Способ определения коэффициента ослабления рассеивающих сред

(12) ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПАТЕНТНЫЙ комигвт РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ОСЛАБЛЕНИЯ(73) Патентообладатель Белорусский государственный университет (В)Способ определения коэффициента ослабления рассеивающих сред путем посылки зондирующего излучения с двух направлений, регистрации рассеянного излучения двумя приемниками и определения коэффициента ослабления, отличающийся тем, что оптические оси приемников ориентируют на пересечение с обоими направлениями посьппси зондирующего излучения, каж ДЬПИ ИЗ приемников ИЗМСРЯЮТ рассеянное ИЗЛУЧБНИС ИЗ ТОЧЗК ПСРССЭЧСНИЯ ОПТИЧССКОЙ ОСИ дан-ного приемника с каждым из направлений посылки зондирующего излучеъшя, а о величине коэффициента ослабления судят по значениям регистрируемых сигналов из точек пересечения оптических осей приемников и направлений посылки зондирующего излучения.(56) 1. Веретенников В. В. К теории томографического зондирования атмосферы с использоваъ нием двух лидаров // Оптика атмосферы. 1991. Т. 4, Не 7. - С. 675-680.Предлагаемое изобретение относится к области охраны окружающей среды, аналитического приборостроения, контроля технологических процессов и т. п.Известен способ оптического зондирования путем посылки зондирующего излучения по нескольким направлениям и приема рассеянного излучения приемником 1. Позволяет сокра ТИТЬ динамический ДИЗПЗЗОН приемника ИЗЛУЧСНИЯ И УВСЛИЧИТЬ ПРОТЯЖСННОСТЬ ГЛУбИНЫ ЗОН- ДИРОВЗНИЯ. Однако не устраняет ОСНОВНОЙ НЭДОСТЗТОК ЛОКЗЦИОННОЙ СИСТЕМЫ - ЗЗВИСИМОСТЬточности от используемой априорной информации, используемых допущении об исследуемой среде и оцщбок определения калибровочных констант при обработке результатов измерений..Известен способ определения оптических характеристик атмосферы путем излучения навстречу друг другу зондирующих импульсов и измерения рассеянных в обратном направлении общим рассеивающим объемом потоков излучения, а также рассеянных под углом 45 относительно своего первоначального направления, в точках расположения излучателей 2. Требует априорного установления коэффициента связи между коэффициентом рассеяния и коэффициентом рассеяния под углом 45 (для больцшнства метеоситуаций устанавливается в пределах 10 погрешности) 3. Кроме того, данный способ не позволяет определять значетшя наиболее важной оптической характеристики - коэффициента ослабления оптического излучения средой (определяется только лидарное отношение В/3 ).Наиболее близким к заявляемому является способ 4, заключающийся в посылке зондирующего излученйия в исследуемую точку среды с двух направлений, регистрации рассеянного в обратном направлении сигнала в точках посылки зондирующего излучения. И в этом способе сохраняется зависимость погрешности измерений оптических характеристик от точности установления опорных значений определяемых характеристик путем независимых дополнительных измерений. Кроме того, в данном способе требуется вычислять логарифмические производные регистрируемых сигналов, что вследствие некорректности задачи численного дифференцирования экспериментальной информации (с наложенными шумами) приводит также к увеличению погрешности измерений.Предлагаемое изобретение направлено на решение задачи устранения необходимости уста новления опорных значений определяемых оптических характеристик (коэффициентов ослаб- ления) И исключение операции дифференцирования экспериментальной (с наложенными шу мами) измерительной информации.Решение данной задачи достигается тем, что оптические оси источников и приемников разносят, оптические оси приемников ориентируют на пересечение с обоими направлениями посылки зондирующего излучения, каждым из приемников измеряют рассеянное излучение из точек пересечения оптической оси данного приемника с каждым из направлений посылки зондирующего излучения и о значении коэффгщиента ослабления судят по значениям рассеянных сигналов из точек пересечения оптических осей источников и приемников излучения.