hydrophysicsФундаментальная и прикладная гидрофизикаFundamental and Applied Hydrophysics2073-66732782-5221St. Petersburg Research Center of the Russian Academy of Sciences10.7868/S2073667319040099hydrophysics-50Research ArticleГИДРООПТИКАHYDROOPTICSКомпенсационный подход к исключению методических погрешностей при измерениях спектральной прозрачности морской водыCompensatory approach to exclude methodological errors in measurements of spectral transparency of seawaterЛиМ. Е.LeeM. E.

Севастополь

Sevastopol

michael.lee.mhi@gmail.comФёдоровС. В.FedorovS. V.

Севастополь

Sevastopol

s.fedorov@mhi-ras.ruМорской гидрофизический институт РАНРоссияMarine Hydrophysical Institute of RASRussian Federation2019291120211247884Copyright © Ли М.Е., Фёдоров С.В., 20212021Ли М.Е., Фёдоров С.В.Lee M.E., Fedorov S.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://hydrophysics.spbrc.ru/jour/article/view/50

Предлагается компенсационный подход, направленный на исключение методических погрешностей при измерениях спектрального показателя ослабления света в морской воде, и описывается схема прозрачномера, в котором реализован данный подход. Особенность предлагаемой оптической схемы состоит в том, что измерительный и опорный лучи формируются идентичными оптическими элементами, составляющими опорный и измерительный каналы, при этом оба канала выведены в измеряемую среду. В такой оптической схеме отпадает необходимость введения поправки на изменение коэффициента отражения поверхностей оптических деталей, соприкасающихся с морской водой, при погружении прибора в море, или проведения сложной калибровки с использованием особо чистой воды. В результате появляется возможность использования калибровки прибора на воздухе для определения показателя ослабления непосредственно в измеряемой среде после погружения прибора в воду. Т.к. измерения фактически выполняются на двух оптических базах, может быть выполнена самокалибровка прибора без использования аттестованной эталонной воды с известными оптическими характеристиками. В качестве источника светового излучения применен мощный многоэлементный семицветный светодиод.

A compensatory approach aimed at eliminating methodological errors in the measurements of the beam attenuation coefficient in seawater is proposed and the scheme of the transmissometer in which this approach is implemented is described. The special feature of the proposed optical scheme is that the measuring and reference beams are formed by identical optical elements that make up the reference and measuring channels, while both channels are transmitted to the measured medium. Since the measurement and reference channels are identical and both are transmitted in the measured environment, there is no need to correct changes of reflectance on optical parts when the device is immersed in sea water. There is also no need for complex calibration using pure water. As a result, it is possible to use the instrument calibration in air to determine the beam attenuation coefficient after immersion of the instrument in water. Since the measurements are actually performed on two optical bases, self-calibration of the device can be performed without the usage of pure water with known optical characteristics. A powerful multi-element seven-color LED is used as a light source.

