Патент на изобретение №2341786
|
||||||||||||||||||||||||||
(54) ПРОЗРАЧНОМЕР МОРСКОЙ ВОДЫ
(57) Реферат:
Изобретение относится к области исследования свойств океанской воды в натурных условиях. Прозрачномер содержит контейнер с иллюминатором и расположенной напротив отражающей призмой, излучатель, фотоприемник, коллиматор, светоделительное устройство, объектив, модулятор пучков, систему синхронизации, опорный и измерительный тракты. Опорный канал находится внутри прибора, при этом оптическая ось измерительного канала проходит через полупрозрачное зеркало, коллиматор, иллюминатор и отражающую призму, а оптическая ось опорного канала расположена перпендикулярно оптической оси излучателя и проходит через полупрозрачное зеркало и центр сферического зеркала, разделенных цилиндрической поверхностью модулятора, ось которого соединена с двигателем, снабженным энкодером, что позволяет использовать прозрачномер непосредственно в месте исследовательских работ. Кроме того, он содержит датчики температуры, вакуума и внешнего давления, соединенные с аналого-цифровым преобразователем, вход которого подключен к фотоприемнику, а выход – к контроллеру, соединенному с блоком памяти, интерфейсом внешней связи и блоком управления модулятором, соединенным с энкодером и излучателем. 2 ил.
Предлагаемое изобретение относится к области исследования оптических свойств жидких сред, к исследованиям свойств океанской воды в натурных условиях. Известен фотометр, содержащий модулятор светового потока и устройство сравнения двух оптических каналов [1]. Известен способ измерения показателей поглощения текучих сред, позволяющий определить оптическую плотность воды [2]. Однако устройства, описанные в упомянутых источниках, не позволяют измерять оптический коэффициент ослабления морской воды в самом океане, в точке исследования. Прототипом данного предложения, по совокупности существенных признаков, выбран спектрофотометр, описанный в [3]. Он содержит контейнер с иллюминатором и расположенной напротив отражающей призмой, излучатель, фотоприемник, коллиматор, светоделительное устройство, объектив, модулятор пучков, систему синхронизации, опорный и измерительный тракт. Сущность изобретения. Предлагаемый прозрачномер решает задачу определения коэффициента оптического ослабления воды непосредственно в месте исследовательских работ, в том числе в придонном слое на дне океана. При этом прозрачномер имеет конструктивные отличия, которые заключаются в следующем: 1. Опорный канал находится внутри прибора, что позволяет существенно уменьшить габариты без заметной потери точности измерений. Оптическая ось измерительного канала проходит через полупрозрачное зеркало, коллиматор, иллюминатор и отражающую призму. Оптическая ось опорного канала и приемника излучения расположены перпендикулярно оптической оси измерительного канала и проходит через полупрозрачное зеркало и центр сферического зеркала, разделенных цилиндрической поверхностью модулятора, ось которого соединена с двигателем, снабженным энкодером. 2. Прозрачномер может работать в автономном режиме, в котором информация записывается на внутреннюю память прибора. Он содержит датчики температуры, вакуума и внешнего давления, соединенные с аналого-цифровым преобразователем, вход которого подключен к фотоприемнику, а выход – к контроллеру, соединенному с блоком памяти, интерфейсом внешней связи и блоком управления модулятором, соединенным с энкодером и излучателем. Возможность реализации изобретения. На фиг.1 показана конструкция прозрачномера, он содержит: излучатель – 1, фотоприемник – 2, сферическое зеркало – 3, модулятор – 4, двигатель – 5, объектив – 6, иллюминатор – 7, триппель-призму – 8, корпус – 9, полупрозрачное зеркало – 10. На фиг.2 показана схема электронных элементов прозрачномера, она содержит (дополнительно к фиг.1): блок управления модулятором – 13, интерфейс внешней связи – 14, персональный компьютер – 15, буферный усилитель – 16, источник питания – 17, устройство внешнего включения – 18, датчик температуры – 19, датчик вакуума – 20, аналого-цифровой преобразователь – 21, датчик давления – 22, микроконтроллер – 23, энергетически независимую память – 24. Прозрачномер работает следующим образом. Излучатель – 1, в качестве которого используется мощный светодиод, через полупрозрачное зеркало – 10, объектив – 6 и иллюминатор – 7 посылает луч света в исследуемую среду (морскую воду). Отраженный триппель-призмой – 8 луч через иллюминатор – 7 опять поступает внутрь прибора и далее, через объектив – 6 и, отразившись от полупрозрачного зеркала – 10, поступает на фотоприемник – 2. Перед фотоприемником стоит интерференционный фильтр, пропускающий излучение с длиной волны 532 нм и полушириной 20 нм. На фотоприемник поступают попеременно два луча – измерительный – 11, дважды прошедший через слой морской воды, и опорный – 12, отраженный от сферического зеркала – 3. Попеременность обеспечивает модулятор – 4, насаженный на ось электродвигателя – 5, снабженного энкодером, который вырабатывает 360 импульсов при одном обороте модулятора, т.