СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПОКАЗАТЕЛЯ ОСЛАБЛЕНИЯ ОПТИЧЕСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ АЭРОЗОЛЬНОЙ СРЕДОЙ Российский патент 2024 года по МПК G01W1/02 

Изобретение относится к области метеорологии и может использовано для измерения прозрачности атмосферы или искусственно созданных аэрозолей.

Известен способ измерения показателя ослабления оптического излучения для наклонной трассы [Иванов А.П. Оптика рассеивающих сред. - Минск: Наука и техника, 1969. - 592, стр. 499-500], основанный на формировании измерительной системы, состоящей из устанавливаемых на одной линии источника направленного оптического излучения (ИНОЙ) между двух идентичных одноэлементных фотоприемных устройств (ФПУ), при этом оси полей зрения одноэлементных ФПУ и ось излучения ИНОЙ направлены на выбранную точку аэрозольного слоя (АС), в которой будет производиться измерение, также ось излучения ИНОЙ является биссектрисой угла образованного осями полей одноэлементных ФПУ при вершине в точке АС, облучении излучением ИНОЙ выбранной точки в АС, приеме рассеянного АС в выбранной точке оптического излучения ИНОЙ каждым одноэлементным ФПУ и измерении их выходных сигналов, определении по значениям выходных сигналов и геометрических параметров измерительной системы относительно выбранной точки АС показателя ослабления оптического излучения аэрозольной средой.

Недостатком способа является сложность юстировки одноэлементных ФПУ, а также необходимость ее проведения с перестроением базы измерения при каждом изменении местоположения выбранной точки в АС.

Техническим результатом, на достижение которого направлено предлагаемое изобретение, является повышение эффективности измерения показателя ослабления оптического излучения аэрозольной средой.

Технический результат достигается тем, что в известном способе измерения показателя ослабления оптического излучения аэрозольной средой, основанном на формировании измерительной системы, состоящей из устанавливаемых на одной линии ИНОЙ между двух идентичных ФПУ, при этом ось излучения ИНОЙ направлена на выбранную точку АС, в которой будет производиться измерение, облучении излучением ИНОЙ выбранной точки АС, приеме рассеянного АС оптического излучения каждым ФПУ и измерении их выходных сигналов, используют матричные фотоприемые устройства (МФУ), плоскости апертур которых лежат в одной плоскости перпендикулярной плоскости, образованной линией установки измерительной системы и осью излучения ИНОЙ, формируют МФУ изображения рассеянного АС излучения ИНОЙ, определяют на полученных изображениях рассеянного АС излучения ИНОЙ фоточувствительные элементы (ФЭ) матриц МФУ, местоположения которых характеризуют, что ось излучения ИНОЙ является биссектрисой угла при вершине в выбранной точке АС, образованного линиями, проведенными из центров входных апертур МФУ к выбранной точке АС, определяют по значениям выходных сигналов выбранных ФЭ матриц МФУ, геометрических параметров их местоположения и геометрических параметров измерительной системы относительно выбранной точки АС показатель ослабления оптического излучения АС.

Сущность способа заключается в использовании координатного анализа рассеянного АС оптического излучения МФУ, позволяющего сохранить неизменность базы измерения показателя ослабления оптического излучения аэрозольной средой при изменении трассы и соответственно снизить требования по юстировке к измерительной системе в целом.

На фигуре 1 представлена схема, поясняющая существо способа (где приняты следующие обозначения (для упрощения представлена двухмерная схема): 1 - ИНОЙ; 2 - МФУ, 3 - АС; 4 - выбранная точка АС, в которой будет производиться измерение; 5 - излучение ИНОЙ; 6 - линия, проведенная из центра входной апертуры МФУ к выбранной точке АС; 7 - объектив МФУ; 8 - матрица ФЭ МФУ; 9 - выбранный ФЭ матрицы МФУ (α - угол между осью излучения ИНОЙ и линией, проведенной из центра входной апертуры МФУ к выбранной точке АС; а - расстояние между оптическими осями МФУ (база измерения); с, b - расстояние между оптическими осями МФУ и ИНОЙ соответственно; ƒ - фокусное расстояние объектива МФУ; d₁, d₂ - расстояние между выбранным ФЭ матрицы МФУ и оптической осью МФУ соответственно; γ - угол между осью излучения ИНОЙ и линией установки ИНОЙ и МФУ (базой измерительной системы); ϕ₁, ϕ₂ - угол между оптической осью

МФУ и направлением на выбранный ФЭ матрицы МФУ).

