WWW.DIS.KONFLIB.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

 
<< HOME
Научная библиотека
CONTACTS

Pages:     | 1 |   ...   | 9 | 10 || 12 | 13 |   ...   | 17 |

Величко, александр павлович разработка ик­радиометрического комплекса, обеспечивающего дистанционный контроль и исследование облаков и прозрачности атмосферы москва

-- [ Страница 11 ] --

в). Определить коэффициент пропускания Тр(АЛ), обусловленный явлением рассеяния и зависящий от количества и размера (радиуса) частиц воздуха, а также от рабочего спектрального диапазона:

- спектральный коэффициент пропускания Тр{Л) определяется по формуле:

где п - число частиц в 1 см^ атмосферы; г - радиус частиц; Ко эффективный коэффициеит рассеяния, сильно зависящий от г/Я;

в вертикальном нодоблачном слое молекулы газов атмосферы (без учета дымки и аэрозоли) имеют размеры порядка 10"^ мкм, поэтому при соотношении г/Х ~ 10'^ (рэлеевское рассеяние) коэффициент Ко —* О, и спектральные коэффициенты пропускания Тр(Л)~ 1; соответственно и коэффициент пропускания Гр(АЯ), обусловленный явлением рассеяния в рабочем спектральном диапазоне, можно с достаточной точностью принять за единицу.

г). Определить коэффициент пропускания подоблачного слоя г ^ ( М ) по формуле:

7. По формуле (2.3) определить плотность потока излучения Я{АЛ)^„ от нижней границы облака в рабочем спектральном диапазоне.

8. Определить радиационную температуру нижней границы облака по известной плотности потока Я{АЛ)^^, используя таблицу 7 Приложения 9. Рассчитать среднюю водность облака w по формулам (1.9 и 1.10).

10. При известной мощности облака П определить водозапас облака W по формулам (1.15,1.16,1.17) в зависимости от формы облака.

11. Определить альбедо облака по формуле (1.24).

12. Определить коэффициент пропускания облака г по формуле (1.24).

13. Определить оптическую толщину облака Ьобл по формуле (1.3).

14. Определить истинную поглощательную способность а* по формуле (1.25).

15. Определить эффективную поглощательную способность а^ф по формуле (1.27).

16. Определить эффективную излучательную способность по формуле (1.36).

2.4.2. Методика расчета плотности оптически полупрозрачных облаков полупрозрачных облаков (п. 2.3) ИК-радиометр благодаря автоматической системе наведения и сопровождения постоянно направлен на Солнце.

Поскольку измеряемый температурный интервал ИК радиометром ограничен (AZ' = -50°C-f+500''C), то для измерений по Солнцу требуется ослабление его потока с помощью п-го количества слоев полиэтиленовой пленки (см. п. 2.1). При этом плотность потока излучения Ко(Щ, соответствующая температуре Т^^^, измеренной ИК-радиометром без облаков, будет определяться следующим соотношением:

R,{AX) = [R,{AA)-T^(AA) + R^(AA)]-TjAA), где 11с{АЯ)-т^{АЛ)- ПЛОТНОСТЬ солнечного потока излучения на входном зрачке ИК-радиометра в рабочем спектральном диапазоне; г коэффициент пропускания п-го количества слоев пленки; Я^ шютность потока излучения безоблачной атмосферы.

При ослаблении солнечного излучения полупрозрачным облаком плотность потока RiiAA), соответствующая измеренной ИК-радиометром температуре T^^^, будет равна:

где Л„„р(ЛЯ)- плотность потока излучения подстилающей поверхности (земли), отраженная вниз полупрозрачным облаком; R^{AA)- плотность потока излучения вниз полупрозрачного облака; т^{АЛ)- коэффициент пропускания атмосферы в данном спектральном диапазоне; г^(АЛ)коэффициент пропускания полупрозрачного облака в измеряемом спектральном диапазоне.

Из уравнений (2.12) и (2.13) выразим Rci^X)•т^^X) и приравняем их:

Отсюда коэффициент пропускания полупрозрачного облака будет равен:

очень малы по сравнению с R^{M,) и RQ{M), И ИМИ МОЖНО пренебречь до определенной оптической плотности облака.

В этом случае можно записать:

Как известно, оптическая плотность какой-либо среды определяется следующим выражением:

где г - коэффициент пропускания этой среды.

