Способ определения прозрачности оптической среды

 

ОП MCAHMK

ИЗЬБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик >958927 (61) Дополнительйое к авт. свид-ву— (22) Заявлено 03.02.81 (21) 3243119/18-25 (51) М. Кл.з с присоединением заявки №вЂ”

G 01 N 21/53

Гееударетеаннмй кемнтет

СССР (23) Приоритет— (53) УДК 621;383 (088.8) нв ленам нзееретеннй и еткрмтнй

Опубликовано 15.09.82. Бюллетень № 34

Дата опубликования описания 25.09,82

t

1 (72) Автор изобретения

Г. В. Меркишин

Московский ордена Ленина авиационный ин туз..... им. Серго Орджоникидзе (71) Заявитель (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОЗРАЧНОСТИ

/ ОПТИЧЕСКОЙ СРЕДЫ

Изобретение относится к оптическим измерительным приборам и может быть использовано при построении измерителей характеристик оптической среды.

Известен способ реализованный в устройстве для определения коэффициента прозрачности газовой среды путем излучения в исследуемой среде оптического потока и приема тремя датчиками этого излучения (1).

Недостатком указанного .способа является необходимость проведения измерений непосредственно в исследуемой области оптической среды, что может быть затруд-. нено труднодоступными или опасными условиями или необходимостью в организации линий связи между датчиками и точкой наблюдения.

Наиболее близким к изобретению по существу решаемой задачи является способ определения прозрачности оптических сред путем излучения модулированного светового сигнала в исследуемый участок среды, приема отраженных отражателями сигналов и преобразования их в электрические сигналы. Этот способ реализован в устройстве для измерения оптических характеристик аэрозолей (2).

Однако этот способ не может использоваться для определения прозрачности участков малых размеров, порядка диамет5 ров труб для выброса в атмосферу отработанных газов и продуктов сгорания.

Целью изобретения является расширение области применения способа.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу определения прозрачности оптических сред путем излучения в исследуемый участок среды модулированного светового сигнала, приема отраженных отражателями сигналов и преобразования их в электрические сигналы, излучают моно15 хроматический сигнал, модулируют его но гармоническому закону с частотой, кратной частному от деления скорости распространения излучения на длину исследуемого участка, создают интерференционную картину при взаимодействии сигналов, отраженных установленными на границах исследуемого участка отражателями, выделяют в максимуме интерференционной полосы и в средней точке между максимумом и минимумом интерференционной полосы

958927

4 полосы), амплитуда первой гармоники максимальна и равна

3 первые гармоники частоты модуляции и по отношению амплитуд соответствующих им электрических сигналов судят об исследуемом параметре.

Сущность способа в следующем.

Монохроматический сигнал с гармонической амплитудой модуляцией излучается в направлении двух отражателей, установленных на границах участка оптической среды, на котором предстоит определить коэффициент прозрачности. Интенсивность излучения, отраженного от отражателей, в плоскости приемников для зоны Фраунгофера равна

1 yp(— 1-) 4- (— - -) - 2 — — — — созК

EA EA я Е А1А2

9!) 1 ХЯ 3L R (ЛК), (х" :)(.й )((q w> Г V + 2Pg) где 1» — амплитуда поля около отражателей; . — длина волны; — расстояние до ближайшего отражателя; К = — ".

А„Az- коэффициенты отражения первого и второго отражателей; р,) -декартовы координаты в плоскости интерференции (в плоскости приема) отраженных лучей; х1х2, („ ((— декартовы координаты отражателей; — расстояние между отражателями в направлении оптической оси.

Если амплитуда излучения меняется по гармоническому закону с частотой, то можно считать, что

А = 2m() 2 (1 q) Ък

А =2m(EAjo) )- ЛЯ

20 где m — индекс модуляции;

V — скорость распространения излучения; сг-начальная фаза.

