

3 и Л излучения, соот1 ветственно; то же для эталонного образца морской воды с температурой Т и солео но ст ью S о тли чными о т о исследуемого образца морской воды, Аналогичным образом может, быть определена пульсирующая составляющая солености.

Выражения (1) представляют собой математические модели описания солености через рефрактометрические характеристики среды, причем сложность моделей определяется необходимой точностью вычисления искомого параметра, Значения коэффициентов а- полиномов вычисляются методом наименьших квадратов по известным. табличным данным или определяются по результатам предварительной калибровки измерителя солености в лабораторных условиях и заранее вводятся в долговременную память вычислителя солености, Известна трехпараметрическая модель изменчивости показателя преломления и в зависимости от значений температуры Т, солености S и длины волны светового излучения Л в виде усеченного полинома 3-ей степени. п(Т,S, )=1,447827 + 3,011 ° 10 S

1, 8029 - 10 Т вЂ” 1, 69 16. 10 Т вЂ” 4, 8904

«10 4 + 7,28364 10 Л вЂ” 3,83745"

«l0 Л вЂ” 7,9362 10 TS + 8,0597»

1303909 .10зT S — 4,249 10 $ Д + 5,847 10 $А — 2,812"10 $,1 (2), Измеряя разность показателей преломления Se для двух известных длин волн Я и, из уравнения (2) после

1 2 некоторых преобразований получают ли- гДе

S =а +а,о о и (3) 4 8904 10 — 7д28364 10 (1 + Л,) + 3 83745 10 Ó +,1 Д +ф (4) -4,249 .10 4 + 5,847 .10 (Я +Я ) — 2,812. 10 (Д +,1 g +1 )

1 (5) » Т

-4,249 10 (g -,1 ) + 5,847 10 (А —. Я ) — 2,812 10 (Я,— 1 ) а

1=О i-O

=о =о

Использование в формуле (7) выражений для dI1 позволяет исключить из рассмотрения нерабочую часть измерительного диапазона и повысить практи-5р ческую точность регистрации значений показателя преломления.

Аналогично изложенному определяется вид математической модели для расчета пульсационной составляющей солености в 55 виде взвешенной суммы пульсаций измеряемых величин с весами, которые являются известными функциями осредненных измеряемых величин ап< и ьп

S =) ) а,„дп, д и, i=0 1=о

-ь.п1 10 t п n,,(T рS )1 р ьп 10" . 3 3 . п,-п, (Т, ° $, ? 1, Практически, при работе с немонохроматическими источниками света пользоваться приведенными формулами (3-5) можно только с ограничениями по точности, поэтому. целесообразно проводить экспериментальную калибровку измерителя солености с.дальнейшим определением коэффициентов в нелиней-25 ной формуле связи вида

rn

S = а;5 (6)

1-о

Но поскольку достаточно точные данные об изменчивости показателя преломления с изменением длины волны светового излучения в настоящее время отсутствуют, то вместо формулы (6) целесообразно испольэовать двумерную нелинейную формулу связи 35

ttl tn ,$= à . n, n =L а.. лп,, dn,> которую следует рассматривать в ка- 40 честве высокоточной модели для практического определения солености, B частном случае при m=1 и а. =а

jo o формула (7) переходит в формулу (3), 45 нейное регрессионное уравнение для непосредственного определения солености

В разработанной конструкции в качестве источника излучения используется оптическая лампа накаливания

ОП3-0,25, а для фильтров используются специально изготовленные оптические фильтры для длины волн 500550 нм и 700-750 нм, Фотоприемные устройства выполнены на фотодиодах

ФД-141 (имеющих 4 чувствительных . площадки) и операционных усилителя типа 140УД14.

Формула изобретения

Способ определения солености морской воды путем рефрактометрического измерения показателя преломления п исследуемого образца морской воды на длине волны излучения Я и последующего определения значения солености, отличающийся тем, что, с целью упрощения способа при повышении точности измерений, дополнительно измеряют значение показателя преломления п на длине волны из2. лучения, причем перед измерениями показателей преломления п и и

1 предварительно рефрактометрически измеряют показатели преломления и (Т -, Б) ип (Т, S) длядлинволн,и соответственно другого образца и морской воды с температурой Т и соленостью Б, отличными от соответствующих параметров и следующего образца морской воды, а соленость S исследуемого образца морской воды определяют по формуле 1303909 где a..

Ъ, >

Со ставитель С. Голубев

Редактор А, Долинич Техред М.Ходанич Корректор Л Пилипенко

Заказ 1300/43 Тираж 777 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, 3-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г, Ужгород, ул. Проектная, 4 — постоянные коэффициенты, определяемые в результате калибровки;

m — порядок учета нелинейных связей в апроксимирующих полиномах,