Поэтому плотность оптически полупрозрачных облаков можно получить ю выражения:

Оценим, в каких пределах можно использовать формулу (2.16) с достаточной точностью. Известно, что метод Вильсона (п. 1.5) дает погрешность в определении коэффициента пропускания полупрозрачного облака свыше 5%. Поскольку разработанный метод должен быть по крайней мере не хуже, примем Лг^,(А/1)5%. Погрешность наведения разработанной следящей системы составляет 0,5%. Тогда в уравнении (2.15) не учтенная часть в числителе должна составлять не более 5% от основной величины 7?i(AA) с учетом коэффициента пропускания полиэтиленовой пленки. По прежним измерениям различными методами определено, что полупрозрачные облака имеют температуру нижней границы не более -25°С (248°К), температура чистого неба в направлении коэффициент пропускания атмосферы в среднем составляет 0,7; /^„^^(АЯ) не превышает 7% от плотности излучения облака. Тогда, используя данные из таблицы 7 Приложения 1, получаем, что вклад неучтенной части в плотность общего регистрируемого потока излучения составляет:

составлять:

Верхняя граница измеряемого температурного диапазона ИКрадиометра составляет 500°С (773°К). Следуя методике расчета, изложенной в п. 2.4.1., получим:

Отсюда минимальный коэффициент пропускания полупрозрачного облака, который может быть определен по формуле (2.16):

Т.е. таким образом можно определять коэффициенты пропускания облаков верхнего яруса (Ci) и некоторых менее плотных облаков среднего яруса (Ас tg) (см. табл. 1.8).

плотности прозрачных облаков выглядит следующим образом:

1. Рассчитать плотность излучения R^{AA) на входном зрачке ИКрадиометра по измеренной температуре Т^^ (ф-лы 2.4 - 2.5, либо табл. Прилож. 1);





2. Рассчитать плотность излучения Л, (ЛЯ) на входном зрачке ИКрадиометра по измеренной температуре Ti^ (ф-лы 2.4 - 2.5, либо табл. Прилож. 1);

3. По формуле (2.16) определить коэффициент пропускания облака 4. По формуле (2.18) определить оптическую плотность облака 5. По формуле (1.3) определить оптическую толщину облака.

Если коэффициент пропускания т^(АЛ){0,5, то для обеспечения требуемой точности необходимо дополнительно измерить температуру полупрозрачного облака на фоне чистого неба. Для этого применяется метод и установка, представленные в п. 2.2, параллельно со следящей установкой. Плоскость сканирования устанавливается непосредственно за Солнцем по ходу измеряемого облака и перпендикулярно движению этого облака. Обработка измеренных параметров осуществляется по методике, изложенной в п. 2.4.1. Полученные таким образом значения R^iAZ); Rosjii^^yJamMi^^) учитываются, и коэффициент пропускания облака определяется по формуле 2.15.

2.4.3. Методика определения степени прозрачности атмосферы Степень прозрачности атмосферы оценивается коэффициентом прозрачности, который можно определить по известной формуле Бугера (1.1), измеряя ослабление излучения Солнца в реальной атмосфере.

Условия применимости данного закона в «окне прозрачности» атмосферы 8-14 мкм соблюдаются, когда: а) излучение Солнца неселективно, поэтому закон справедлив в спектральной полосе любой ширины; б) собственным излучением атмосферы можно пренебречь по сравнению с прямой солнечной радиацией; при отсутствии тумана и густой дымки в рабочем спектральном диапазоне имеет место рэлеевское рассеяние излучения Солнца.

Закон Бугера можно представить в виде:

где R^it^X)- знергетическая плотность прямой солнечной радиации на верхней границе атмосферы в рабочем спектральном диапазоне; R{ts.X,m) энергетическая плотность прямой солнечной радиацией, измеряемой ИКрадиометром в том же спектральном диапазоне; т - количество оптических масс.

Поскольку температурный диапазон, измеряемый данным ИКрадиометром, ограничен (до 500°С), необходимо применить ослабление солнечного излучения (см. п. 2.1) с помощью полиэтиленовой пленки.

полиэтиленовой пленки определенной толщины, уменьшающий плотность потока солнечного излучения, измеряемого ИК-радиометром, до величины, соответствующей 500°С (773 °К), в условиях идеальной атмосферы (т.е. сухой и чистой, основные ослабляющие излучение компоненты - СО^ и (9з) [58]. Коэффициент прозрачности идеальной атмосферы при одной онтической массе ( т = 1), согласно таблице 1.1, составляет:

Величину RQ{M) ДЛЯ «окна прозрачности» атмосферы определяем по методике, изложенной в п. 2.4.1.

Тогда из формулы 2.19 следует, что С другой стороны плотность излучения в спектральной полосе 8- мкм, соответствующей 500°С (773°К), была определена в п. 2.4.2 и составляет:

Коэффициент пропускания полиэтиленовой пленки определяем из выражения:

Итак, учитывая применение расчетного количества слоев полиэтиленовой пленки, коэффициент прозрачности атмосферы будет определяться выражением:

где R^{AX,m) - измеренная ИК-радиометром плотность солнечного излучения; я'о{АЛ) - расчетная плотность излучения Солнца с учетом ослабления, равная:

Количество оптических масс т в формуле (2.21) зависит от зенитного угла Солнца вс. Для зенитных углов Солнца ^^-60° с погрешностью 0,5% количество оптических масс можно определить из выражения [58]:

При больших зенитных углах Солнца погрешность в определении т возрастает, и следует применять выражение, учитываюш;ее сферичность атмосферы (формула Ламберта):

спектральном диапазоне 8 - 14мкм будет заключаться в следующем.

