Устройство для определения оптических характеристик атмосферы Советский патент 1984 года по МПК G01J1/44 

t Изобретение относится к атмосферной оптике и метеорологии и применяе ся для измерения оптических параметров атмосферы, а также может быть использовано для контроля уровня аэрозольных загрязнений как естественного, так и антропогенного происхождения . Известно устройство для определе ния оптических характеристик атмосфё ры, содержащее источник излучения, два фотоприемника и блок обработ- ки 1 . Недостатком известного устройства является низкая точность измерений. Наиболее близким техническим реше нием к изобретению является устройст для определения оптических характери тик атмосферы, содержащее блок управ ления соединенный с импульсным источником излучения и двумя фотоприемниками с квадратичным усилением, у одного из которых угол поля зрения целиком охватывает зондирующий пучок и выход подключен к первому входу бл ка разности, а выход второго фотоприемника, с углом поля зрения не перехватывающим зондирующий пучок, через усилитель подключен ко второму входу блока разности, выход которого через амплитудный анализатор подклю чен к первому входу блока сравнения, и два накопителя, вход одного из которых подключен к выходу коммутирующего ключа, один из входов которого соединен с выходом блока сравнения, причем выходы обоих накопителей подключены к регистрирующему прибору через блок деления 2j, В известном устройстве блок управления одновременно запускает импульсный источник излучения и два фотоприемника с квадратичным усилением. Сигнал обратного рассеяния, попадающий только на один из фотоприемников, вместе с сигналом фоновой засветки поступает в бло разности, где из него вычитается сигнал фоновой засветки, принятый вторым фотоприемником. Сигнал с блока разности подается на интегратор. Где ведется накопление сигнала от начального момента времени до максимально возможного, определяемого свойствами аппаратуры (интеграл 3 ) Накопление сигнала на втором накопителе начинается с момента времени, . соответствующего уменьшению текущей амплитуды сигнала -в 10-20 раз по сра 83 нению сначальной и до максимально возможного (интеграл 2) Данное устройство, определякяцее прозрачность по отношению двух измеренных интегралов, позволяет получить необходимую для потребителей точность 25% только в атмосфере без ярко выраженных оптических неоднородностей (облако и др.) 2. Недостатком известного устройства является возможность появления ошибок измерений прозрачности в существенно неоднородной атмосфере, например при зондировании под углом к горизонту, когда измеряется прозрачность атмосферы вдоль направления визирования пилота воздушного судна. Появление в- этом случае облачного слоя на конце трассы зондирования дает выброс в сигнале рассеяния, которьм увеличивает значение малого интеграла 3 в большей степени, чем большого 3, , а значит завьш1ается отношение 3 (3,, т.е. прозрачность слоя атмосферы между точками в пространстве, соответствующими началу накопления 3, и 2 Р этом облачный слой не попадает на промеряемый участок, т.е. истинное значение прозрачности не изменяется. Появление с,ильньсх сигналов от облаков связано с большими значениями членов индикатрис, ответственных за рассеяние назад и со значительным вкладом в сигнал рассеяния от облака многократного рассеяннрго излучения. Цель изобретения - повьппение точ-. ности измерений. Поставленная цель достигается тем, что устройство для определения оптических характеристик атмосферы, содержащее блок управления, соединенньй с-импульсным источником зондирующего излучения и двумя фотоприемниками с квадратичным усилением, у одного из которых угол поля зрения охватывает зондирующий пучок и выход подключен к первому входу блока разности, а выход второго фотоприемника через усилитель подключен ко второму входу блока разности, выход которого через амплитудный анализатор подключен к первому входу блока сравнения, и два накопителя, вход одного из которых подключен к выходу коммутирующего ключа, один из входов которого соединен с выходом блока сравнения, причем выходы обоих накопителей 3.11 подключены к регистрирующему прибору через блок деления, снабжено блоком фиксации минимального уровня сигнала и блокирующим ключом, входы KOTOpt IX. подключены к выходу блока разности, выход блока фиксации минимального уровня сигнала подключен ко второму входу блокирукяцего Ключа, к выходу которого параллельно подключены блок сравнения, второй накопитель и вход коммутирующего ключа. На чертеже изображена блок-схема устройства. Устройство содержит импульсный источник излучения 1, два фотоприемника с квадратичным усилением 2 и 3, блок управления 4, блок разности 5, усилитель 6, амплитудный анализатор 7, блок фиксации минимального уровня сигнала 8, блокирующий ключ 9, блок сравнения 10, коммутирующий, ключ 11, накопители 12 и 15, регистрирующий прибор 13 и блок деления 14. Блок управления 4 непосредственно подключен к источнику излучения 1 и фотоприемЙикам 2 и 3. Фотоприемники 2 и 3 связаны с источником излучения таким об разом, что угол поля зрения фотоприем ника 2 целиком охватывает зондирующий световой пучок, а в угол поля зрения фотоприемника 3 этот пучок не попадает. Фотоприемник 3 через усили тель 6 соединен с блоком разности 5, на другой вход которого подключен фотоприемник 2. Выход блока разности 5 непосредственно подключен к входам амплитудного анализатора 7, блока фи сации минимального уровня сигнала 8 и блокирукяцего ключа 9, второй вход которого соединенс выходом блока 8, а выход - с первым входом блока срав