В соответствии со схемой порядок действий, в предлагаемом способе, следующий. Формируют измерительную систему путем установки на одной линии на расстоянии а между собой двух МФУ 2 и ИНОЙ 1 между ними на расстояниях с и b соответственно. При этом плоскости апертур МФУ 2 лежат в одной плоскости перпендикулярной плоскости, образованной линией установки измерительной системы и осью излучения ИНОЙ 1. В секторе измерений показателя ослабления АС 3 выбирают точку 4, в которой будет производиться текущее измерение. Облучают излучением 5 ИНОЙ 1 выбранную точку АС 4. Для измерения показателя ослабления АС 3 в выбранной точке 4 необходимо обеспечить равенство углов а между осью излучения 5 ИНОЙ 1 и линией 6, проведенной из центра апертуры каждого МФУ 2 к выбранной точке АС 4. Для этого принимают рассеянное АС 3 оптическое излучения ИНОЙ 1 каждым МФУ 2, измеряют выходные сигналы ФЭ матриц 8 и формируют изображения рассеянного АС 3 излучения ИНОЙ 1. Равенство углов α обеспечивают определением на полученном изображении рассеянного АС 3 номеров (координат) ФЭ 9 матриц 8 МФУ 2, местоположения d₁ и d₂ которых характеризуют, что ось излучения 5 источника ИНОЙ 1 является биссектрисой угла при вершине в выбранной точке АС 4, образованного линиями, проведенными из центров входных апертур МФУ 2 к выбранной точке АС 4. При этом расстояния d₁ и d₂ могут быть получены с использованием фокусных расстояний ƒ объективов 7 МФУ 2 и геометрических параметров α и γ измерительной системы как

Далее определяют по значениям выходных сигналов выбранных ФЭ 9 матриц 8 МФУ 2, геометрических параметров их 9 местоположения d₁ и d₂ геометрических параметров измерительной системы a, b и с относительно выбранной точки АС 4 показателя ослабления ε оптического излучения аэрозольным средой используя выражение (вывод выражения не приводится)

где (фигура 1); - выходной сигнал j -го ФЭ 9 матрицы 8 первого МФУ 2; - номер ФЭ 9 матрицы 8 первого МФУ 2, местоположение которого характеризует, что ось излучения 5 ИНОЙ 1 является биссектрисой угла при вершине в выбранной точке АС 4, образованного линиями 6, проведенными из центров входных апертур 7 МФУ 2 к выбранной точке АС 4; N - число ФЭ в матрице 8 МФУ 2; - выходной сигнал i-го ФЭ 9 матрицы 8 второго МФУ 2; - номер ФЭ 9 матрицы 8 второго МФУ 2, местоположение которого характеризует, что ось излучения 5 ИНОЙ 1 является биссектрисой угла при вершине в выбранной точке АС 4, образованного линиями 6, проведенными из центров входных апертур 7 МФУ 2 к выбранной точке АС 4; S₁, S₂ - калибровочные значения выходных сигналов ФЭ 9 МФУ 2, снижающие погрешность их не идентичности (в случае полной идентичности МФУ 2 S₁=S₂).

На фигуре 2 представлена блок - схема устройства, с помощью которого может быть реализован способ. Блок - схема устройства содержит: блок вычисления 11, подвижный блок управления лучом ИНОЙ 10 (часть обозначений соответствуют фигуре 1).

Устройство работает следующим образом. Формируют установкой МФУ 2 базу измерения. Выбирают точку измерения в АС. Подвижным блоком управления лучом ИНОЙ 10 устанавливают ИНОЙ 1 и направляют его луч в точку измерения ε АС. Геометрические параметры установки МФУ 2, их оптических систем и матриц, а также ИНОЙ 1 предают в блок вычисления 11. Принимают рассеянное АС изучение ИНОЙ 1 МФУ 2, сигналы которых передают в блок вычисления е 11. Блок вычисления ε 11 осуществляет вычисление и индикацию показателя ослабления ε оптического излучения аэрозольной средой.

Таким образом, за счет использования координатного анализа рассеянного АС оптического излучения МФУ у заявляемого способа появляются свойства повышения эффективности измерения показателя ослабления оптического излучения аэрозольной средой путем обеспечения неизменности базы измерения показателя ослабления оптического излучения аэрозольным средой при изменении трассы и снижения требований по юстировке к измерительной системе в целом. Тем самым, предлагаемый авторами способ, устраняет недостатки прототипа.

Предлагаемое техническое решение является новым, поскольку из общедоступных сведений неизвестен способ измерения показателя ослабления оптического излучения аэрозольной средой, основанный на формировании измерительной системы, состоящей из устанавливаемых на одной линии ИНОЙ между двух идентичных ФПУ, при этом ось излучения ИНОЙ направлена на выбранную точку АС, в которой будет производиться измерение, облучении излучением ИНОЙ выбранной точки АС, приеме рассеянного АС оптического излучения каждым ФПУ и измерении их выходных сигналов, использовании матричных МФУ, плоскости апертур которых лежат в одной плоскости перпендикулярной плоскости, образованной линией установки измерительной системы и осью излучения ИНОЙ, формировании МФУ изображений рассеянного АС излучения ИНОЙ, определении на полученных изображениях рассеянного АС излучения ИНОЙ ФЭ матриц МФУ, местоположения которых характеризуют, что ось излучения ИНОЙ является биссектрисой угла при вершине в выбранной точке АС, образованного линиями, проведенными из центров входных апертур МФУ к выбранной точке АС, определении по значениям выходных сигналов выбранных ФЭ матриц МФУ, геометрических параметров их местоположения и геометрических параметров измерительной системы относительно выбранной точки АС показателя ослабления оптического излучения АС.

Предлагаемое техническое решение практически применимо, так как для его реализации могут быть использованы типовые электротехнические узлы и устройства.

Изобретение относится к области метеорологии и может использовано для измерения прозрачности атмосферы или искусственно созданных аэрозолей. Способ измерения показателя ослабления оптического излучения аэрозольной средой, в отличие от известного способа, включает использование матричных фотоприемных устройств, плоскости апертур которых лежат в одной плоскости, перпендикулярной плоскости, образованной линией установки измерительной системы и осью излучения источника направленного оптического излучения. При этом формируют матричными фотоприемными устройствами изображения рассеянного аэрозольным слоем излучения источника направленного оптического излучения. Определяют на полученных изображениях рассеянного аэрозольным слоем излучения источника направленного оптического излучения фоточувствительные элементы матриц матричных фотоприемных устройств, местоположения которых характеризуют, что ось излучения источника направленного оптического излучения является биссектрисой угла при вершине в выбранной точке аэрозольного слоя, образованного линиями, проведенными из центров входных апертур матричных фотоприемных устройств к выбранной точке аэрозольного слоя. Определяют по значениям выходных сигналов выбранных фоточувствительных элементов матриц матричных фотоприемных устройств, геометрических параметров их местоположения и геометрических параметров измерительной системы относительно выбранной точки аэрозольного слоя показатель ослабления оптического излучения аэрозольным слоем. Технический результат - повышение эффективности измерения показателя ослабления оптического излучения аэрозольной средой. 2 ил.

Способ измерения показателя ослабления оптического излучения аэрозольной средой, основанный на формировании измерительной системы, состоящей из устанавливаемых на одной линии источника направленного оптического излучения между двумя идентичными фотоприемными устройствами, при этом ось излучения источника направленного оптического излучения направлена на выбранную точку аэрозольного слоя, в которой будет производиться измерение, облучении излучением источника направленного оптического излучения выбранной точки аэрозольного слоя, приеме рассеянного аэрозольным слоем оптического излучения каждым фотоприемным устройством и измерении их выходных сигналов, отличающийся тем, что используют матричные фотоприемные устройства, плоскости апертур которых лежат в одной плоскости, перпендикулярной плоскости, образованной линией установки измерительной системы и осью излучения источника направленного оптического излучения, формируют матричными фотоприемными устройствами изображения рассеянного аэрозольным слоем излучения источника направленного оптического излучения, определяют на полученных изображениях рассеянного аэрозольным слоем излучения источника направленного оптического излучения фоточувствительные элементы матриц матричных фотоприемных устройств, местоположения которых характеризуют, что ось излучения источника направленного оптического излучения является биссектрисой угла при вершине в выбранной точке аэрозольного слоя, образованного линиями, проведенными из центров входных апертур матричных фотоприемных устройств к выбранной точке аэрозольного слоя, определяют по значениям выходных сигналов выбранных фоточувствительных элементов матриц матричных фотоприемных устройств, геометрических параметров их местоположения и геометрических параметров измерительной системы относительно выбранной точки аэрозольного слоя показатель ослабления оптического излучения аэрозольным слоем.