Устройство для измерения частотно-контрастной характеристики водного слоя

Устройство для измерения частотно-контрастной характеристики водного слоя

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к оптике ра;ссеивающихся сред, в частности к гидрооптике. Целью изобретения является обеспечение возможности синхронного измерения показателя рассеяния, показателя ослабления, частотно-контрастной характеристики водного слоя, а также для определения вероятности выживания фотона (альбедо однократного рассеяния). Излучение от источника 1 света модулируется с помощью модулятора 2, затем разделяется с помощью интерферометра 3 на два взаимно когерентньЕХ пучка, сходящихся на входной линзе коллиматора 4. Далее излучение проходит через светоделитель 5, при этом 50% излучения отражается, 50% проходит прямо. На пути отраженного от светоделителя излучения установлен дополнительный приемный объектив 9, а Б каждой из плоскостей изображение приемных объективов 6 и 9 установлено по крайней мере 2 фотоприемника 7, 8, 10, 11с возможностью взаимного перемещения вдоль линии, проходящей через центр изображения в направлении, перпендикулярном полосам интерференции, 1 ил. / с & (Л с со ю со со ND СЛ

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

<5Н С 01 N 21/45 к 7

1

l д

1 г

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬС ВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3899383/24-25 (22) 08.04.85 (46) 15.07.87. Бюл. Ф 26 (71) Институт физики АН БССР (72) И.M. Гурский (53) 535.024 (088.8) (56) Иванов A.Ï. Физические основы гидрооптики. Минск: Наука и техника, 1975, с, 502.

Гидрофизические и гидрооптические исследования в Атлантическом и Тихом океанах. M. Наук а, 1979, с. 153-164, 213-217. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЧАСТОТНО-КОНТРАСТНОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ ВОДНОГО

СЛОЯ (57) Изобретение относится к оптике рассеивающихся сред, в частности к гидрооптике. Целью изобретения является обеспечение возможности синхронного измерения показателя рассеяния, показателя ослабления, частотно-контI

„„SU„„1323925 А 1 растной характеристики водного слоя, а также для определения вероятности выживания фотона (альбедо однократного рассеяния), Излучение от источника 1 света модулируется с помощью модулятора 2, затем разделяется с помощью интерферометра 3 на два взаимно когерентных пучка, сходящихся на входной линзе коллиматора 4, Далее излучение проходит через светоделитель

5, при этом 507. излучения отражается, 507 проходит прямо. На пути отраженного от светоделителя излучения установлен дополнительный приемный объектив 9, а в каждой из плоскостей изображение приемных объективов 6 и 9 установлено по крайней мере 2 фотоприемника 7, 8, 10, 11 с возможностью взаимного перемещения вдоль линии, проходящей через центр изображения в направлении, перпендикулярном полосам интерференции ° 1 ил.

1323925

Изобретение относится к физической оптике, я именно к оптике рассеивающих сред, в частности к гидрооптике,, и может быть использовано для синхронного (адновременного) измерения показателя рассеяния, показателя ослабления и частотно-контрастной характеристики (ЧКл) водного слоя, а также для определения вероятности выживания кванта светя. (альбедо однократного рассеяния).

