Способ измерения лучевых скоростей в атмосфере Солнца Советский патент 1984 года по МПК G01J7/00 

Изобретение относится к способа измерения допплеровского смещения спектральных линий, в частности, спектральных линий солнечного спек ра, и предназначено для выделения колебаний с заданной длиной ВРДН1 При наблюдении лучевых скоросте на Солнце были обнаружены их колебания, временной период которых бл зок к пяти минутам. УстанрвленОр ч колебания имеют пространственный масштаб, т.е. на поверхности Солнц наблюдаются волны. Известны способы измерения, лучевых скоростей по допплеровскому смещению спектральных линий, напри мер, дифференциальный способ измерения, основанный на измерении сдв гов солнечной спектральной линии (СЛ) относительно некоторой опорной СЛ Си. Этот способ значительно снижает вклад шумов спектрографа в регистрируемой сигнал, но не обладает избирательностью по длинам простра ственных волн. Наиболее близким к изобретению по технической сущности и- достигаемому результату является способ измерения лучевых скоростей излуча ющих частиц в атмосфере Солнца,основанный на регистрации допплеровского смещения спектральной линии в разных пространственных точках поверхности Солнца дифференциальны методом C2J. Недостатком известного способа является низкая пространственная избирательность. Целью изобретения является повы шение пространственной избирателоности. г Эта цеЛь достигается тем, что согласно способу измерения лучевых скоростей излучающих частиц в атмосфере Солнца, основанному на регистрации допплеровского смещения спектральной линии в разных пространственных точках поверхности Солнца дифференциальным методом, производят последовательную регист рацию допплеровского смещения спек ральной линии в равноотстоящих точ ках, расположенных вдоль прямой ли нии, усреднЖот результаты четных и нечетных измерений и по разности результатов усреднения судят о лучевой скорости излучающих частиц в атмосфере Солнца. На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства для реал зации способа; на фиг. 2 - временные диаграммы поясняющие метод из мерения лучевых скоростей. Спектрограф I содержит входную щель 2, коллиматор 3, дифракционную решетку 4, камерное зеркало 5, H3(.i ражг-нне спектральной линии 6, дис-сектор 7 с фо.кусирующей-отклонягадей системой, демодуляторы 8 и 9, интеграторы 10 и 11, дифференциальный усилитель .12, коммутатор 13, блок 14 синхронизации, блок 15 управления отклоняющей -системой (ОС) по х-направлению, блок 16 форми4эования сигнала отклонения по у-направлению, блок 17 управления ОС по у-направлению. Камерное зеркало 5 спектрографа 1 в фокальной плоско.сти строит изображение исследуемой СЛ. При высокой входной щели 2 спектрографа 1 изображение СЛ по высоте спектра имеет зигзагообразную форму вследствие разных локальных лучевых скоростей на поверхности Солнца. На входной щели 2 наблюдают суперпозицию пространственных гармоник с разными длинами волн. Изображение исследуемой СЛ 6 направляют на фотокатод диссектора 7. Сканирующие свойства диссектора позволяют измерять интенсивности света в крыльях СЛ. Для этого диссектор 7 устанавливают так, чтобы сканирование в х-направлении совпадало с направлением дисперсии спектрографа 1. На ОС диссектора при этом с блока 15 управления подан5т сигнал, переключения крыльев 5 прямоугольной формы (фиг. 2). Амплитуду 3 Уста-. аа ливают в соответствии с полушириной сл. Если изображение СЛ на фотокатоде диссектора 7- расположено Так, что прИ сканировании опрашивают точки фотокатода, соответствующие средним участкам к.рыльев СЛ, то на выходе диссектора переменный сигнал на частоте 5 равен нулю. Возможные смещения изображений СЛ относительно опрашиваемых точек фотокатода вызывают появление переменного сигнала на частоте так как в опрашиваемых точках расположены участки контура СЛ .с неодинаковой интенсивностью. Этот .переменный сигнал демодулируют и интегрируют в измерительных каналах. Демодулятор 8 и интегратор 10 образуют первый, а демодулятор 9 и интегратор 11 второй измерительные каналы. Демодуляторы 8 и 9 работают поочередно: один период Sj( работает демодулятор 8, а в следующий период демодулятор 9. Выходные сигналы с демодуляторов 8 и 9 поступают на интеграторы 10 и 11. Состояния интеграторов 10 и 11 изменяются только при наличии входнЕлс сигналов. Если сигналы с демодуляторов 8 и 9 отсутствуот, то интеграторы 10 и 11 сохраняют свои состояния. Сигналы с интеграторов 10 и 11 через коммутатор 13 поступают на блок 15 управления в виде сигналов обратной свйзи, где они суммируются с 5 и образуют следящую обратную связьf По.стоянньзе времени интеграторов 10 и 11 равны, переходные процессы в обоих измерительных каналах протекают одинаково. РазИЪсть между выходными напряжениями интеграторов 10 и 11 регистрируют через дифферен циальный усилитель 12. Управление отклонением потока электронов в 5 - направлении перпендикулярно к направлениюдисперсии спектрографа позволяет измерять интенсивности в крыльях СЛ в разных точках на высоте спектра, т.