нения 10 и с накопителем 12 через коммутирующий ключ 11, ас накопителем 15 непосредственно. Выход амплитудного анализатора 7 соединен с вто рым входом блока сравнения 10, выход которого соединен с вторым входом коммутирующего ключа 11. Выходы накопителей 12 и 15 присоединены к блоку деления 14, который связан с регистрирующим прибором 13. Устройство работает следующим образом. . . . . До начала зондирования блок управ ления 4 включает оба фотоприемника 2 и 3, на вход которых одновременно поступает фоновое излучение. Сигнал с фотоприемников 2 и 3 направляется 3 в блок разности 5 при этом с фотоприемника 3 через усилитель 6. Регулировкой усилителя 6 сигнал с фотоприемника 3 усиливают таким образом, чтобы на выходе блока разности 5 получалось нулевое значение. Таким образом, компенсируют попадающую на фотоприемник 2 фоновую составляющую сигнала. Далее блок управления 4 одновременно запускает источник излучения 1, который направляет импульс излучения в атмосферу и фотоприемники 2 и 3. На фотоприемник 2 поступает обратнорассеянный сигнал и фоновая составляющая, которые после преобразования в фотоприемнике в виде электрического сигнала направляются в блок разности 5. На фотоприемник 3 поступает только фоновая составляющая сигнала, которая после прохождения усилителя 6, компенсирует аналогичную составляющую в рабочем канале - фотоприемнике 2. Таким образом, на выходе блока разности 5,формируется полезный сигнал, обусловленный только обратным рассеянием излучения атмосферой. Сиг-нал с блока разности 5 разветвляется и поступает на входы амплитудного анализатора 7, блока фиксации минимального уровня сигнала 8 и блокирующего 9, нормальное положение которого открытое, поэтому сигнал поступает на входы блока сравнения 10, коммутирующего ключа 11 и накопителя 15. Нормальное положение ключа - закрытое, поэтому сигнал на накопитель 12 не поступает. Амплитудный анализатор 7 фиксирует максимальное значение эхо-сигнала, которое соответствует полному вхождению зондирунидего светового пучка в поле зрения фотоприемника . 2 и вьщает это значение на вход блока сравнения 10, на другой вход которого поступает текущее значение эхосигнала. Порог блока сравнения 10 устанавливается таким образом, чтобы эти значения-сравнялись при уменьшении текущего значения эхосигнала в 10-30 раз. Момент сравнения будет соответствовать дистанции, на которой накопленный сигнал входит в режим насыщения. После этого блок сравнения вьщает команду на открывание коммутирующего ключа 11 и сигнал с выхода блокируняцего ключа У через ключ 11 поступает на вход накопителя 12, где производится его накопление до момента времен соответствующего спаданию текущего значения эхо-сигнала до уровня шумо Для фиксации этого момента и слу жит блок фиксаций минимального уров ня сигнала 8. На вход этого блока поступает текущее значение эхо-сигна ла, которое постоянно сравнивается с предварительно установленным уровн (соответствующим, например, уровню йумов), Блок 8 вьщает сигнал на закр вание блокирующего ключа 9, если уровень эхо-сигнала упал ниже установленного минимального уровня и не превысил его в течение некоторого времени, которое определяется из соображений исключения случайных срабатываний в неоднородной атмосфере. Таким образом, закрывание блоки.рующего ключа 9 предотвращает дальнейшее поступление сигнала на накопи тели и исключает .возможность ошибки измерений из-за вклада сигнала от удаленного облака и из-за вклада от шума, которьш также блокируется.

Накопленные сигналы с накопителей 12 и 15 направляются в блок деления 14, а результат делений, равный про-зрачности атмосферы, поступает в регистрируюп й прибор 13, где может осуществляться его дальнейшая обработка с целью определения коэффициента рассеяния. Изобретение позволяет естественным образом ограничить время накопления сигнала, исключив вклады -от удаленных плотных метеообразований и тем самым реализовать корректное измерение прозрачности слабонеоднородной атмосферы с высокой плотностью. Что особенно существенно, при этом исключаются обнадеживающие прогнозы (с завьшеняем прозрачности), которые крайне опасны при метеообслуживании авиации. Так как коэффициент рассеяния пропорционален величине массовой концентрации аэрозоля, то таким образом можно контролировать общую степень загрязненности окружающей,среды аэро.золем как естественного, так и антропогенного .происхождения.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОПТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК АТМОСФЕРЫ, содержащее блок управления, соединенный с импульсным источником зондирующего излучения и двумя фотоприемниками с квадратичным усилением, у одного из которых угол поля зрения охватывает зондирующий пучок и выход подключен к первому входу блока разности, а выход второго фотоприемника через усилитель подключен ко второму входу блока разности, выход которого через амплитудный анализатор подключен к первому входу блока сравнений, И два накопителя, вход одного из которых подключен к выходу коммутирующего ключа, один из входов которого соединен с выходом блока сравнения, причем выходы обоих накопителей подключены к регистрирующему прибору через блок деления, отличающее-, с я тем, что, с целью повышения точности измерений, оно снабжено блоком фиксации минимального уровня .сигнала и блокирукивдм ключом, входы которых подключены к выходу блока разности, выход блока фиксации минимального уровня сигнала подключен ко второму входу блокирующего ключа, к выходу параллельно подключены блок сравнения, второй накопитель и вход коммутирующего ключа. :д9 о эс д