Способ определения показателя поглощения жидких сред
Использование: изобретение может быть использовано для определения показателя поглощения жидких сред, например , морских и океанских вод. Сущность: источник размещают над границей раздела воздух-жидкость, на высоте h, затем регистрируют спектр плотности временных флуктуации освещенности на глубине L, определяют частоту со0 характерного провала в спектре. Показатель поглощения определяют по формуле . 2(rn-1)rLh ;. ™ + йй + 1 где m - показатель преломления жидкости, g -ускорение свободного падения. 3 ил.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУВЛИК
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛ ЬСТВУ Ь O свободного падения. 3 ил. (21) 4767637/25 (22) 12.12.89 (46) 30.01.93. Бюл. N.. 4 (71) Институт физики им, Б.И.Степанова (72) А.С.Прихач (56) Пелевин В.Н, Об изменениях показателя истинного поглощения света в море.— Изв. АН СССР, ФАО, 1965, ТЛ, N. 5, с. 539— 545. Пелевин В.Н, и др, Определение величины показателя поглощения света морской водой по параметрам светового поля изотропного источника, в сб. Оптика океана и атмосферы, Л.: Наука, 1972, с. 148 — 157, (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОКАЗАТЕ-. ЛЯ ПОГЛОЩЕНИЯ ЖИДКИХ СРЕД Изобретение относится к области физической оптики и может быть использовано для определения показателя поглощения жидких сред, например, морских и океанских вод. Известен способ определения показателя поглощения морских и океанских вод, основанный на измерениях стратификации (изменения с глубиной) характеристик светового поля (отношения полупространственных облученностей "сверху" и "снизу" и показателя вертикального ослабления для освещенности "сверху"), обусловленного проникновением солнечного света в толщу воды, и вычислением по известной фОрмуле показателя поглощения. Недостатком способа является его сложность и низкая точность, связанные с а) необходимостью измерения страти. фикации двух величин — полупространст„„ЯЦ „„1791760 À1 (57) Использование: изобретение может быть использовано для определения показателя поглощения жидких сред, напри- мер, морских и океанских вод, Сущность: источник размещают над границей раздела воздух-жидкость, на высоте h, затем регистрируют спектр плотности" временных флуктуаций освещенности на глубине L, определяют частоту йЪ характерного провала в спектре."Показатель поглощения определяют по формуле 2m — 1 Lh к — + — м> +1 где m — показа2ф тель преломления жидкости, g — ускорение венных облученностей "сверху" и "снизу" с шагом, достаточным для последующего нахождения показателя вертикального ослабления (т.е. для вычисления производной по глубине от полупространственной освещенности "сверху"; и:й б) погрешностью измерений полупространственной освещенности "сверху" и "сни- ( зу" (20% по оценке). Наиболее близким па технической сущности является способ определения показателя поглощения морских и океанских вод, основанный на измерениях характеристик светового поля (тела яркости) в толще воды, создаваемого изотропйым йсточником, размещенным на некоторой глубине, после чего по известным формулам рассчитывают показатель поглощения. Недостатком способа является его сложность и низкая точность (погрешность до 38% в морских водах), связанные с 1791760 а) необходимостью громоздких измерений тела яркости на различных расстояниях от источника; б) погрешностями измерений яркости (до 18%); 5 s) получением значения показателя поглощения, осредненного по слою порядка сотен метров. Целью изобретения является увеличение точности и упрощение способа измере- 10 ния показателя поглощения. Для этого в способе определения показателя поглощения жидких сред, осйованнам на измерении светового поля, создаваемого в толще жидкости изотроп- 15 ным источником, источник размещают над границей раздела воздух- жидкость, измеряют спектр плотности временных флуктуаций освещенности, обусловленный волнением границы раздела, определяют частоту ха- 20 рактерного провала на кривой спектральной плотности флуктуацией, обусловленного корреляцией уклонов и возвышений волн, и вычисляют показатель поглощения по формуле . 25 к — " — а4+1 fTl + g(P где m — показатель преломления жидкости; h — высота расположения источника над границей раздела; L — глубина, на которой проводятся измер ения; g — ускорение свободного падения; а, — значение частоты провала нэ кривой спектральной плотности флуктуаций. Сущность изобретения поясняется фиг,1. На фиг.1 приведены энергетические спектры возвышенной взволнованной границы раздела (кривая 1) и флуктуаций осве- . щенности на глубине L = 10 м от точечного изотропйого источника, расположенного на высоте h = 10 м над водой. Спектр возвышений соответствует типичному состоянию по верхности моря — ветровые волны и зыбь (скорость ветра 5 м/с, высота волн зыби 0,2 . м, их период 8 с). Спектр флуктуаций освещенности в типичной океанской воде (пока.- 50 затель поглощения к= Q 04 м, показатель рассеяния o =0,06 м ) представлен кривой -1 2, а в морской воде (a= 0,08 м, o= 0,32 м ) — кривой 3. 5 На кривых спектральйой плотности флуктуаций в области часто1 в=1 с (со— круговая. частота) наблюдается характерный провал, глубина которого более двух порядков при ширине -0,02с Примеры. На фиг,2 и 3 приведены участки кривых плотности энергетических спектров флуктуаций для океанский вод (фиг.2, h = 10 м, кривая 4 — =5м, кривая 5 — (=10м, кривая 6 — 1 = 30 м), и для морских вод (фиг,З, h = 5 . м, кривая 7 — L= 3 м, кривая 8 — L= 5 м, кривая 9 — L = 10 м), Они описывают экспериментальную ситуацию, когда для указанной геометрии (h и L) производится запись низкочастотных флуктуаций освещенности (частота среза предварительного фильтра низких частот на входе аналого-цифрового преобразователя (АЦП) fcp = 0,25 Гц) от мощной лампы накаливания. Измерения проводятся в темное время суток. В этом случае отношение сигнал/шум, а значит, и глубина провала, определяется разрядностью АЦП вЂ” 8 бйт. Для обеспечения погрешности в определении к меньше 5% необходимое разрешение спектра флуктуаций освещенности М = Ао/2л= 0,004 Гц, Отсюда легко оценить требуемую для обработки длину записи флуктуаций. При частоте среза f
Гц и нормированной стандартной ошибке 0,3 (такая величина стандартной ошибки вйолне достаточна для фиксирования глубокого провала) длина реализации составляет . порядка 1 ч. Ошибка в определении показателя поглощения будет меньше 10 даже в морских водах. Формула изобретения Способ определения показателя поглощения жидких сред, заключающийся в том, что через среду пропускают оптическое излучение, создаваемое изотропным источником и регистрируют изменение его характеристик, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, пропускают излучение.от источника, размещенного. на высоте h над поверхностью среды, реги-. Стрируют На глубийе - L спектр плотности временных флуктуаций освещенности, определяют частоту й), характерного провала в спектре, обусловленного корреляцией уклонов и возвышений волн на поверхности среды и судят б показателе поглощения к иэ соотношения 2m — 1 Lh к- гп + †-0+1 2сГ У где e — показатель преломления среды; g — ускорение свободного падения. 1791760 1791760 Составитель Н.Назарова Техред М.Моргентал Корректор O,Густи Редактор Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 Заказ 149 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5
