SU1141314A1 - Способ определени солености морской среды - Google Patents

Description

11141

Изобретение относитс  к области океанографических исследований, в частности к измерени м гидрооптических характеристик, и может быть использовано , например, при измерении s солености морских и океанских вод.

Известен способ определени  солености растворов, заключающийс  в измерений показател  ослаблени  раствора , наход щегос  в кювете, по ко- Ю торому определ ют соленость раствора Cl3.

Недостатками способа  вл ютс  возможность использовани  его лишь в лабораторных услови х, мала  про- 15 изводительность измерений. Кроме того , показатель ослаблени  в значительной степени зависит от присутстви  взвесей, содержащихс  в природных водах, что ведет к неоднознач- 20 ности определени  солености природ-т ных вод по измеренному показателю ослаблени  либо требует предвари- тельной их очистки, что еще более снижает производительность измерений 25 и исключает возможность неконтактных исследований.

Наиболее близким техническим решением к изобретению  вл етс  способ определени  солености морской среды, ЗО согласно которому на поверхность морской среды направл ют пучок монохроматического излучени  и принимают провзаимодействовавшее со средой излучение С 23.35

Недостатком известного способа  вл етс  невозможность бесконтактных измерений солености морской среды при взволнованной поверхности.

Целью изобретени   вл етс  обес- 40 печение бесконтактного измерени  солености морской среды при взволнованной поверхности.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что согласно способу определе- 45 ни  солености морской среды, по которому на поверхность морской среды направл ют пучок монохроматического излучени  и принимают провзаимодействовавшее со средой излучение, на 50 поверхность морской среды направл ют пучок непрерьтного пол ризованного излучени  под острым углом наклона к поверхности, принимают зеркально отраженньй пучок путем сканировани  55 вдоль направлени  распространени  отраженного пучка, раздел ют принимаемый пучок на две компоненты со

142 . .

взаимно ортогональпыми линейными пол ризаци ми, поворачивают плоскость пол ризации одной из компонент на 90, регистрируют их интенсивности и создаваемую ими интерференционную картину в момент максимальных значений изменени  суммарной их интенсивности в тот же момент измер ют угол наклона к поверхности принимаемого пучка по мгновенному состо нию сканирующего устройства, с помощью инфракрасного радиометра измер ют температуру морской среды и по полученным значени м измеренных величии определ ют соленость морской среды.

На чертеже представлена функциональна  схема устройства, реализующего предлагаемый способ.

В устройстве передающа  система 1 установлена так, что выход щий из нее луч направлен под острьм углом к горизонтальной плоскости и к морской поверхности 2. Приемна  система содержит сканирующее устройство 3, вьшолненное, например, в виде вращающегос  зеркала, диафрагну 4, пол ризатор 5, например, типа Глана-Фуко, светоделительные кубики 6, фотоприемные системы 7, BKJH04amщие объектив, полевую диафрагму с малымкруглым световым отверстием, и светочувствительньш элемент, плоское зеркало 8, фазовые пластинки 9 и 10, линейку фотоприемников 11, инфракрасный радиометр 12, направленньй на морскую поверхность, систему 13 электронной обработки сигналов.

Устройство реализует способ следуюищм образом.