е. в разных пространственных точках изоб ражения Солнца, расположенных вдоль входной щели 2. спектрографа 1. Задав ступенчатую форму сигнала Sjj (отклонение в у-направлении фиг.2 последовательно измеряют интенсив-. ности СЛ в равноотстоящих точках по васоте спектра. Форму 5у задают с блока 16, который состоит из двоичного счетчика и цйфроаналогового п;реобразователя (ЦАП) . Выходной сиг нал с ЦАП через блок 17 управления подают на ОС. Период 5, задают много постоянной времени интеграторов 10 и 11, в конкретной реализации пример но в 50 раз. Синхронизацию временной последовательности работы всех элементов устройства осуществляет блок 14 синхронизации. Перед началом измерения производят настройку режима ОС. В эти врем обкладки конденсаторов интеграторов 8 и 9 замкнуты ивыходные сигналы с них равны нулю, а на ОС подают S)( При этом сигнал постоянной составля ющей на выходе диссектора должен соответствовать центральным участкам крыльев СЛ. В режиме измерения обкладки конденсаторов размыкают и, если есть смещения изображения СЛ, то перемен ный сигнал с выхода диссектора после демодуляции воздействует на интеграторы 10 и 11, т.е. возникает сигнал обратной связи, который изменяет уровень постоянной составлякнцей БХ таким образом, что переменный сигнал (сигнал ошибки) умень шается до нуля. Сигнал обратной свя зи меняется только при смещениях изображений СЛ, т.е. он как бы еледит за СЛ. При 5,: О оба измерительных канала следят за одним изображением СЛ. Разностн1лй сигнал на выходе диффёренциальноГО усилителя 12 равен нулю, так как лучевая скорост турбуленция воздуха в спектрографе и механические деформации элементов спектрографа дают в измерительных каналах одинаковые сигналы. Для пояснения процесса измерения с пространственной избирательностью рассмотрим случай, когда э--/ имеет ступенчатую форму (фиг. 2) и экстремумы пространственной волны лучевой скорости совпадают с точками измерения. Причем максиму.ш волны (скорость источника излучения направлена по лучу зрения к наблюдателю) совпадают с нечетными точками измерения, а минимумы (скорость источника излучения направлена по лучу зрения от,наблюдателя) - с четными. Управление демодуляторами 8 и 9 разделяют по каналам сигнал лучевой скорости. Демодулятор 8 усредняет сигналы смещения СЛ в максимумах волны, а демодулятор 9 усредняет сигналы смещения СЛ в минимумах волны. В динамике первый измерительный канал следит, за средней величиной смещения СЛ в четырех нечетных точках измерений, а второй - в четырех четных точках измерения. При движении пространственных волн вдоль щели 2 через точки измерения поочередно проходят максимумы, узлы и минимумы волн. В результате на выходе дифференциального усилителя 12 регистрируется переменный сигнал, который можно описать гармониЧеской функцией, например, edswt, где ш - круговая частота, Т - период, t - время. Пространственная волна характеризуется амплитудой JQ, длиной волны Лр и фазовой скоростью Vф. Через эти параметры можно выразить ui. Поскольку для наблюдателя /У, то 2i(VA, тт -р . Л В случае совпадения точек измерения с экстремумами волн мы имеем максимальные значения амплитуды выходного сигнала. При движении волн экстремальные знгЕчения амплитуд регистрируют в моменты времени t -яг-f где to - номер точки измерения J, h изменяется от О до N , общее число точек измерения N+1), ft расстояния между соседними точками измерения, VA - фазовая скорость волны (фиг. 2). Для экстремальньрс значений eiMплитуд можно записать, заменив t vt через йаргилетры пространственной волны, число точек измерения и расстоййие между двумя соседними точкамй3 Учитывая, что в измерительных аналах отдельно усредняют резульаты измерений в четных и нечетных очках измерения, а на выходе дифференциального усилителя 12 имеют разность результатов усреднения, то для экстремального значения амплитуды регистрируемого сигнала справед ° . , fi-J3 - JN) .

N-H,

/ , .п 21( э,5.И1со5- :

Эта формула отражает пространственную избирательную способность предлагаемого способа измерения, Зарегистрированное амплитудное значение 3 зависит от отношения f /А и от in - числа точек измерения, т.е. числа усредняемых значений.

Предлагаемый способ измерения лучевых скоростей позволил в реально работающем приборе повысить прост- . ранственную избирательность пример но в 7 раз.

СИОСОВ ИЗМЕРЕНИЯ Ш ЧЕВЙХ СКОРОСТЕЙ В АТМОСФЕРЕ СОЛНЦА, Основанный на регистрации допплеровского смещения спектральной линии в разных пространственных тс1чках поверхности Солица дифференциальным методом, о т л я ч а ю ц и и с я тем, что, с целью повЕлиения пространственной избирательности, производят последовательную регистрацию допплеровсжого смещения спектральной линии в равноотстоящих точках, расположенных вдоль прямой линии, усредняют результаты четных и нечетных измерений И по разности результатов усреднения судят о лучевой скорости излучающих частиц в атмосфере Солнца. ь 00 ел гапращпо Vb

Упрабаеиие детdy/vmixif -fvifiтригелыюгоквиом