Что такое коэффициент отражения света. Коэффициент отражения линии
От неоднородности в среде распространения. Примерами неоднородности могут быть нагрузка в линии передачи или граница раздела двух однородных сред с различными значениями электрофизических параметров.
- отношение комплексной амплитуды напряжения отраженной волны к комплексной амплитуде напряжения падающей волны в заданном сечении линии передачи .
Коэффициент отражения по току - отношение комплексной амплитуды тока отраженной волны к комплексной амплитуде тока падающей волны в заданном сечении линии передачи .
Коэффициент отражения радиоволны - отношение указанной составляющей напряженности электрического поля в отраженной радиоволне к той же самой составляющей в падающей радиоволне .
Коэффициент отражения по напряжению
Коэффициент отражения по напряжению (в методе комплексных амплитуд) - комплексная величина, равная отношению комплексных амплитуд отражённой и падающей волн:
K U = U отр / U пад = |K U |e jφ где |K U | - модуль коэффициента отражения, φ - фаза коэффициента отражения, определяющая запаздывание отражённой волны относительно падающей.Коэффициент отражения по напряжению в линии передачи однозначно связан с её волновым сопротивлением ρ и импедансом Z нагр нагрузки:
K U = (Z нагр - ρ) / (Z нагр + ρ) .Коэффициент отражения по мощности - величина, равная отношению мощности (потока мощности, плотности потока мощности), переносимой отраженной волной, мощности, переносимой падающей волной:
K P = P отр / P пад = |K U | 2Другие величины, характеризующие отражение в линии передачи
- Коэффициент стоячей волны - K св = (1 + |K U |) / (1 - |K U |)
- Коэффициент бегущей волны - K бв = (1 - |K U |) / (1 + |K U |)
Метрологические аспекты
Измерения
- Для измерения коэффициента отражения применяются измерительные линии , измерители полных сопротивлений , панорамные измерители КСВ (ими измеряется только модуль, без фазы), а также векторные анализаторы цепей (могут измерять как модуль так и фазу).
- Мерами отражения являются различные измерительные нагрузки - активные, реактивные с изменяемой фазой и др.
Эталоны
- Государственный эталон единицы волнового сопротивления в коаксиальных волноводах ГЭТ 75-2011 (недоступная ссылка) - находится в СНИИМ (Новосибирск)
- Установка высшей точности для воспроизведения единицы комплексного коэффициента отражения электромагнитных волн в волноводных трактах прямоугольного сечения в диапазоне частот 2,59...37,5 ГГц УВТ 33-В-91 - находится в СНИИМ (Новосибирск)
- Установка высшей точности для воспроизведения единицы комплексного коэффициента отражения (коэффициента стоячей волны напряжения и фазы) электромагнитных волн в волноводных трактах прямоугольного сечения в диапазоне частот 2,14 … 37,5 ГГц УВТ 33-А-89 - находится во
|
Цвет |
ρ |
Цвет |
ρ |
Цвет |
ρ |
Цвет |
ρ |
|
Зелёный светлый |
Серый светлый |
Синий светлый | |||||
|
Жёлтый светлый |
Зелёный средний |
Серый средний |
Синий тёмный | ||||
|
Жёлтый средний |
Зелёный тёмный |
Серый тёмный |
Коричневый тёмный | ||||
Значения коэффициентов отражения некоторых конкретных поверхностей приведены в табл. 5.
В связи с тем, что в поле зрения могут попадать объекты с различной яркостью, введено понятие адаптирующей яркости (B а ), под которой понимают ту яркость, на которую адаптирован (настроен) в данный момент время зрительный анализатор. Приближённо можно считать, что для изображений с прямым контрастом адаптирующая яркость равна яркости фона, а для изображений с обратным контрастом - яркости объекта . Диапазон чувствительности зрительного анализатора очень широк: от 10 -6 до 10 6 кд/м 2 . Наилучшим условиям работы соответствуют уровни адаптирующей яркости в пределах от нескольких десятков до нескольких сотенкд/м 2 .
Таблица 5
Значения коэффициентов отражения некоторых поверхностей
|
Поверхность |
ρ |
Поверхность |
ρ |
|
Сталь полированная |
Бумага белая тонкая | ||
|
Железо белое |
Бумага ватманская | ||
|
Молибден |
Белила свинцовые | ||
|
Алюминий полированный |
Белила цинковые | ||
|
Алюминий матовый |
Фаянсовая плита белая | ||
|
Зеркало алюминированное |
Кафель белый | ||
|
Латунь матовая |
Мрамор белый | ||
|
Латунь полированная |
Кирпич белый | ||
|
Кирпич жёлтый | |||
|
Кирпич красный | |||
|
Стекло молочное (2 – 3 мм ) |
Стекло оконное | ||
|
Эмаль фарфоровая белая | |||
|
Бархат чёрный |
Белая клеевая краска |
Следует иметь в виду, что обеспечение требуемой величины контраста является только необходимым, но ещё недостаточным условием нормальной видимости объектов. Нужно также знать, как этот контраст воспринимается в данных условиях. Для его оценки зрительного восприятия объектов вводится понятие порогового контраста :
где B пор - пороговая разность яркости, т. е. минимальная разность яркостей предмета и фона, которая ещё обнаруживается глазом. Таким образом, величинаК пор определяется дифференциальным порогом различения. Для получения оптимального оперативного порога различения необходимо, чтобы фактическая величина разности яркости предмета и фона была в 10 - 15 раз больше пороговой. Это означает, что для нормальной видимости величина контраста, рассчитанная по формулам (1), должна быть больше величиныК пор в 10 – 15 раз. Таким образом, отношение величины контраста объекта наблюдения к его значению (характеристика способности глаза воспринимать объект) называютвидимостью :
. (4)
Величина порогового контраста зависит от яркости фона и от угловых размеров α об наблюдения объектов. Следует заметить, что объекты с бóльшими размерами видны при меньших контрастах и что с увеличением яркости уменьшается требуемая величина порогового контраста.