прозрачностьпрозрачномерспектральный показатель ослабления светаbeam transmittancetransmissometerspectral beam attenuation coefficientРабота выполнена в рамках государственного задания по теме № 0827-2019-0002 «Развитие методов оперативной океанологии на основе междисциплинарных исследований процессов формирования и эволюции морской среды и математического моделирования с привлечением данных дистанционных и контактных измерений»ReferencesMueller J.L. et al. Ocean Optics Protocols For Satellite Ocean Color Sensor Validation. Rev. 4, V. IV: Inherent Optical Properties: Instruments, Characterizations // Field Measurements and Data Analysis Protocols, 2003.Mueller J.L. et al. Ocean Optics Protocols For Satellite Ocean Color Sensor Validation, Rev. 4, V. IV: Inherent Optical Properties: Instruments, Characterizations, Field Measurements and Data Analysis Protocols, 2003.IOCCG Protocol Series (2019). Beam Transmission and Attenuation Coefficients: Instruments, Characterization, Field Measurements and Data Analysis Protocols. Boss, E., Twardowski, M., McKee, D., Cetinić, I. and Slade // W. IOCCG Ocean Optics and Biogeochemistry Protocols for Satellite Ocean Colour Sensor Validation. V. 2.0, edited by A. Neeley and I. Cetinić, IOCCG, Dartmouth, NS, Canada.IOCCG Protocol Series (2019). Beam Transmission and Attenuation Coefficients: Instruments, Characterization, Field Measurements and Data Analysis Protocols. Boss, E., Twardowski, M., McKee, D., Cetinić, I. and Slade, W. IOCCG Ocean Optics and Biogeochemistry Protocols for Satellite Ocean Colour Sensor Validation, Volume 2.0, edited by A. Neeley and I. Cetinić, IOCCG, Dartmouth, NS, Canada. DOI: 10.25607/OBP-458AC-9 Meter. Protocol Document. URL: http://www.comm-tec.com/Prods/mfgs/Wetlabs/Manuals/ac-protocoldocument.pdf (дата обращения: 02.08.2019).AC-9 Meter. Protocol Document. URL: http://www.comm-tec.com/Prods/mfgs/Wetlabs/Manuals/ac-protocoldocument.pdf (date of access: 02.08.2019).Маньковский В.И., Пеньков М.Н., Бондаренко А.С. Прозрачномер для морской прибрежной станции // Системы контроля окружающей среды. 2004. С. 37—39.Mankovsky V.I., Penkov M.N., Bondarenko A.S. Transmissometer for marine coastal station. Monitoring System of Environment. 2004, 37—39 (in Russian).Gamma-2 Abyss Deep-Sea Transmissometer. URL: https://www.hobilabs.com/cmsitems/attachments/3/Gamma-2%20Abyss%20Manual%20D.pdf (дата обращения: 02.08.2019).Gamma-2 Abyss Deep-Sea Transmissometer. URL: https://www.hobilabs.com/cmsitems/attachments/3/Gamma-2%20Abyss%20Manual%20D.pdf (date of access: 02.08.2019).Латушкин А.А., Мартынов О.В. Способ определения спектрального показателя ослабления направленного света в морской воде insitu. Патент РФ 2605640 от 27.12.2016. МПК G01N21/59.Latushkin A.A., Martynov O.V. Method for determining the spectral attenuation of direct light in seawater in situ. Patent RU 2605640 on 27.12.2016. Int.Cl. G01N2159 (in Russian).Артемьев А.А. и др. Прозрачномер морской воды. Патент РФ 2341786 от 20.12.2008. МПК G01N 21/59.Artemiev А.А. et al. Transmissometer for sea water. Patent RU 2341786 on 20.12.2008. Int.Cl. G01N 21/59 (in Russian).Pegau S., Zanevled R.V., Mueller J.L. Inherent Optical Property Measurement Concepts: Physical Principles and Instruments, in Ocean Optics Protocols for Satellite Ocean Color Sensor Validation, Revision 4, Volume IV: Inherent Optical Properties: Instruments, Characterizations, Field Measurements and Data Analysis Protocols, NASA/TM-2003-211621/Rev4-Vol. IV, edited by J.L. Mueller, G.S. Fargion, and C.R. McClain, p. 1—14, NASA Goddard Space Flight Center, Greenbelt, Maryland. 2003.Pegau S., Zanevled R.V., Mueller J.L. Inherent Optical Property Measurement Concepts: Physical Principles and Instruments, in Ocean Optics Protocols for Satellite Ocean Color Sensor Validation, Revision 4, Volume IV: Inherent Optical Properties: Instruments, Characterizations, Field Measurements and Data Analysis Protocols, NASA/TM-2003-211621/Rev4-Vol. IV, edited by J.L. Mueller, G.S. Fargion, and C.R. McClain, 1—14, NASA Goddard Space Flight Center, Greenbelt, Maryland. 2003.Twardowski M., Röttgers R., Stramski D. The Absorption Coefficient, in Inherent Optical Property Measurements and Protocols: Absorption Coefficient, Neeley, A.R. (ed.), IOCCG Ocean Optics and Biogeochemistry Protocols for Satellite Ocean Colour Sensor Validation, Volume 1.0, p. 1—17, IOCCG, Dartmouth, NS, Canada. 2008.Twardowski M., Röttgers R., Stramski D. The Absorption Coefficient, in Inherent Optical Property Measurements and Protocols: Absorption Coefficient, Neeley, A.R. (ed.), IOCCG Ocean Optics and Biogeochemistry Protocols for Satellite Ocean Colour Sensor Validation, Volume 1.0, 1—17, IOCCG, Dartmouth, NS, Canada. 2008.Кельбалиханов Б.Ф., Матюшенко В.А. Спектрофотометр. Патент СССР 1055973 от 23.11.1983. МПК G01J 3/42.Kelbalihanov B.F., Мatyushenko V.А. Spectrophotometer. Patent SU 1055973 on 23.11.1983. Int.Cl. G01J 3/42 (in Russian).Буренков В.И., Кельбалиханов Б.Ф., Копелевич О.В. Методы измерений оптических свойств морской воды // Оптика океана / Под ред. А.С. Монина. Т. 1, гл. 5. С. 117—118. М.: Наука, 1983.Burenkov V.I., Kelbalihanov B.F., Kopelevich O.V. The measurement methods of optical proporties of sea water. Ocean Optics, Ed. A.S. Monin, Vol. 1, chapter 5, 117—118. Мoscow, Nauka, 1983 (in Russian).LED Engin. LZ7-N4M100-0000 Datasheet. https://eu.mouser.com/datasheet/2/228/5412935-LED_2520Engin_Datasheet_LuxiGen_LZ7-04M100-1531974.pdf (дата обращения: 02.08.2019).LED Engin. LZ7-N4M100-0000 Datasheet. URL: https://eu.mouser.com/datasheet/2/228/5412935-LED_2520Engin_Datasheet_LuxiGen_LZ7-04M100-1531974.pdf (date of access: 02.08.2019).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.