Передающа  система формирует узкий параллельньй пучок монохроматического пол ризованного излучени . Оптическа  ось системы и главный луч излучаемого пучка лежат в вертикальной плоскости и составл ют острый угол с вертикалью, а следовательно, и с морской поверхностью. Излучаемый пучок должен иметь круговую пол ризацию или может иметь линейную пол ризацию i причем плоскость пол ризации должна быть наклонена к вертикальной плоскости распространени  луча под углом 45 либо под другим острым углом . На морской поверхности 2 происходит отражение и преломление зондирующего пучка излучени . При зтом, в зависимости от оптических характеристик морских вод (показател  пре-. 31 ломлени , показател  ослаблени  и поглощени ) и угла падени , состо ние пол ризации «и параметры, его характеризующие , у зеркально отраженного и преломленного пучков претерпевают изменение. Информацию о гидрооптических характеристиках noBepxfiocTHcro сло  вод можно вьщелить из анализа зеркально отраженного луча.Преломленный пучок интенсивно рассеиваетс  годой, в результате чего часть рассе нного излучени  может попасть в поле зрени  приемной системы, вызьша  ее фоновую засветку, котора  по интенсивности сравнима с полезным сигналом . Выделение зеркально отраженного луча осуществл етс  путем сканировани  вдоль по направлению распростраi нени  зондирующего пучка,формируемого передающей системой 1, причем переме щение оптической оси приемной системы в результате сканировани  осуществл етс  в той же вертикальной плоскости (плоскости чертежа), в которой лежат главный луч и оптическа  ось передающей системы 1. Сканирование по направлению распространени  зондирующего пучка осуществл етс  путем вращени  зеркала сканирующего устройства.3 (ось вращени  зеркала перпендикул рна плоскости чертежа и проходит отр аженную поверхность зеркала) по часо:вой стрелке. Морска  поверхность, в общем случае, фокусирует или расфо кусирует отраженное излучение и част лучей (узкий пучок) попадает на сканирующее устройство 3. Прием ведетс  в узкой области спектра, в спючающей монохроматическое зондирующее излуче ние.. Измерение параметров принимаемого пучка в момент получени  максимального значени  изменени  его интенсивности соответствует регистрации зер . кально отраженного луча, поскольку при сканировании вдоль по направлени зондирующего луча до момента отраже: ни  интенсивность принимаемого игна ла определ етс  рассе нием зондирую п|;его излучени  в атмосфере и много: кратным (по крайней мере двухкратным рассе нием в воде, т.е. пренебрежимо мала по сравнению с интенсивностью : зеркально отраженного.луча, Имомен ту попадани  зеркально отраженного . луча в поле зрени  приемной системы 144 соответствует резкое изменение интёнсивносуи регистрируемого сигнала. В последующие моменты времени, соответствующие сканированию вдоль по направлению преломленного и однократно рассе. нного водой излучени , измерений не производитс . Повторный цикл измерений соответствует следующему обороту вращающегос  зеркала и т.д. Диафрагмы 4 с малым световым отвесу стием в форме круга вырезают узкий пучок (отраженный луч, направленный вдоль текущего положени  оптической оси приемной системы), которьй раздел етс  пол ризатором 5 на две компбненты с взаимно ортогональными пол ризаци ми . Интенсивность этих компонент после отражени  в светоделительных кубиках 6 регистрируетс  фотоприемными устройствами 7. Входна  и выходна  грани кубика 6 расположены нормально по отношению к оптической оси. С помощью плоского зеркала 8 обе компоненты излучени  прошедшего кубики, пространственно свод тс . В одном из каналов установлена полуволнова  фазова -пластинка 9, поворачивающа  плоскость пол риза ции линейно пол ризованного света на 90°. В другом канале (оптические оси обоих каналов наход тс  в плоскости чертежа) установлена фазова  пластинка 10 (или компенсатор типа Солейл ), компенсирующа  искажени  состо ни  пол ризации, обусловленные плоским зеркалом 8 и другими возможными причинами, и позвол юща  получить одинаковое направление пол ризации обеих компонент. В результате возникает интерференци  первоначально разделенных пол ризатором 5 компонентов излучени . I . . В плоскости локализации интерференционной картины перпендикул рно интерференционным полосам установлена линейка.фотоприемников 11, регистирующа  интepфepeнциoннvю картину. л  получени  области локализации интерференционной картины требуемых геометрических размеров в каждом каале , в случае необходимости, можно становить расширитель пучка, предтавл ющий собой, например, переверутую (в обратном ходе лучей) зриельную трубку. Сигналы со сканирующего устройства , характеризующие текущее угловое оложение вращающегос  .