Для ориентировочной оценки величины прямого порогового контраста в работе предлагается эмпирическая формула:
,
(5)
где: α об – угловой размер (измеряемый в угловых минутах) наблюдаемого объекта (см. ниже рис. 4). Функциональные коэффициентыφ 1 (α об ) иφ 2 (α об ) зависят от углового размера наблюдаемого объекта и яркости фона:
;
(5 1)
для 0,01 ≤ B ф ≤ 10 – k φ1 = 75;
;
(5 2)
для B ф > 10 – k φ1 = 122;
;
(5 3)
k φ2 = 0,333; ξ = 3,333; p 0 = –0,096, p 1 = –0,111, p 2 = 3,55∙10 – 3 , p 3 = –4,83∙10 – 5 , p 4 = 1,634∙10 – 7 ; q 0 = 2,345∙10 – 5 , q 1 = –0,034, q 2 = 1,32∙10 – 3 , q 3 = –2,053∙10 – 5 , q 4 = 7,334∙10 – 4 .
Формулы (5 1) – (5 3) получены в результате аппроксимации табличных значений функциональных коэффициентовφ 1 (α об ) иφ 2 (α об ) , приведённых в .
Для оценки величины обратного порогового контраста для1′ ≤ α об ≤ 16′ предлагается аппроксимация другой эмпирической формулы :
,
(6)
где: r 0 = –0,51, r 1 = -0,151, r 2 = 3,818∙10 –3 , r 3 = –3,94∙10 –5 , r 4 = –1,606∙10 –7 , r 5 = 2,095∙10 –10 .
При угловых размерах наблюдаемых объектов, превышающих 16 угловых минут (α об > 16′), можно использовать формулу :
,
(6′)
где K пор(16′) – величина порогового контраста, рассчитанная по формуле (6) дляα об = 16′ .
Связь угловых и линейных размеров наблюдаемых объектов для общего случая иллюстрируется на рис. 4, где: l об –линейный размер наблюдаемого объекта;l x иl y – расстояния от точки наблюдения (расположения глаза человека) до центра наблюдаемого объекта, взятые по горизонтали и вертикали, соответственно;β об – угол отклонения плоскости наблюдаемого объекта от горизонтали. Величиныl об ,l x ,l y иβ об определяются особенностями и организацией конкретного рабочего места. Остальные обозначенные на рис. 4 величины являются вспомогательными:l наб – прямое расстояние от точки наблюдения до центра наблюдаемого объекта; h наб – расстояние по нормали от точки наблюдения до плоскости наблюдаемого объекта;β наб – угол зрения относительно плоскости наблюдаемого объекта;α 1 иα 2 – вспомогательные углы.
Рис. 4. Связь угловых (α ) и линейных (l о ) размеров наблюдаемых объектов
Геометрия чертежа на рис. 4 определяет следующие выражения для вспомогательных величин:
;
;
(7)
;
(8)
и, следовательно, угловой размер наблюдаемого объекта может быть определён как:
α об = α 2 – α 1 . (9)
Большое влияние на условия видимости объектов оказывает величина внешней освещённости. Однако это влияние будет различным при работе с изображениями, имеющими прямой или обратный контраст. Увеличение освещённости при прямом контрасте приводит к улучшению условий видимости (величина К пр увеличивается) и, наоборот, при обратном контрасте - к ухудшению видимости (величинаК об уменьшается).
При увеличении освещённости величина К пр увеличивается, поскольку яркость фона возрастает в большей степени, чем яркость объекта (коэффициент отражения фона больше коэффициента отражения объекта). ВеличинаК об при этом уменьшается, т. к. яркость объекта практически не меняется (предмет светится), а яркость фона увеличивается.
Во многих случаях в поле зрения оператора могут оказаться световые сигналы с различной интенсивностью. При этом чрезмерно яркие объекты могут вызывать нежелательное состояние органов зрения – ослеплённость. Особенно сильно негативное влияние на работу органов зрения оказывают элементы с большой яркостью, в качестве которых могут выступать чрезмерно яркие части светильников (например, нить накала ламп накаливания) или других источников света – прямое действие, а также их зеркальные отражения – отражённое действие. Слепящая яркость определяется размером и яркостью светящейся поверхности, а также уровнем яркости адаптации органов зрения. Минимальные уровни яркости, которые начинают вызывать эффект ослеплённости, приближённо можно определить по эмпирической формуле :
, (10)
где Ω сп – телесный угол наблюдения оператором светящейся поверхности (в стерадианах), величину которого приближённо можно определить как отношение площади светящейся поверхности к квадрату расстояния от этой поверхности до органов зрения.
