Устройство для оптического зондирования атмосферы Советский патент 1984 года по МПК G01N21/47 

Изобретение относится к техн11ческой физике, а именно фотометрии атмосферы, и может применяться для определения оптических параметров атмосферы, а также для контроля уровня аэрозольных загрязнений, рас познавания кристаллических и жидкоканальных облаков. Известны оптические поляризационные устройства, содержащие источник линейного поляризованного излучения, дйа фотоприемника с поляризационными анализаторами, из которых плоскость поляризации одного совпадает с плоскостью поляризации источника излучения, а другого ей ортогональна, ftpH этом фотоприемники имеют углы поля зрения целиком охватьтающие ЗОНДИРУ1ОДИЙ пучок и через усилители подключены к блоку деления, сое диняющему с блоком регистрации pj Недостатком зтих устройств является то, что они позволяют выделить только границы области многократного рассеяния в. оптических средах, не определяя количественных характеристик помехи многократного рассеяния в эхо-сигнале. Это связано с тем что многократно рассеянное излучение сохраняет частично поляризацию посы лаемого излучения. При этом в каждом конкретном случае зондирования степень деполяризации многократного.рас сеяния заранее неизвестна. Наиболее близким к изобретению по технической сущности является уст ройство для опти теского зондирования атмосферы, содержащее блок управления, соединенный с импульсным источником излучения и двумя фотоприемниками, один из которых с углом поля зрения,охватывающим зондирующий пучо излучения, связан с блоком разности чепосредственно, а другой - с углом толя зрения вне поля действия зондирующего пучка - через усилитель, а также регистрирующий блок, В известном устройстве источник излучения посылает импульс излучения в атмосферу, а обратно рассеянный сигнал поступает на первый фотоприем ник с углом поля зрения целиком охватывающим зондирующий пучок. На второй фотоприемник поступает фоновый сигнал, включакнций сигнал, обусловленный многократным рассеянием вн границ зондирующего пучка. Далее сиг нал поступает на усилитель и в блок разности, на другой вход которого подается, сигнал из рабочего канала первого фотоприемника. Разностный сигнал затем поступает на дальнейшие блоки устройства, где обрабатывается и в регистрирующем блоке записьшается информация об оптических параметрах атмосферы 2J, Недостатком известного устройства является то, что оно не позволяет :отселектировать полезный сигнал от помехи многократного рассеяния, что в свою очередь приводит к дополни:1гельнЫм неконтролируемым ошибкам измерений. Это обусловлено тем, что в поперечном сечении пучка величина сигнала многократного рассеяния не распределена равномерно, а убывает примерно по экспоненциальному закону , Целью изобретения является повьппениб точности измерений путем уменьшения влияния вклада многократного рассеяния в суммарный сигнал. Поставленная цель достигается тем, что устройство для оптического зондирования атмосферы, содержащее блок управления, соединвннь1Й с импyльcны ; источником излучения и двумя фотоприемниками,один из которых с углом поля зрения, охватьшающим зондирующий пучок излучения, связан с блоком разности непосредственно, а другой с углом поля зрения вне зоны действия зондирующего пучка - через усилитель, а также регистрирующий блок,, снабжено двумя поляризационными линейными анализаторами, согласованньми в одной плоскости поля- , ризации и установленными перед фотоприемниками с возможностью одновременного /поворота относительно оп тической оси источника излучения и фиксации плоскостей поляризации параллельно или перпендикулярно плоскости поляризации этого источп« а, На чертеже показана блок-схема редлагаемого устройства. Устройство содержит блок 1 управлеия, импульсный источник 2 излучеия, фотоприемники 3 и 4, поляриационные линейные анализаторы 5 6 призмы Глана, усилитель 7, лок 8 разности и регистрирующий лок 9, Блок 1 управления подклюен к источнику 2 излучения и фоториемникам 3 и 4, Фотоприемники 3 и 4 установлены таким образом, что угол