зеркала, с пе-, редающей системы 1 характеризующие состо ние пол ризации излучаемого пучка и угловое положение передающей системы, с ИК-радиометра 12, характеризующие текущую температуру водной поверхности, с фотоприемных устройств 7, характеризующие интенсивности компонент отраженного излучени , и с линейки фотоприемников 11, характеризующие распределение интенсивности интерференционной картины, поступают в систему 13 электронной обработки сигналов. , В момент приема зеркально отраженного луча измер етс  угловое положание вращающегос  зеркала сканирующего устройства 3 относительно некоторого фиксированного направлени , св занного с приемной системой. По этому измеренному значению, зна  угловое положение оптической системы передающей системы относительно этого же фиксированного направлени , однозначно определ ют угол падени  зондирующего луча к морской поверхности Измерение интенсивностей взаимно ортогональных компонент пол ризации отраженного луча и одновременное измерение интенсивностей определенных точек их интерференционной карти ны, несущей информацию как о интенсивност х , так и о разности фаз этих взаимно ортогональных компонент, при известном угле падени  позвол ет определить оптические характеристики морской среды. В частности, при зондировании видимым излучением, поглоI щение которого водой сравнительно ; невелико, оп ределение показател  преломлени  по этим измеренным величинам в первом приближении можно осуществить с помощью формул Френел  Показатель преломлени  морской воды значительно измен етс  с изменением солености. Неконтактное измерение температуры водной поверхности и определение показател  преломлени  таким способом позвол ют произвести неконтактное измерение солености морских вод. Вы вление более точной св зи межд - соленостью воды и измер емыми величи нами может быть осуществлено экспериментально . При этом нужно брать в расчет не абсолютные значени  интенсивностей принимаемых взаимно ортого нальных компонент пол ризации зеркал но отраженного луча, а их отношение либо одна к другой, либо к суммарной интенсивности, поскольку абсолютные значеки  интенсивиостей и их суммарное значение завис т от мгновенной пространственной формы водной поверхности в зоне отражени , т.е. отраженный пучок может либо фокусироватьс , либо расфокусироватьс , что вли ет на абсолютные значени  интенсивностей . Интенсивности точек интерференционной картины по этой же при ,чине также должны быть пронормированы либо по интенсивности одной из компонент взаимно ортогональной пол ризации , либо по суммарной интенсивности . При этой нормировка интенсивностей взаимно ортогональных составл ющих пол ризации и интенсивностей интерференционной картины должна осуществл тьс  по одной и той же величине, например по одной и той жекомпоненте ортогональной пол ризации. В результате сравнени  измеренных величин (отиошение интенсивностей взаимно ортогональных компонент пол ризации, пронормированное Распределение: интенсивностей интерференционной картины , угол падени  луча, температура морской поверхпости) с эталонньми значени ми,полученньши эксперимеи-, тально дл  различных концентраций морских солей, определ ют соленость поверхностного сло  водной среды. Промежуточными данными при этом  вл ютс  гидрооптические хараУчтеристики ,. Измерение в момент получени  максимального значени  суммарной интенсивности за цикл, определение отноиюний интенсивностей, нормировка распределени  интенсивностей интерференционной картины, определение угла падени , определе1 ие поправок к измеренным величинам, обусловленных искажени ми состо ни  пол ризации при отражении от вращающегос  зеркала сканирующего устройства, и вывод результатов на- самописец (или другой регистратор информации) производитс  системой 13 электронной обработки сигналов, Измерени  могут производитьс  при взволнованной под действием ветровой нагрузки морской поверхности и в услови х качки (при работе, например, с борта теплохода). Важно только. чтобы измерение углового положени  излучаемого и зеркально отраженного

Claims (1)

1. .(5.7) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОЛЕНОСТИ МОРСКОЙ СРЕДЫ,.по которому на поверх;ность морской среды направляют пучок монохроматического излучения и принимают провзаимодействовавшее со средой излучение ,о т л и ч а ю щ и й-, с я тем, что, с целью обеспечения бесконтактного измерения солености, морской среды при взволнованной поверхности, на поверхность морской среды направляют пучок непрерывного поляризованного излучения под острым углом наклона к поверхности, принимают зеркально отраженный' пучок путем сканир.ования вдоль направления распространения отраженного пучка,, разделяют принимаемый пучок на две компоненты со взаимно ортогональными линейными поляризациями, поворачивают плоскость поляризации одной из компонент на 90°, регистрируют их интенсивности и создаваемую ими интерференционную картину в момент максимальных значений изменения суммарной их интенсивности, в тот же момент измеряют угол накло-. · на к поверхности принимаемого пучка по мгновенному состоянию сканирующего устройства, с помощью инфракрасного радиометра измеряют температуру морской среды и по полученным значениям измеренных величин определяют соленость морской среды.