Следует иметь в виду, что фактические уровни яркости наблюдаемых объектов следует оценивать по формулам (2) и (3), а с помощью формулы (10) может быть осуществлена лишь проверка фактических уровней яркости на предмет возникновения слепящего эффекта. Для нормального восприятия яркости наблюдаемых объектов необходимо, чтобы выполнялось неравенство:
B сп < B сп min , (11)
где B сп – яркость слепящей поверхности, определённая по формулам (2) – (3).
Таким образом, для создания оптимальных условий зрительного восприятия необходимо не только обеспечить требуемый уровень яркости и контраст воспринимаемых световых сигналов, но также исключить чрезмерную неравномерность распределения яркостей в поле зрения. В случаях, когда невозможно использовать формулу (9), можно воспользоваться данными табл. 6 или считать неравномерность распределения уровней яркости в поле зрения приемлемой, если их перепад не превышает 1 к 30 .
Таблица 6
При прохождении границ раздела сред акустические волны испытывают не только отражение и преломление, но и трансформацию волн одного типа в другой. Рассмотрим простейший случай нормального падения волны на границу двух протяженных сред (рис. 3.1). Трансформация волн в этом случае отсутствует.
Рассмотрим энергетические соотношения между падающей, отраженной и прошедшей волнами. Они характеризуются коэффициентами отражения и преломления.
Коэффициентом отражения по амплитуде называется отношение амплитуд отраженной и падающей волн:
Коэффициентом прохождения по амплитуде называется отношение амплитуды прошедшей и падающей волн:
Указанные коэффициенты можно определить, зная акустические характеристики сред. При падении волны из среды 1 в среду 2 коэффициент отражения определяется как
, (3.3)
где , – акустические импедансы сред 1 и 2 соответственно.
При падении волны из среды 1 в среду 2 коэффициент прохождения обозначается и определяется как
. (3.4)
При падении волны из среды 2 в среду 1 коэффициент прохождения обозначается и определяется как
. (3.5)
Из формулы (3.3) для коэффициента отражения видно, что чем больше отличаются акустические импедансы сред, тем большая часть энергии звуковой волны отразится от границы раздела двух сред. Этим определяется как возможность, так и эффективность выявления нарушений сплошности материала (включений среды с акустическим сопротивлением, отличающимся от сопротивления контролируемого материала).
Именно из-за различий в значениях коэффициентов отражения шлаковые включения выявляются значительно хуже дефектов таких же размеров, но с воздушным заполнением. Отражение от несплошности, заполненной газом, приближается к 100%, а для несплошности, заполненной шлаком, этот коэффициент значительно ниже.
При нормальном падении волны на границу двух протяженных сред соотношение между амплитудами падающей, отраженной и прошедшей волны –
. (3.6)
Энергия же падающей волны в случае нормального падения на границу двух протяженных сред распределяется между отраженной и прошедшей волной по закону сохранения.
Помимо коэффициентов отражения и прохождения по амплитуде используются также коэффициенты отражения и прохождения по интенсивности.
Коэффициент отражения по интенсивности есть отношение интенсивностей отраженной и падающей волн. При нормальном падении волны
, (3.7)
где – коэффициент отражения при падении из среды 1 в среду 2;
– коэффициент отражения при падении из среды 2 в среду 1.
Коэффициент прохождения по интенсивности – отношение интенсивностей прошедшей и падающей волн. При падении волны по нормали
, (3.8)
где – коэффициент прохождения при падении из среды 1 в среду 2;
– коэффициент прохождения при падении из среды 2 в среду 1.
Направление падения волны не влияет на значения коэффициентов отражения и прохождения по интенсивности. Закон сохранения энергии через коэффициенты отражения и прохождения записывается следующим образом
При наклонном падении волны на границу раздела сред возможна трансформация волны одного типа в другой. Процессы отражения и прохождения в этом случае характеризуются несколькими коэффициентами отражения и прохождения в зависимости от типа падающей, отраженной и прошедшей волн. Коэффициент отражения в этом виде имеет обозначение ( – индекс, указывающий на тип падающей волны, – индекс, указывающий на тип отраженной волны). Возможны случаи , . Коэффициент прохождения обозначается ( – индекс, указывающий на тип падающей волны, – индекс, указывающий на тип прошедшей волны). Возможны случаи , и .
Публикации по теме
-
Расчетный счет в сбербанк онлайн
Открытие расчетного счета юридических лиц сопровождается оформлением определенного количества документов. Услуга «Резервирование счета в...
-
Бесконтактная карта Сбербанка: тарифы и нюансы оформления
Сбербанк предлагает своим клиентам новый продукт. Это бесконтактная карта Visa PayWave и MasterCard PayPass. На российском рынке они...