Способ определения интегрального показателя преломления воздуха Советский патент 1984 года по МПК G01N21/45 

1

Изобретени ; ог1и.)Сится к оптичес-кон интерферометрии и можс; пьп ь. ш пол яовано в геоцезии при Лг1не1Йных измерениях, н Ieodji-isuKe при изучении движений зем;- оГ| , в -тетрол- гии и т,д.

Известен способ определаник инч;;)paiifcHoro показателя воздуха, основанный на измерении метеопараметро ; и нескольких точках на трассе L j,

Недостатком такого способа явля-ется сложность дистанционного полу-чения информшлии.

Наиболее близким к нредлл гаемс- гу по технической сущности яш1яется способ определения инте гр-апьногч) показателя гшеломления воздуха па дистанции,, состоящий в , -гю ;ачделяют световой пучок па опорный и дистандио ишш, которые iianpasjiHioi ; соотпетстиующие канапь с отр 1чса:- л:п теопараметрь на концах, но которь;м опр еде, я ют инте грал ь-яый иокгЗ ат-э.- ь прелом);епия воздуха, измеряют ра -ности IpyrnioBbiX оптичесд а1х глтей

для HeCKOJIblGiX BOJMi , НС КО;: Jpb

определяю ;- показато.пь 11.);ломиеП1 ;

Недостатком известного способ;; яапяется малая валичина VK а-анпэ; разности путей з а;мос(Ьар(;, чао oi

И.слью изобретепия являетс;я or:i: i деление piirrerpajibuoi-o показателя преломления па дпстапдиях 100 - 5000 м,

Посташ:епная доль ziocTHia c-r L.K тем, что соглаС;-:О способу олрёД&И-- ния ин ге гральпого показ атсуп:; пре домления no3:i;yxa па диста Н,ии, с астоя1це л и том, что разделикл сь;топой учок па с;сорный и дК;:т агг-к ;Hbui 5 которые )авляют а спответ- ствукидпе канад 1 с отража-1с:1:чмр;,. измеряют парамет15ы пучков и ке;ч:ОПсграметры на коп;,ах дистандН -;, по которым опреде- яю кг:теграль--пый показатесть прсдомдекик гюздух.а . опорный и диет пучки riocju: отр;1жеР1НЯ сводят эместе J-i rio гюлу- еи ной интсрферепщютп{ой картине измст ; ют разность групповог. и фазового оптических гтуте|1 . UICT Шг1),ионпс 1(: а опорного пучков, а пс каэа:дс тiiiy -;::И:;ой фазовый

i пч Il; ;i,: ынлй :ii IK аз агел ь ipii; онае ; .-, - сс;о:алетСпгуинцпй показател

ijne. lUiH угапд. ар laior-o

,- Ф воздуха, .-,, - п :

д:; - ра-ность руппочого i-i фазо5-;ого огыатчас:ки ; ;П1 cTaiiLUiOHHor;j а ontJpHoro пучков;

1) -- ,;ui;iHa дистандии; Р If т - средп:.-;е значения влажност и 1 емпера 1 урь, лзмерерпше на концах дис1-а ; щи, lOCiVia :аемый з ак.аочается в |,)всдзнии операции измереппя разности по иптерфере}пп-1 -а1 ОЙ картине, (;бразонаь:пой ;)1;орпь;г-{ и диста пдюппым пучкаMii света, -то позволяет троводить .а,1К 1ЧЗНДИГП1ПЫС ;-пзмереп;-1Я и кте трального показ aT-:ui;i гпеломлепкя воздуха на коротких т;;, ассах .

Нрсдпоженп}чй способ осуществляетL.M (П1едую Щ;М Образом.

Светоаой пучок перестраиваемого г:азера :;aaueiLi:-seTcn на два пучка: - дисТ aniuioHHbiiS . Дистакдион1гы; 1зучо :- прокодит через исследуеi-iV среа;. до д;истан1 лонпог0 отражателя и обратно,, затем си газодится с ,i:v: liyaKiM. образуя )фере};-ди )нпую картину. Изменением длины опсч:п;ого луча по появлепию мак1И:-- ума лгягграста интерфереддионной ка;)тииы, пояи.ляю1 1ейся при разпос и кода, киатной двойной /цтине резс:;атор, лазера,, определяют :рупповс (П :а-чес;ч:;й ПУТЬ Ю ооомуде

;д: L - ла;ина peaonaiopa ;