Отсюда для первой гармоники частоты модуляции на выходе квадратичного приемника имеем: ), (р,)) = 2() тчц «(1 + ц сов () ), ь г )!.

sin(Л t Xy + q (q+ cos(p,), hZ)).

sin()(t — " )г- - - ()1

00s(,), hZ) = cosK()(1-=Х вЂ” )(1 + - ++

Я

1-2Ь Z);

q = М

А

A 10

В точках плоскости ф, в которых соз(1(, 3, Ь Х) = 1 (максимум интерференционной

А, = А10 (10 + msin(Л. t 1- q)j;

А = А20 (1+ msin(2t ) + )), 25

55 (ч )

В точках, расположенных посредине между точками максимума и минимума интерференционной картины, амплитуда первой гармоники равна

Если частот модуляции выбрать равной,й = — (п = 1,2,... ), то наблюдается максимальное значение отношения — —, которое наиболее удобно для измеренйй. В этом случае

А, (1+%)

А (1 (р) — — а.

Измерив величину -к вЂ, из последнего

А соотношения можно определить q, т. е. величину ослабления излучения на трассе между отражателями, характеризующую прозрачность среды на этом участке.

На чертеже представлено устройство, реализующее данный способ.

Излучение монохром атического источника 1 проходит через модулятор 2, в котором осуществляется амплитудная модуляция излучения по гармоническому закону с частотой гармонического сигнала, поступающего нз генератора 3. С выхода модулятора 2 сигнал излучается в направлении исследуемой области оптической среды, на границах которой расположены отражатели 4 и 5. Отраженные отражателями 4 и 5 сигналы принимаются квадратичными фотодетекторами 6 и 7, установленными в дальней зоне. С выходов квадратичных фотодетекторов 6 и 7 сигналы поступают на фильтры 8 и 9, выделяющие первую гармонику частоты модуляции излучения. Выходные сигналы фильтров 8 и 9 усиливаются в усилителях 10 и 11 и поступают на линейные детекторы 12 и 13. С выходов линейных детекторов 12 и 13 сигналы поступают на блок 14 вычисления отношения а сигналов. Выходной сигнал блока

14 вычисления отношения подается на вычислитель 15 коэффициента прозрачности, в котором по величине а вычисл т я коэффициент прозрачности q = =а @- (знак

«-» берется в случае, когда более удаленным является второй отражатель) и вырабатывается сигнал, пропорциональный q.

Выходной сигнал вычислителя 15 коэффициента прозрачности фиксируется регистратором 16. Перед началом измерений фотодетектор 6 с помощью блока 17 меха958927

Составитель С. Непомнящая

Техред А. Бойкас Корректор Ю. Макаренко

Тираж 887 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, )К вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Редактор М. Дылын

Заказ 6775/58

5 нических перемещений перемещается в плоскости расположения отражателей перпендикулярно направлению прихода отраженных сигналов, при этом фиксируются положения двух максимумов интерференционных полос по максимальным показаниям милливольтметра 18, на который подается выходной сигнал линейного детектора 12. После этого фотодетектор 6 устанавливается в максимуме интерференционной полосы, а фотодетектор 7 с помощью блока 17 механических перемещений смещается относи- 10 тельно максимума интерференционной полосы на расстояние, равное одной четверти расстояния между максимумами интерференционных .полос.

Предложенный способ по сравнению с известным обеспечивает возможность дистанционного определения коэффициента прозрачности малых участков оптической среды, требует значительно меньших затрат, так как не требует мощных источников излучения и реализуется с помощью аппара- 20 туры малых размеров удобной в эксплуатации.

Формула изобретения

Способ определения прозрачности оптической среды путем излучения в исследуе25

6 мый участок среды модулированного светового сигнала, приема отраженных отражателями сигналов и преобразования их в электрические сигналы, отличающийся тем, что, с целью расширения области применения, излучают монохроматический сигнал, модулируют его по гармоническому закону с частотой, кратной частному от деления скорости распространения излучения на длину исследуемого участка, создают интерференционную картину при взаимодействии сигналов, отраженных установленными на границах исследуемого участка отражателями, выделяют в максимуме интерференционной полосы и в средней точке между максимумом и минимумом интерференционной полосы первые гармоники частоты модуляции и по отношению амплитуд соответствующих им электрических сйгналов судят об исследуемом параметре.

Источники информации, принятые во .внимание при экспертизе

1. Патент США № 4111559, кл. G 01 N 21/26, опублик. 1978.

2. Авторское свидетельство СССР № 463937, кл. G 01 N 1/00, 15.03.75.