е. 1 имп/на градус. Импульсы необходимы для синхронизации работы всего устройства. Модулятор представляет собой чашевидный диск с прорезями для последовательного перекрытия оптических пучков. Таким образом, на выходе фотоприемника образуется последовательность электрических импульсов, пропорциональных световым потокам в опорном и измерительном каналах. Основным преимуществом двухканальной оптической схемы является то, что при нормировке уровня измерительного сигнала на опорный, при расчете показателя ослабления, исключается аппаратурная нестабильность источника света и фотоприемника. Основными факторами нестабильности работы прибора остаются влияние температурного дрейфа темнового тока фотоприемника и влияние внешней засветки, вызванной попаданием рассеянного водой света в измерительный канал. Для их учета и последующего исключения влияния на точность и долговременную температурную и временную стабильность, кроме двух основных оптических каналов – измерительного и опорного, регистрируются также темновой и канал внешней засветки. Электронная схема прозрачномера (фиг.2) работает следующим образом. Устройство внешнего включения – 18 представляет собой магнит, расположенный снаружи корпуса прозрачномера, на внутренней стороне которого установлен геркон, включающий источник питания – 17. Как уже отмечалось, энкодер жестко связан с валом двигателя и вырабатывает 360 импульсов за один оборот, которые поступают на блок управления модулятором – 13 (БУМ). БУМ предназначен для стабилизации оборотов электромотора и формирования синхросигналов. БУМ является функционально законченным узлом. На его выходе формируется напряжение управления электродвигателем в виде последовательности ШИМ импульсов. Пять синхросигналов управляют работой источника света и используются в АЦП для выделения из импульсного сигнала фотоприемника напряжений четырех сигналов, которые при последующей обработке используются для точного расчета прозрачности морской воды. Кроме напряжений двух основных оптических каналов – измерительного и опорного, выделяются и регистрируются также напряжения: темновое – когда модулятор перекрывает световые потоки на входе фотоприемника; и внешней засветки – когда по сигналу БУМ отключается источник света, и на вход фотоприемника через измерительный канал поступает световой поток, сформированный рассеянным морской водой солнечным светом. Темновое напряжение используется для компенсации температурного дрейфа опорного и измерительного каналов. Напряжение внешней засветки – для уменьшения погрешности при расчете прозрачности в приповерхностном слое морской воды. Положения и длительности синхросигналов во времени заносятся в память БУМ с персонального компьютера – 15 через интерфейс внешней связи – 14, и в процессе эксплуатации прибора не меняются. Сигнал с фотоприемника поступает на буферный усилитель – 16 и далее на АЦП-21. Энергонезависимая память (флэш-память) – 24 позволяет осуществлять непрерывную запись информации, в зависимости от режима работы, в течение 3…40 часов. Микроконтроллер – 23 управляет работой всей цифровой электроники. Через интерфейс внешней связи – 14 с помощью персонального компьютера можно скачать информацию с энергонезависимой памяти – 24, заложить алгоритм работы, частоту опроса каналов и т.д. Динамические диапазоны выходных напряжений аналоговых датчиков (вакуума – 20, температуры – 19, давления – 22 и питания) совместимы с входным диапазоном АЦП: 0…+5 вольт. Источники информации 1. Авторское свидетельство №712687. 2. Авторское свидетельство №1099258. 3. Авторское свидетельство №1055973.
Формула изобретения
Прозрачномер морской воды, содержащий контейнер с иллюминатором и расположенную напротив отражающую призму, а также излучатель, фотоприемник, светоделительное устройство, объектив и модулятор пучков, ось которого соединена с двигателем, формирующий измерительный и опорный каналы, при этом оптическая ось измерительного канала проходит через светоделительное устройство, объектив, иллюминатор и отражающую призму, а оптическая ось опорного канала и фотоприемника расположена перпендикулярно оптической оси излучателя и проходит через светоделительное устройство, отличающийся тем, что в опорный канал введено сферическое зеркало, через центр которого проходит ось опорного канала и которое разделено со светоделительным устройством чашевидным диском с прорезями модулятора, двигатель которого снабжен энкодером, а электронная схема содержит датчики температуры, вакуума и внешнего давления, соединенные с аналого-цифровым преобразователем, вход которого подключен к фотоприемнику, а выход – к контроллеру, соединенному с блоком памяти, интерфейсом внешней связи и блоком управления модулятором, соединенным с энкодером и излучателем.
РИСУНКИ
|
||||||||||||||||||||||||||