поля зрения фотоприемника 4 целиком охватывает зондирующий световой пучок, а в угол пбля зрения фотоприемника 3 /этот пучок не попадает. Перед фотоприемниками 3 и 4 установлены поляризационные линейные анализаторы 5 и 6, согласованные в одной плоскости поляризации, котора или совпадает с плоскостью поляризации источника излучения или ей ортогональиа. Фотоприемник 3 через усилитель 7 соединен с блоком 8 разности, другой вход которого подключен к фотоприемнику 4, Выход блока разности подключен непосредственно крегистрирующему блоку 9, Устройство работает следующим образом., В первоначальный момент времени поляризащюнные линейные анализаторы 5 и 6 устанавливают таким образом, что их плоскости поляризации ортогональиы плоскости поляризации источника 2 излучения, Блок 1управления одновременно запускает источник 2 излучения, -который направляет импульс излучеНИЛ в атмосферу, и фотоприемники3 |и 4, . На фотоприемник. 4 поступает депо ляризованный компонент многократно рассеянного сигнала в зоне действия зондирующего пучка, который после. преобразования в фотоприемнике в виде электрического сигнала направляется в блок 8 разности. На фотоприемник 3 поступает деполяризованный компонент многократного рассеян ного сигнала вне поля действия зондирующего пучка, который после прохождения усилителя 7 компенсирует в блоке 8 разности аналогичнзпо сое тавляющую в рабочем канале-фотоприе ника 4, Во второй момент времени поляризационные линейные анализаторы 5 и 6 устанавливают таким образом, чт их плоскости поляризации параллельны плоскости поляризации источника 2 излучения. Блок 1управления вновь одновременно запускает источник 2 излучения и фотоприемники 3 и 4, На фотоприемник 4 поступает одно- кратно рассеянный сигнал и та часть многократно рассеянного, которая сохраняет поляризацию источника излуче ния. После преобразования в приемнике 4, электрический сигнал направляется в блок 8 разности. На фотоприемник 3 попадает только многократно рассеянное излучение, которое сохраняет поляризацию зондирующего пучка. После прохождения усилителя 7, коэффициент усиления которого подобран в предьщущем акте зондирования, сигнал с фотоприемни- ка 3 компенсирует в блоке 8 разности вклад многократного рассеяния в рабочем канале-фотоприемнике,4, Таким образом, на выходе блока 8 разности формируется полезный сигнал, который направляется в дальнейшем в регистрирующий блок 9, где может осуществляться его дальнейшая обработка с целью определения оптических параметров исследуемой среды. Наличие в предлагаемом устройстве согласованных в одной плоскости поляризации поворотных поляризацион-: рых анализаторов позволяет отселекти|- ровать от помехи многократного рассеяния полезный сигнал однократного рассеяния, что повышает в дальнейшем точность обработки данных зондироваг ния с целью получения информации об оптических параметрах среды, в част- ности коэффициента рассеяния. При зондировании оптически плотных сред,эта информация необходима при измерении дальности в аэропортах. Так как коэффициент рассеяния пропорционален величине массовой концентрации, то таким образом можно оперативно контролировать степень загрязненности окружающей среды, вызванную за счет азрозольных частиц.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПТИЧЕСКОГО ЗОНДИРОВАНИЯ АТМОСФЕРЫ, содержащее блок управления, соединенный с импульсным источником излучения я ; двумя фотоприемниками, один из которых с углом поля зрения, охватьюающим .зондирующий пучок излучения, связан: с блоком разности непосредственно, а другой с углом поля зрения вне зоны действия зондирующего пучка - череЗ: усилитель, а также регистрирукшрЛ блок, отличающееся тем, что, с целью повьшения точности измерений, оно снабжено двумя поляризационными линейными анализаторами, согласованными в одной плоскости поляризации и установленными перед фотоприемниками с возможностью одновременного поворота относительно оптической оси источника излучения и фиксации плоскостей поляризации параллельно или перпендикулярно плос(Л кости поляризации этого источника. W 00 о 1 со