Блок-схема устройства, реализующего предлагаемое изобретение, приведена на фигуре. Включает источники излучения 1 и 2 (например, лазеры), приемники излучения 3 и 4 (например, ФЭУ) блок измерения и обработки сигналов 5.Работает следующим образом. При посылке зонхшрующего излучения источником 1 (непрерывное или импульсное) по) направлению, пересекающему оптические оси приемников 3 и 4(углы приема регистрируемого ими рассеянного излучения), для величин сигналов, зарегистрированных приемниками 3 и 4 соответственно из точек ц и т 3 можно записать следующие выражения ЗГде 50 Гь КЗ)Р(К 1 Гь 3901-1102, 171 Г Т 1(г) ехр - е(г)с 1 г , во) ехр - а(г)с 1 г ,в, к,Р(К 1 1-1, Кз), Ко - мощности принимаемого приемником 3 из точки т, и излучаемого источником 1 сигналов, В, (13) - коэффициент рассеяния оптического излучения под углом р 1, в точкеп, е (т) - коэффициент ослабления в точке ц. А 1 А - аппаратурные константы соответственно источника 1 и приемника 3.Банд) - коэффициент рассеяния оптического излучения под углом ф в точке гд, А 4 - аппара турная константа приемника 4.При посылке же зондирующего излучения источншюм 2 (непрерывное или импульсное) по направлех-шю, пересекающему оптические оси приемников 3 и 4, для вешчин сигналов, зарегистрированных приемниками 4 и 3 соответственно из точек г 4 и п, можно записать следующие выраженияВт (гз) - коэффициент рассеяния оптического излучения под углом р 4 в точке г 3, А - аппа ратурная константа источника 2, Рт - мощность, излучаемая приемником 2.ВФ 2(12)- коэффициент рассеяния оптического излучения под углом (р 3 в точке гд. Разделив произведение (2) и (4) на произведение (1) и (3), получаемЕсли геометрию измерений выбрать таким образом, что оптические оси приемников излучения параллельны, т. е. углы (р 1 (р (р 3 срд (р и считать, что средние значения коэффициентов ос лабления на близкорасполоисенньш участках ад, гьгд, т 4 г 2, г 413 примерно равны, то данноеКак видно из (5) и (6), выражение для коэффициента ослабления не содержит ни аппаратурных констант приемников, источников, регистрирующей аппаратуры, ни энергии источника излучения. А это означает, что изменеъшя аппаратурных констант, энергии излучения не влияют на результат определения е, и что данный способ не требует проведения калибровочных измерений. Кроме того, в данном способе не требуется определять опорные значения коэффициента обратного рассеяния 130 (как в прототипе), что требовало проведения дополнительных независимых измерений. Существенным недостатком прототипа является и то, что в нем требовалось вычисление логарифмических производных сигналов обратного рассеяния. Известно, что взятие производной от экспериментальной функции, являющейся суммой полезного сигнала и шумового, является некорректной задачей 5 стр. 13, 111 и малые погрешности (т. е. шумы) могут привести к большим ошибкам в решении 5 стр. 112. Предлагаемое же изобретение не требует вычисления логарифмических производных сигналов рассеяния.Погрешность определения прозрачности, коэффициента ослабления е, полученная методом конечных приращений б, имеет следующий видПри равных бРд, 1 1, , 4, бТ 46 Р, т. е. погрешность предлагаемого способа определяется только погрешностью регистрируемых сигналов рассеяния.Таким образом, предлагаемый способ позволяет повысить точность определения коэффициентов ослабления (6), прозрачности (5) за счет исключения методических погрешностей, обусловленных нестабильностью аппаратурных констант приемно-излучающих, регистрирующих блоков (включая и нестабильность энергии излучения), проведением измерений по установлению опорного значения коэффициента обратного рассеяния, а также дифференцированием экспериментальных результатов, полученных с ошибками (наложением шумов). Кроме того,предлагаемый способ позволяет использовать и непрерывное излучение, что дает возможность повысить точность измерения рассеянных сигналов, а значит и коэффициентов ослабления,прозрачности вследствие этого.Государственный патентный комитет Республики Беларусь. 220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66.