priborИзвестия высших учебных заведений. ПриборостроениеJournal of Instrument Engineering0021-34542500-0381Национальный исследовательский университет ИТМО10.17586/0021-3454-2023-66-5-423-429pribor-118Research ArticleОПТИЧЕСКИЕ И ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЫЕ ПРИБОРЫ И КОМПЛЕКСЫOPTICAL AND OPTOELECTRONIC DEVICES AND COMPLEXESМетодика оптимизации времяпролетного оптического турбидиметраOptimization technique for a time-of-flight optical turbidimeterДжавадовН. Г.JavadovN. H.

Джавадов Натиг Гаджи оглы — д-р техн. наук, профессор; Национальное аэрокосмическое агентство Азербайджанской Республики; генеральный директор.

Баку

Natig H. Javadov — Dr. Sci., Professor; National Aerospace Agency of Azerbaijan Republic; General Manager.

Baku

journal_anasa@yahoo.comАгаевФ. Г.AgaevF. G.

Агаев Фахраддин Гюлали оглы — д-р техн. наук, профессор; Институт космических исследований природных ресурсов; директор.

Баку

Fakhraddin G. Agaev — Dr. Sci., Professor; Space Research Institute of Natural Resources; Director.

Baku

director.tekti@mail.ruДжаббарлыБ. Р.JabbarliB. R.

Джаббарлы Бибиханым Раваят гызы — докторант; Азербайджанский технический университет, кафедра спец. Технологий.

Баку

Bibikhanym R. Jabbarli — Doctoral Student; Azerbaijan Technical University, Department of Special Technologies.

Baku

cabbarli.bibixanim@mail.ruНациональное аэрокосмическое агентство Азербайджанской РеспубликиNational Aerospace Agency of Azerbaijan RepublicИнститут космических исследований природных ресурсовSpace Research Institute of Natural ResourcesАзербайджанский технический университетAzerbaijan Technical University202326112024665423429Copyright © Национальный исследовательский университет ИТМО, 20242024Национальный исследовательский университет ИТМОНациональный исследовательский университет ИТМОhttps://pribor.ifmo.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://pribor.ifmo.ru/jour/article/view/118

Обсуждаются вопросы оптимизации оптоволоконного времяпролетного оптического турбидиметра и определяются условия его оптимального функционирования в обычном и распределенном вариантах реализации, где критерием оптимизации является чувствительность. Предложена методика оптимизации: для обычного случая получены выражения оптимальной связи между временем измерения на приемном оптоволокне светового сигнала, эмиттированного с передающего оптоволокна с начала момента запуска импульса, и расстоянием между передающими и приемными оптоволокнами; для распределенного варианта реализации турбидиметра определены условия экстремального режима работы. Методика может быть применена в перспективных системах контроля качества воды.

The issues of optimizing a fiber-optic time-of-flight optical turbidimeter are discussed and the conditions for its optimal operation with sensitivity being the optimization criterion, are determined for both conventional and distributed implementations. An optimization technique is proposed: for the usual case, expressions are obtained for the optimal relationship between the measurement time on the receiving fiber of the light signal emitted by the transmitting fiber, counted from the pulse start moment, and the distance between the transmitting and receiving fibers; for the distributed version of the implementation of the turbidimeter, the conditions for the extreme operation mode are determined. The technique can be applied in advanced water quality control systems.