1. Следящую ИК-устаповку ориентировать на Солнце при чистом небосклоне; перед объективом ИК-радиометра расположить расчетное количество слоев полиэтиленовой пленки;

2. Фиксируем температуру, измеренную ИК-радиометром, и зенитный угол Солнца вс по датчику угла места;

3. Определить плотность потока солнечного излучения в рабочем спектральном диапазоне по измеренной температуре, следуя методике, изложенной в п. 2.4.1;

4. Рассчитать количество оптических масс т по формулам (2.23 или 2.24) в зависимости от измеренного зенитного угла Солнца;

5. Определить коэффициент прозрачности атмосферы по формуле (2.21);

спектральном диапазоне по формуле:

7. Определить фактор мутности атмосферы Т{АЛ,т) по формуле (см.

п. 1.2):

где г„^^ - коэффициент прозрачности идеальной атмосферы.

Глава 3. Разработка и обоснование методов калибровки 3.1. Повышение стабильности работы ИК-радиометров Для повышения стабильности ИК-радиометра необходимо сначала провести поэтапные исследования радиометра в реальных условиях в течение длительного периода его работы совместно с другой наземной радиометрической аппаратуры.

Пример экспергшенталъной оценки и повышения стабильности ИКрадиометра.

Для обеспечения работы в полевых условиях в ИК-радиометр был установлен специально разработанный термостабилизированный опорный излучатель. Результаты показаний радиометра выводились на компьютер для последующей обработки. Проведенные исследования показали, что ИК-радиометр функционирует крайне нестабильно (рис.3.1.а).

Среднеквадратичная ошибка измерения лучистости контрольного излучателя составила 1087 мкВт/см^-стер.

Далее были проведены исследования стабильности ИК-радиометра в зависимости от элементов его схемы: электронного усилителя приемника излучения, модулятора и оптической схемы.

Для того, чтобы определить степень нестабильности радиометра, вызванной работой электронного усилителя, последний был заменен специальным усилителем, стабильность которого была повышена введением в схему усилителя системы автоматической стабилизации коэффициента усиления. В результате стабильность ИК-радиометра значительно улучшилась. Среднеквадратичная погрешность измерения снизилась до 612 мкВт/см^-стер, (рис.3.1.6).

Влияние приемника излучения на стабильность радиометра исследовано в лабораторных условиях. Экспериментально были получены температурная характеристика и вольтамперные характеристики приемника излучения (болометра) при различных температурах в интервале рабочих температур (5° - 60°С) (рис.3.1,г).



Pages:     | 1 |   ...   | 9 | 10 || 12 | 13 |   ...   | 17 |
 


Похожие работы:

« Пастухов Юрий Викторович ИНФОРМАЦИОННО – ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ПРОЦЕССА ПРОМЫШЛЕННОЙ КОРРОЗИИ С ИЗМЕРИТЕЛЬНЫМ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ НА ОСНОВЕ ЯДЕРНО-ФИЗИЧЕСКИХ МЕТОДОВ 05.11.16 - Информационно-измерительные и управляющие системы (в машиностроении) Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук Научный руководитель – докт. техн. наук, профессор Муха Ю. П. Волгоград - 2014 2 Оглавление Введение.... 5 Глава 1. Современное состояние ...»

« Фесько Юрий Александрович РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЫХ МЕТОДОВ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТРЕХМЕРНОЙ ФОРМЫ ОБЪЕКТОВ 05.11.07 – Оптические и оптико-электронные приборы и комплексы Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук Научный руководитель – кандидат технических наук, профессор Тымкул Василий Михайлович Новосибирск – 2014 2 ОГЛАВЛЕНИЕ Введение 1 Аналитический обзор научно-технической и патентной литературы по оптическим и оптико-электронным ...»

« ЛАРИН АЛЕКСЕЙ АНДРЕЕВИЧ СПОСОБЫ ОЦЕНКИ РАБОТОСПОСОБНОСТИ ИЗДЕЛИЙ ИЗ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ МЕТОДОМ КОМПЬЮТЕРНОЙ ТОМОГРАФИИ Специальность: 05.11.13 – Приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук Научный руководитель -кандидат технических наук, старший научный сотрудник Бакулин В.Н. Научный консультант - кандидат технических наук, доцент Резниченко В.И. Москва 2013 2 Содержание ...»








 
© 2013 www.dis.konflib.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.