Спосіб дистанційного визначення характеристик середовища відкритої водойми

Спосіб дистанційного визначення характеристик середовища відкритої водойми, що полягає в тому, що поверхню відкритої водойми безперервно опромінюють лазером в надир, реєструють відблиски дзеркального відображення від поверхні відкритої водойми, вимірюють спектр комбінаційного розсіяння з водної товщі відкритої водойми і по ньому визначають характеристики середовища відкритої водойми, який відрізняється тим, що в момент реєстрації відблиску дзеркального відображення від поверхні відкритої водойми підвищують потужність випромінювання лазера до рівня, що дозволяє вимірювати спектр комбінаційного розсіяння з водної товщі відкритої водойми. (19) (21) a200913645 (22) 28.12.2009 (24) 25.11.2011 (46) 25.11.2011, Бюл.№ 22, 2011 р. (72) ЗАПЕВАЛОВ ОЛЕКСАНДР СЕРГІЙОВИЧ (73) МОРСЬКИЙ ГІДРОФІЗИЧНИЙ ІНСТИТУТ НАЦІОНАЛЬНОЇ АКАДЕМІЇ НАУК УКРАЇНИ (56) UA 75804 C2, 15.05.2006 UA 84956 C2, 10.12.2008 SU 966639, 15.10.1982 RU 2143108 C1, 20.12.1999 RU 2073203 C1, 10.02.1997 RU 99119710 A, 10.07.2001 US 5026999, 25.06.1991 EP 0474264 A3, 11.03.1992 3 Недоліком прототипу є наступне. Для визначення характеристик водного середовища в прототипі використовуються два лазери, які повинні висвітлювати одну і ту ж область водної поверхні. Між характеристиками двох будь-яких фізичних об'єктів завжди існує певна різниця. При використанні двох лазерів розходження, зокрема, полягає в неабсолютному збігу двох освітлюваних на водній поверхні областей. Розбіжність освітлюваних областей призводить до того, що потужний лазерний імпульс проникає у водне середовище не через горизонтально-орієнтований майданчик, а через нахилений. Оскільки характер зміни по глибині вимірюваного параметра визначається з тимчасової розгортки імпульсу, що реєструється, відхилення від горизонталі майданчика, що освітлюється, приводить до відхилення від вертикалі лазерного променя в товщі водного середовища. Відповідно з'являється похибка у визначенні вертикального розподілу вимірюваного параметра. Цей ефект найбільш помітний на стадії розвитку вітрового хвилювання, коли переважають круті хвилі. В основу винаходу поставлена задача створення способу дистанційного визначення характеристик середовища відкритої водойми по зареєстрованому спектру комбінаційного розсіяння, в якому за рахунок особливостей процесу лазерного зондування поверхні досліджуваного водоймища забезпечується нова технічна властивість - вимірювання контрольованих за глибиною параметрів середовища здійснюється при горизонтальному розташуванні поверхні водоймища в зоні його опромінення. Це усуває вплив на результат вимірювань збурень поверхні, що створені вітровими хвилями і брижами. Зазначена нова властивість особливо проявляється при океанологічних дослідженнях в умовах сильного хвилювання і забезпечує досягнення технічного результату винаходу підвищення точності визначення вертикальних розподілів характеристик водного середовища, що досліджується. Поставлена задача вирішується тим, що в способі дистанційного визначення характеристик середовища відкритої водойми, який полягає в тому, що поверхню досліджуваної водойми безперервно в надир опромінюють лазером, реєструють відблиски дзеркального відображення від поверхні, вимірюють спектр комбінаційного розсіювання з водної товщі і по ньому визначають характеристики середовища, новим є те, що в моменти реєстрації відблисків дзеркального відображення збільшують потужність випромінювання лазера до рівня, що дозволяє вимірювати спектр комбінаційного розсіяння з водної товщі. Суть способу пояснюється наступним. При попаданні лазерного променя на межу розділу водаповітря частина енергії відбивається у повітряне середовище, частина - проникає у водну товщу. Якщо промінь падає на поверхню розділу під кутом падіння, відмінним від нульового, то і у водному середовищі він розповсюджується не вертикально. Оскільки нахил водної поверхні не вимірюється, відповідно виникає помилка у визна 96637 4 ченні вертикальних характеристик водного середовища. Помилка тим більше, чим більше нахил площадки, на якій промінь перетинає границю вода-повітря. Запропонований спосіб дозволяє виключити цю помилку, тому що зондування водної товщі здійснюється тільки в момент, коли майданчик орієнтовано горизонтально. Спосіб здійснюють наступним чином. Морську поверхню безперервно зондують в надир лазерним променем і реєструють сигнали тільки зворотного відображення. Ці сигнали з'являються в моменти часу, коли лазерний промінь падає на ділянки поверхні, орієнтовані відповідним чином горизонтально. Для зондування використовують прилад із сумісними випромінювачем і приймачем. У момент реєстрації відблиску дзеркального відображення здійснюють суттєве збільшення потужності випромінення лазера - до рівня, що дозволяє вимірювати спектр комбінаційного розсіяння з водної товщі. Тобто, лазер, що працював в режимі лідару, переводиться в режим романівського лазера. Може бути використаний, наприклад, Ndлазер, можливості та особливості застосування якого описані в роботі [1]. Лазерний промінь перетинає майданчик, що орієнтовно горизонтально, і вертикально проникає в товщу води. Далі приймають розсіяний з товщі води сигнал, вимірюють його спектр розсіювання. Спектр розсіяного світла містить, крім спектральних ліній, що характеризують світло, що падає на середовище, також додаткові лінії, що розташовані з низькочастотної і високочастотної сторін близько спектральних ліній первинного світла (стоксівська і антистоксівська компоненти розсіювання). Системи цих додаткових ліній різні для різних речовин. Вони також залежать від температури середовища. Це явище, що виявлене в 1928 році В. Раманом і К. Крішнаном, називають романівським або комбінаційним розсіюванням світла. Зареєстрований спектр розсіювання називають раманівським або комбінаційним. За спектром комбінаційного розсіювання визначають хімічні та біологічні характеристики водного середовища, а також температуру, як описано, наприклад, у роботах [1, 4]. Використані джерела: 1. Буриков А.С., Климов Д.В., Литвинов П.Н., Маслов Д.В., Фадеев В.В. Лидар берегового базирования для мониторинга прибрежных морских акваторий // Квантовая электроника. - 2001. - Т. 31, № 8. - С. 745-750. 2. Аброскин А.Г., Бункин А.Ф., Власов Д.В. и др. Натурные эксперименты по лазерному зондированию на установке "Чайка" // Труды ИОФАН, Дистанционное зондирование океана. - 1986. - Т. 1. - С. 23-39 . 3. Запевалов О.С. Спосіб дистанційного визначення характеристик середовища відкритої водойми // (Приоритет 26.02.07, МПК (2006) G01V 8/00, G01J 3/44, G01S 17/00) Патент України, № 84956, 10.12.2008, Бюл. № 23. - Прототип. 4. Leonard D., Caputo В., Hoge F. Remote sensing of subsurface water temperature by Raman scattering. Appl. Opt., 1979, Vol. 18, № 11, p. 17321745. 5 Комп’ютерна верстка А. Крулевський 96637 6 Підписне Тираж 23 прим. Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601