N - педое число длин резопатора, у лл а,ды5 аюпт-хся в измсркек:;);, ;; ;; г - ОЯ И Ч j

d I к)См:я nt ая .р а а J D - ДДИ1: а рассы , Изм(ч;яю1- д.робпые дoJПi поря;::ков : тге1;ф(/|; аидрг - гп)и перастр;зйке лазеПра калалой д-дппг водпь; ггроизЕО,алт дзмерешче дробных Д1элей порядкоп апгерферспдии М :, Далее способом совпадения дроб:;;,х долей порядков ИН-терфЕиСпдии i;ji(co6 по;хОира ют такие целые значе -сия чисел М., чтобы измеренные и вычисленные дроб ные доли совпадали. Определяют разность группового и фазового оптических путей по .Р (,)-DF Д rN2U-M Измеряют значения температуры и влажности на концах трассы и находят их значения Т и . Искомый групповой и фазовый инте ральный показатели преломления опре деляют по формулам й ;Г- - 15,02-10- -1- ; ЛПд , S-S - ,5,02. 1о-|, где групповой и фазовьм показатели преломпе ния стандартного во духа; их разность; D пр приб-пиженное значен измеряемого расстоя ния . На чертеже показана блок-схема устройства, реализуюа;его предлагаег 11Й способ. Устройство работает следующим об разом. Излучеьше перестраиваемого лазера I расщепляется зеркалом 2 на пучка. Один из них проходит до отражателя 3 в прямом напранлерши и обратно и попадает через линзу 4 на фотоириемник 5, сигнал с выхода которого попадает на измеритель 6 амплитуды на частоте колебаний генератора 7. Второй пучок света идет до отражателя 8, установленного на пьезокерамике 9 с подключенными к ней генератором 7 переменных ВЧ ко лебаний и генератором 10 постоянно смещения. Затем возвращается обрат и попадает H.-J фотопр1 0- г;к . , глс пучки света ннтсрферн чуь)т . Отрах-:атель 8 способен перемещаться по ходу пучков света на длину резонатора лазера 1 , а полог;ен ;е отражателя фиксируют по шкале 1 . Для нахождения интегрального пока зателя прелс.млеш:к воздуха сначапа включают лазер 1 на длине волны Л и перемеща.ч1Т отр а-катсль 8 до по-явления максимума контраста интерференционной картины, который периодически появляется при групповой разности хода, кратр{ой двойной длине резонатора лазера 1. Берут отсчет а .:о шкг;: 1 . Затем перестраивают Лй--;-г 1 нл другие длины волн и и из1--1еряют дробные доли порядков интерференции модуляционным методом при помощи измерителя амплитуды 6, генератора 7 ВЧ колебаний и генератора 10 постоянного смещения. Эти операции позволяют определить разность группового и фазового оптических путей, по величине которой с учетом температуры и влажности на концах трассы рассчитывают интегральный показатель преломления воздуха. Точность определения интеграпьного показателя ) преломления определяется точностью измере1-гия разности группового и фазового о,птических путей, например при точности с/- (Л5) 0,3 мкм для D 1 км; Д 0,5 мкм; Е 10 мм. рт.ст. ; Т 300 К, точность определения п равна 0 , что соответствует интерференционным методаь измерения. Техничесю1е преим щества предлагаемого способа в сравнении с язвест-ным заключаются в возможности дистанционного определения показателя прело и1еш1я и увеличения произво дительности труда.

1г гЕз:ай;Е:зззааа:П

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ИНТЕГРАПЬНОГО ПОКАЗАТЕЛЯ ПРЕЛОМЛЕНИЯ ВОЗДУХА на дистанции, состоящий-в том, что разделяют световой пучок на опорньм и дистанционный, которые направляют в соответствующие каналы с отражателями, измеряют параметры пучков и метеопараметры на концах дистанции, по которым определяют интеграль(шй показатель преломления воздуха, отличающийся тем, что, с целью определения интегрального показателя преломлеш1я на длстанциях 100 - 5000 М, опорный и дистанционный пучки после отражения сводят вместе, и по полученной интерференционной картине измеряют разность группового и фазового оптических путей дистанционного и опорного пучков, а иском,й показатель преломления определяют по п / . . . jK - 15,02 uf: D -fc 10 гр,Ф -групповой или фазовьй где интегральный показаS тепь преломпения; /Р -соответствующргй показатель пpeлo шeF ия стандартного воздуха, CZ о о Й5 -разность группового и фазового оптических путей дистанционного и опоррого пучков; D т -длина дистан1Н1и; -средние значения влажел и температуры, изсо меренных на концах ди- стаНЩи .