Целью изобретения является расширение функциональных воэможностей путем обеспечения возможности дополнительного измерения показателя ослаб— ления и рассеяния водного слоя, а тактакже вероятности выживания кванта света, Ня. чертеже показана оптическая 20 блок-схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит источник 1 излучения, за которым последовательно и соосно установлены модулятор 2 и пространственный модулятор в виде пере- 25 страиваемого интерферометра 3, в качестве которого может быть использован любой из известных интерферометров, позволяющий плавно изменять пространственный период результирующе- 30 го интерференцианнаго поля. После перестраиваемога интерфераметра установлен каллиматар 4, в качестве которого может быть использована, например, труба Галилея. Коллиматор рас--5 положен так, чта на его входе реализуется интерференционная картина, сформированная герестраиваемым интерферометром. Излучение на выходе коллиматора обладает характерным синуса- 0 идальным пространственным распрецеле— нием яркости заданного периода и с минимальной расходимсстью. Далее за коллиматаром установлен амплитудный светоделитель 5, оснсвное назначение которого это создание двух идентичных оптических каналсв равной яркости. Пряма прошедшее через амплитудный светоделитель излучение направляется в исследуемую среду, где проходит путь геометрической длины ., и поладает в приемный объектив б,, куда также попадает и рассеянное излучение„ появляющееся в исследуемой среде. Ы плоскости изображения приемнога объектива установлены фотоприемники 7 и 8 так.. что расстояние между ними тачнс соответствует заданному пространственному периоду интерференционной картины, сформированной приемным объективом, а размер светочувствительной площадки фотоприемников не превышает половины пространственного периода. Прошедшее через исследуемую среду излучение с приемным объективам 6 и фотоприемниками 7 и 8 образует рабочий оптический канал устройства, Другая часть излучения, отраженная амплитудным светоделителем, не выходит в исследуемую среду. На ее пути установлен дополнительный приемный объектив 9, а в его плоскости изображения установлены фотоприемники 10 и 11 по аналогии с рабочим каналом, описанным выше. Эта часть излучения с дополнительным приемным объективом 9 и фотоприемниками 10 и 11 образует опорный оптический канал устройства. Сигналы, снимаемые с фотоприемников 7, 8, 10 и 11 раздель но поступают на вход блока 12 регистрации и обработки данных, который собран на базе стандартных радиоэлектронных элементов.

Устройство работает следующим образом, Излучение от источника 1 света, в качестве которого может быть использован, например, мощный светодиод, мадулируется с помощью модулятора 2, Последний позволяет осуществить эффективную фильтрацию полезного сигнала, отделить его от постоянной составляющей фоновой засветки и работать с усилителями переменного напряжения.

После модулятора излучение попадает в перестраиваемый интерферометр 8, в котором разцеляется на два взаимно когерентных пучка, сходящихся,на входной линзе каллиматора 4. Излучение на выходе коллиматора представля ет собой результат когерентнога взя."модействия световьг пучков и характеризуется прастранс-венным синусоидальным распределением интенсивности, Пространственная частота ) результирующего свето. ного поля — есть величина, обратная периоду синусоиды, и загисит от угля схождения световых пуков, а также ат фокусных. расстояний линз исгользуемога каллиматора, Изменение пространственной частоты осуществляется зя счет перестройки интерферометра (нагример, эа счет наклонов одного из зеркал интерферометря), Далее излучение попадает на амплитудный светаделитe:ll 5, который

3 13239 может представлять собой стеклянную пластину, изготовленную так, что 507 излучения проходит прямо, а 507 излучения отражается. Прямо прошедшее излучение попадает в водный слой, ге- 5 ометрическая протяженность которого

Пройдя водный слой, излучение попадает на приемный объектив 6, в плоскости изображения которого формируется картина интерференционного поля с наложенным на нее фоном, образованным рассеянным на неоднородностях

f0 среды излучением..В плоскости изображения приемного объектива установлены по крайней мере два фотоприемника

7 и 8, ориентированных относительно центра изображения в направлении полос интерференции так, что измеряют значения освещенности в центре яркой и в центре темной полосы картины ин- 20 терференции. Фотоприемники 7 и 8 имеют возможность взаимного перемещения на величину, пропорциональную изменению пространственной частоты 1, Излучение, отраженное от светоделителя, попадает на дополнительный приемный объектив 9, в плоскости изображения которого формируется картина интерференции, не искаженная рассеивающей ражения дополнительного приемного объектива также установлены по крайней мере два фотоприемника 10 и 11, ориентированных относительно центра иэображения и направления полос интерференции так, что измеряют значения освещенности в центре яркой и в

35 центре темной тех же полос неискаженной средой картины интерференции, Фотоприемники 10 и 11 имеют возможность40 взаимного перемещения на величину, пропорциональную изменению пространственной частоты . Сигналы, возникающие на выходе фотоприемников, в виде напряжений, пропорциональных измеренным значениям освещенностей, поступают одновременно на пять независимых входов блока 12 регистрации и обработки данных. Блок регистрации и обработки данных представляет собой набор унифицированных электронных узлов, позволяющих осуществлять

50 над сигналами математические операции с целью получения суммы, разности, логарифма и отношения двух амплитудных сигналов с последующим аналого55 цифровым преобразованием и высвечиванием результатов обработки на светосредой (слоем воды) . В плоскости изоб-30

25 4 вом индикаторе или записью на цифропечати.

