Устройство для измерения структурной характеристики показателя преломления турбулентной среды Советский патент 1985 года по МПК G01N21/41 

4 :о

У1 Изобретение опюсится к океанологическр1м и атмосферным исследованиям и может быть использовано при создании дистанционных устройств комплексного определения параметров морской среды. Известно устройство для измерения структурной характеристики пок зателя преломления атмосфер., состоящее из источника и приемника из лучения5 диафрагмы, оптической фокусирующей системы и блока регис рации среднего по времени светового потока ij Недостатками устройства являются сложность конструкции и низкая точность измерений. Наиболее близким по технической сущности к изобретению яв,1тяется ус ройство для измерения структурной характеристики показателя преломления турбулентной среды, содержащее З-становленные в корпусе по ходу лучл источник излучения, коллимирутощую оптическую систему,, светоделительн та пластинку, светофильтры и два фотоприемкикаJ гтодключенные к блоку ретмстрации 2J . Недостатком известного устройства является ограниченность области применения только для среды со слабой турбулентностью, например атмос оЬеры при болыпих расстояниях намеряемых трасс, Цель изобретения - расширение о бл а с т и п р им е г1 е н и я . Поставленная це:ть достигается тем что ycTpoiiCTBo для измерен гя струк1урной характеристики показа геяя преломления турбулентной .ере.цы, содержащее установленные в корпусе по ходу луча, источник излу чения, ко.г1ЛИ н-1рующ то оптическую сис тему, светоделительную 1шаст1- нку, светофильтрь и два фотоприемника, подключенные к блоку регистрации, догюипхительно введ.ены подвижный модуль, прикрепленньй с помощью направляю11Ц1х к -наружной стенке корпуса, и два чувствительных элемента в виде шюскопаралле:п 1ных пластин с закрепленными на их рабочих повер ностях призмами и с отражающими покрытиями на торпах, причем один чувствительный элемент установлен в подвижном модуле и оптически связан с помощьк гибкогс CBeTORo;va и соглас уюьтей систр,мы с одр|им из 52 фотоприемников, а другой чувствительный элемент установлен, в корпусе по ходу луча перед светофильтром другого фотоприемника, Fia чертеже изображена схема предлагаемого устройства. