Устройство для определения оптических характеристик атмосферы Советский патент 1983 года по МПК G01N21/01 

Изобретение относится к атмосферой оптике и метеорологии и может спользоваться для измерения прозачности атмосферы/ а также для контоля уровня аэрозольгых з ахрязнений ,ак естественного, так и антропогенorQ происхождения,

Известно устр- ойство для определе ния оптических характеристик атмосферы, содержащее имиульсг ый источник света, сптическк связанный с отоприемником, усилитель, наког:итель сигналов и регистрирующий прибор М .

Недостатком извест.ногсз устройства является ограниченная точность измерений.

Наиболее близким тех:--:ическим реением к изобретению является устройство ,для определопип оптических характеристик атмосферы, содержащее имг:ульсный источн:- к света, оитически связанный с первым фотоприемником, с квадратичньм усиле.мием, второй фотоприемник с квадргчтичным усилением, блок управления, выход которого гоёдиЕген с имг-ульсньлм источником света и с двумя (зотоприемниками,. блок раз.;ости, один вход которого соединен с первым фотоприемником. л ДРУГой через усилит с.гп соединен с вторкм фотоприемнико;,- выход б т:ока разности соединен с входами амгип- т уд к о г о а н а л и з а т о Р а , б j i о к а с р а в е ния, блока коммутирующего ключа и первохо Е1акопкте.пя сигнала, причем выход амплитудного анализатора соединен с BTopbLM вход7, сравнения, выход которого связан с вторы-м входом блока сравне -;; я, выход которого соединен с вторым РХОДОМ блока коммутирующего ключа, выход которого связан с вторым накопителем сигнала, вглход блока деле}-:ия подключен к входу регистриру още1:чз прибора.

Л с т оч ник излучения посылает световой импульс в атмосферу. Обратно рассеянный сигнал noriajjaeT только на один из фотоприемников, на другой же фотоприемник попадает только фоновый сигнал.

езул: тат вычитания сигна.пов с фотоприемникоз попадает на дца параллельных накогп-гтеля, вклюГаемых в разное время с помощью блока управления, амлли1удного анализатора и коммутирующего ключа. Сигнал с накопителей поступает в блок деления, который связан с рег:-1стрирую1иим прибором.

В блоке деления определяется величина отнсииения интеграла Лп , riaKonj eHHoro на конце сигнала, и интеграла 3 , накопленного за максиУ1ально возможное время, опг)еделяемое характеристиками аппаратуры.

Интехральа, по/гучаемх-г: на выходе накопителей, соответстрс:нно равны

с

,, р-2«.г

Si. Л;(к. е

7

коэффициен1 рассея|1 1Я ;

де индикатриса рассеяния на:

ад аппаратурная константа; расстояние ь-а трассе рования;

ева

сигнал расоея:- ия, принят: с расстояние я г ; скорость света в воздухе

-ч|.о

о 0 (-- ) МО U, с - - ма ч с 1 момент обработки с:игнала;

Ь,)

i

т::Г;емя, ко1Д,а п.

1

(

: а л а с .ч а мп л к: т у;; н ым а н я. --. атером 1 п 1 5- 30) ; задается б;1окг;м сразнени: у. связано с уменглиеняем сигнала до уровня щумо;.: . Однако величина интс;гралов при

ЗЗачениях

дальности видимости

И

метно отличается

пелип-1н

одо t

и О

ди ; оиать ьоль:11исО ткчес;кие(пор я л 1C а 3 ) , т . е . е , проанализ ; сигналы в 300 д О (} j а 3 f-ie i ь : г чем началь)

- o:i. Г:о;;учаелл.,|й

в прс цессе измсреуш не;,обор иптс.г икл :;а ;-пяоугся во:::ч;-.

i

ееTV, о

ос

р( - : I :;

Ь : bv аг- 1 J

;оГо

ко :орая возе нкем 5и 2 .

Однако таксе устроИс-j-BO характеризуется нед.остаточно высокой тс)Чностью измерений.

Цель изэбретер ия - повы-11ение vc:-4н о с т н и 3 м е р е н и и ,

Для достил;ения указанной п,е/пл в устройство дл;-1 ог:реде; ения опти-ме-с:ки-Х характорист1- 1 атмосферы, coj;ei;iжаи-,ее импульсный исто-гник света, оитически связанный с первым фотоприемником, с кгзадрати1ным усилен1е второй фотоприемвик с квадратичным усилением, блох: управления, выход которого соед1И1ен с импульсн1Л 1 источни сом и с Д1зумя фОто-П-иекниками, блок разности, один вход KOTOpoi-o сс едкнен с первым фотоприемником, а др -г-ой через ycnju-iTeji;. соединен с вторым фотоприемником, выход блокгг разности соединен с входами ах.плитудно1О aHajn-sBaropa , бг1ока сравнения, блока коммутирующего к;;:-оча и первого накопите7:я сигна/;а, причем выход амплитудного ai-anviBcrropa соелинер с вторым входом блока .сравнения, выход которого соелинен с вторым входом блока коммутирующег к-люча, выход которого ооелинен с вторым ,накопителем сигна., выход блока деления лодкл-очен к зходу регистрирующего прибора, я зелено Biiiчислительное устройство, выполненнс в виде последовательно соединенных счетчика времени, блока деления вычислительного устройства, блока вычисления пока зател/.ной функции и вычитания единицы, блока вычисления обратной величины и блока умножения к выходу которого подкльэчены входы двух сумматоров, причем входы счетчика времени соединены соответствен но с выходами амплитудного анализатора и блока сравнении, выход перво го нако 1итс-ля сигналов соединен соответственно с входами умноже ния и первого сумматора, выход кото рого соелинен с одним из входов бло ка деления, ;;ругой вход которого соединен с выходом второго сумматор второй вход которого соединен с выходом второго накопителя сигналов. При noMOin:- вычислительного устройства рассчитывается величина медобора интегралов по формуле 3- f ,-, , I мэкс- о| ,: w.aec - (, iiTfLJ .LlL 5(,, г,-г и 5 ( о ) где b ( р, ) - значение функци S (г в точках г, и г, . Соот - О1; е11ие получено интегри рованием (1) в дложении равенств c,L от Го лученное значение В тдобавляется к интегралам О, и , и скорректирова 00UO тичины 3,J5iridr и 3;--J5l ные вели поступают на блбк деления, На чертеже, показана стру турная схема усрийства. Устройство содержит импульсный источник 1 света, опт г-1ески связанный с первьил фотоприемником 2, второй фотоприемник 3 с квадратичным усилением, блок 4 управления, выход которого соединен с импульсным источником 1 света, и с двумя фотопри емниками 2 и 3, блок 5 разности,оди вход которого соединен с первым фотоприемником 2, а другой через усилитель 6 связан с зторыз.1 фотоприемн ком 3, выход блока 5 разности соеди нен с вхопами амплитудного анализатора 7, блока 8 сравнения, блока 9 коммутирующего ключа и первогО нако пителя 10 сигнала, причем выход амплитудного анализатора 7 соединен с вторым входом блока 8 сравнения, выход которого связан с вторым входом блока 9 коммутирующего ключа, выход которого соединен с вторым акопителем 11 сигр)ала, выход блока I2 делеь:ия подключен к входу регистрирующего прибора 13, вычислительное устройство 14, выполненное в виде последовательно соединенных счетчика 15 времени, блока 16 деления вычислительного устройства, блока 17 вы1 гисления показательной функции и вычитания единицы, блока 18 вычисления обратной величины и блока 19 умножения, к выходу которого подключены входы двух сумматоров /(J и ZI, причем входы счетчика 15 времени соединены соответственно с, выходом амплитудного анализатора 7 и блока 8 сравнения, выход первого накопителя 10 сигналов соединен ..оответ.ственно с входами блока 19 утч-шохения и первого сумматора 21, выход которого связан с одним из входов блока 12 деления, другой вход которого соединен с выходом второго сумматора 20, второй вход которого . связан с выходом второго накопителя I1сигналов. Устройство работает следующим образом. Импульсный источник 1 света излучает :мпульс малой длительности в атмосферу. Рассеянный в обратном напра:-1легП1и сигнал принимается фотоприемниками 2 и 3 с усилением, нарастающим пропорционально квадрату времени, отсчитываемого от момента излучения импульса света. Запуск блоков 1 , 2 и 3 осупдествляется импульсами блока 4 управления. Сигн-ал на втором фотоприемНике 3. связан только- с уровнем фоновой засветки. Он подается через усилитель 6 на блок 5 разности, где вычитается из сигнала первого фотоприемннка 2, который определяется как обратным рассеянием излучаемого импульса, так и уровнем фоновой засветки. С выхода блока 5 разности сигнал, обусловлен-. ный только обратны 1 .рассеянием атмосферой зондирующего излучения, поступает на амплитудный анализатор 7, где запоминается величина S (Гд) сигнала рассеяния с расстояния г , соответствующего полному вхождению излучения передатчика в поле зрения приемника, вычисляется от нее 1п часть и подается на второй вход блока О сравнения, на первый вход которого подается текущее значение сигнала обратного рассеяния 3(г). При равенстве сигналов на обоих входах блоков из -него выдается импульс открывания блока коммутирующеro кпгоча 9, через который сигнал обратнпгО рассеяния подается на второй накопитель 11 сигналов (интеграJs(0dr тор) , где вьтчисляется Il Параллельно на первом како п1г1теле сигнала ведется вычисление | 5(.r)d В момент фиксации величины 3 { г) амплитудном анализаторе 7 из него выдается импульс запуска счетчика i5 времени (момент времени -Lg ) . При срабатывании блока 8 сравнения когда текущее значение сигнала рассеяния упало в п раз по сравнению с начальным отсчетом 5 ( Гд ) f из него выдается импульс {,, по которому в счетчике 15 времени фиксируется промежуток времени t, - ig, пропорциональ ный расстоянию Г, . По мере дальнейшего уменьшеьшя сигнала рассея-А его уровень падает до минимального значения 5 здакс некоторого расстояния ,c,c Величина5 (г1,(.,(-(, может соответствовать, например, уровню шумов фоновой засветки. В этот момент блок 8 сравнения выдает импульс ty ,, по которому счетчик 15 времени фиксирует промежуток t,,-,-IQ пропорциональный расстоянию - Гд и оба отсчета поступают в блок 1G деления вычислительного устройства. равная величине . В блоке 17 вычисления показатель HOf функции и вычитани я единицы рас считывается эначение 11 11 ; . - J задает част; от начального Ь( значения сиг-нала S (, ) у по которой срабатывает блок 8 сравнения Так как Г| является функцией устройства ее величина хранится в блоке 17, Из вычисленного значения вычитается единица и результа,т поступает в 5 л OK 18 в ыч и с л е н и я о б р а т и о fi ф у н: : и и н , ткуда величина .,передается блок 19 умножения, в котог- ыЯ i:ocтупает также 10. Рез льтатЙ вы гисления - I SfriJr мсякс - j 5Ыс)г V, 1 мс,кс о iiroq во втором сумматоре 20 склалывается Js(v-ldn с интегралом г, сумматорэ 21 6 интегралом | р С выходов сумматоров 20 и 21 .еличи «Л01Ц,С бО кы J5 vNldr j Sl.rldr j SWcJrj , SWdrtj S dhсобтвётстoГоf.o.a.Kc венно поступают E блок 12 де, ер1ия , од J5()f откуда величина Г4 завная ,- , - - J SHdr квадрату прозрачности слоя атмосферы между точками д и t , гтоступает в регистрирующий прибор 13. Изобретение за счет корректировки величины недобора интегралов позволяет значительно повысить точнос ь измерений проэранности атмосферы, являющейся ов-ноаиой оптической характеристикой атмосферы.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОПТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК АТМОСФЕРЫ, содержащее импульсный источник света, оптически связанный с первым фотоприемником с квадратичньЕУ усилением, второй фотоприемник с квадратичным усилением, блок управления, выход которого соединен с импульсным источником света и с двумя фотоприемниками, блок разности, один вход которого соединен с первым фотоприемником, а другой через усилитель соединен с вторым фотоприемником, выход блока разности соединен с входами амплитудного анализатора, блока сравнения, блока коммутирующего ключа и первого накопителя сигнала, причем выход амплитудного анализатора соедиЕ{ен с вторьм входом блока сравнения, выход которого соединен с вторым входом блокч коммутирующего ключа, вь1ход которого соединен с вторым накопителем сигнала, выход блока деления подключен к входу регистрирующего прибора, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерений, в него введено вычислительное устройство, выполненное в виде последовательно соединенных счетчика времени, блока деления вычислительного устройства, блока вычисления показательной функции и вычитания единиц, блока вычисления обратной величины и блока умножения, к выходу которого подключены входы двух сумматоров, причем входы сч етчика времени соединены соответственно с выходами амплитудного анализатора и блока сравнения, выход первого накопителя сигналов соединен соответственно с входами блока умножения и первогО сумматора, выход которого соединен с одним из входов блока деления, другой вход которого соединен с выходом второго сумматора,второй вход которого соединен с выходом, сл второго накопителя сигналов. -ч эо