Таким образом, на вход блока обработки и регистрации поступают с фотоприемников четыре измеренных сигнас 2 с 3 о(» . Первыи пропорционален значению освещенносо ти Е „„в центре яркой полосы картины интерференции, не искаженной средой: о — Е макс Еа °

Второй сигнал пропорционален знао чению освещенности E в центре темной полосы картины интерференции, не искаженной средой: о с = E мин E„° (2) Третий сигнал пропорционален эна1 чению освещенности Е, в центре яркой полосы картины интерференции, полученной после прохождения излучения через водный слой геометрической протяженности

1 -с . с Е,„„„,= Е,е (3) где Š— показатель ослабления света.

Четвертый сигнал пропорционален

1 значению освещенности Е„„„ в центре темной полосы картины интерференции, полученной после прохождения излучения через водный слой геометрической протяженности

Разность логарифмов пары измеренных величин сс, и Ы или Ы и Ы при геометрической протяженности водного слоя P = 1 м дает величину, пропорциональную значению показателя ослабпения (5) Перестройка интерферометра позволяет получить сигналы в функции пространственной частоты J;: Ы,(;}; (1) 3 блока обработки и регистрации вырабатываются соответственно сигналы: а „(;)-а (;) Ы (.)-а ) с (4 )+d (4 ) o () ) а 1 ) 13239 (,(у.)) Iln1$(4))) cons(=- 6 . (7) формула изобретения (8) Составитель С, Голубев

Редактор А. Лежника Техред A,ÊpàI ÷óê

Корректор С.Черни

Заказ 2957/47 Тираж 776

ВНИИГР: Государственного комитета СССР по делам изобретений н открытий

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

Подписное

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

Кроме того, обработка сигналов

c({4 ) и a(v ) позволяет получить ве1 1 личину, которая с точностью до постоянного множителя пропорциональна показателю рассеяния Й

Постоянный множитель учитывается при обработке сигналов с помощью от- 10 дельного устройства, включенного в состав блока обработки и регистрации данных. Устройство вырабатывает амплитудные сигналы, пропорциональные значениям универсальной функции про- 15 странственной частоты.

Поскольку измерение величины показателя рассеяния и показателя ослабления осуществляется практически одновременно для одного и того же объема водной среды, то вправе взять их отношения и достаточно корректно оценить величину вероятности выживания фотона

Таким образом,, на световом инди- 30 катаре практически одновременно высвечиваются значения показателя ослабления, показателя рассеяния 5, вероятности выживания фотона Л и частотно-контрастной характеристики K(-1, ), 5

Е> устройстве значительно расширяется диапазон пространственных частот. Например,, если использовать фотоприемник с линейным размером 0,1мм, диапазон пространственных частот Уве- .10 личивается в 10 раз, что значительно расширяет область измеряемых значений как ЧКХ водного слоя, так и показателя рассеяния, Последнее объяс) 5 6 няется следующим образом. Для определения показателя рассеяния измеренные значения К(4,) и К(1.) должны попа1 дать в область основного перепада

ЧКХ водного слоя., Чем слабее рассеивающие свойства среды (более чистая вода), тем сильнее происходит смеще. ние основного перепада ЧКХ в сторону высоких пространственных частот. Следовательно, тем дальше должны отстоять друг от друга частоты 4 и 4

1 j Э что реализуется в устройстве.

Устройство для измерения частотноконтрастной характеристики водного слоя, содержащее источник излучения и расположенные по ходу излучения пространственный модулятор, приемный объектив и фотоприемник, электрически соединенный с регистратором данных, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с. целью расширения функциональных возможностей, в устройство введены коллиматор, амплитудный светоделитель, дополнительный приемник, объектив и три дополнительных фотоприемника, электрически соединенных с регистратором данных, причем пространственный модулятор выполнен в виде перестраиваемого интерферометра, а коллиматор и амплитудный светоделитель расположены последовательно и соосно на пути излучения между пространственным модулятором и приемным объективом, при этом дополнительный приемный объектив установлен на пути отраженного от амплитудного светоделителя излучения, а фотоприемники установлены попарно в фокальных плоскостях приемных объективов с возможностью взаимного перемещения в напра влении распространения излучения,