турбидиметроптоволокноизмеренияоптимизациявремяпролетный принципturbidimeteroptical fibermeasurementsoptimizationtime-of-flight principleReferencesMcCarthy D. T., Zhang K., Westerlund C., Viklander M., Bertrand-Krjewski J. L., Fletcher T. D., Deletic A. Assesment of smapling strategies for estimation of site mean concentrations of stormwater pollutants // Water Res. 2018. N 129. Р. 297—304.McCarthy D.T., Zhang K., Westerlund C., Viklander M., Bertrand-Krjewski J.L., Fletcher T.D., Deletic A. Water Res., 2018, no. 129, pp. 297–304.Rai A. K., Kumar A. Continuous measurement of suspended sediment concentration. Technological advancement and future outlook // Measurement. 2015. N 76. P. 209—227.Rai A.K., Kumar A. Measurement, 2015, no. 76, pp. 209–227.Voichick N., Topping D. J., Griffiths R. E. Technical Note: False low turbidity readings during high suspended sediment concentrations // Hydrol. Earth Syst. Sci. Discuss. 2017.Voichick N., Topping D.J., Griffiths R.E. Hydrology and Earth System Sciences Discussions, October 2017, DOI:10.5194/hess-2017-528.Rymszewicz A., O Sullivan J., Bruen M., Turner J., Lawler D., Cornoy E., Kelly-Quinn M. Measurement differences between turbidity instruments, and their implications for suspended sediment concentration and load calculations: A sensor intercomparison study // J. Environ. Manag. 2017. N 199. P. 99—108.Rymszewicz A., OSullivan J., Bruen M., Turner J., Lawler D., Cornoy E., Kelly-Quinn M. J. Environ. Manag., 2017, no. 199, pp. 99–108.Shenoy M. R., Pal B. P., Gupta B. D. Design , Analysis and realization of a turbidity sensor based on collection of scattered light by a fiber-optic probe // IEEE Sensors Journal. 2012. N 12. P. 44—50.Shenoy M.R., Pal B.P., Gupta B.D. IEEE Sens. J., 2012, no. 12, pp. 44–50.Wang H., Yang Y., Huang Z., Gui H. Instrument for real-time measurement of low turbidity by using time-correlated single photon counting technique // IEEE Trans. Instrum. Meas. 2015. N 64. P. 1075—1083.Wang H., Yang Y., Huang Z., Gui H. IEEE Trans. Instrum. Meas., 2015, no. 64, pp. 1075–1083.Yang Y., Wang H., Cao Y., Gui H., Liu J., Lu L., Cao H., Yu T., You H. The design of rapid turbidity measurement system based on single photon detection techniques // Opt. Laser Technol. 2015. N 73. P. 44—49.Yang Y., Wang H., Cao Y., Gui H., Liu J., Lu L., Cao H., Yu T., You H. Opt. Laser Technol., 2015, no. 73, pp. 44–49.Kramer A., Paul T. A. Fiber-optic probes as sensors for diffuse backscattering presented at the optical sensors // OSA Tech. Digest (Optical Society of America). 2010. Paper SThD2.Kramer A., Paul T.A. OSA Tech. Digest (CD), Optical society of America, 2010, paper SThD2.Prerana, Shenoy M. R., Pal B. P., Gupta B. D. Design, analysis and realization of a turbidity sensor based on collection of scattered light by a fiber-optic probe // IEEE Sensors Journal. 2012. Vol. 12. N 1.Prerana, Shenoy M.R., Pal B.P., Gupta B.D. IEEE Sensors J., 2012, no. 1(12), January.Prerana, Shenoy M. R., Pal B. P. Method to determine the optical properties of turbid media// Appl. Opt. 2008. Vol. 47. P. 3216—3220.Prerana, Shenoy M.R., Pal B.P. Appl. Opt., 2008, Vol. 47, pp. 3216–3220.Karthik V., Rao S. S., Shenoy M. R., Prerana, Pal B. L. Determination of optical peroperties of a turbid medium using fiber optic transmission experiment// Asian. J. Chem. 2006. Vol. 18. P. 3344—3347.Karthik V., Rao S.S., Shenoy M.R., Prerana, Pal B.L. Asian. J. Chem., 2006, vol. 18, pp. 3344–3347.Alvarenga I., Delgado F. S., Juca M. A., Silveria D. D., Coelho T. V. N., Bessa A. S. A novel experimental set-up for turbidity sensing based onplastic optical fibre // Journal of Modern Optics. 2017. Vol. 64, iss. 3. P. 214—217.Alvarenga I., Delgado F.S., Juca M.A., Silveria D.D., Coelho T.V.N., Bessa A.S. Journal of Modern Optics, 2017, no. 3(64), pp. 214–217.Carrara L., Fiergolski A. An optical interference suppression scheme for TCSPC flash lidar imagers // Appl. Sci. 2019. N 9. P. 2206.Carrara L., Fiergolski A. Appl. Sci., 2019, no. 9, pp. 2206.Pallares A., Schmitt P., Uhring W. Comparison of time resolved optical turbidity measurements for water monitoring to standard real-time techniques // Sensors. 2021. N 21. P. 3136. DOI: 10.3390/s21093136.Pallares A., Schmitt P., Uhring W. Sensors, 2021, no. 21, pp. 3136, https://doi.org/10.3390/s21093136.Эльсгольц Л. Э. Дифференциальные уравнения и вариационное исчисление. М.: Наука, 1974. 432 с.Elsgolts L.E. Differentsial'nyye uravneniya i variatsionnoye ischisleniye (Differential Equations and the Calculus of Variations), Moscow, 1974, 432 р. (in Russ.)

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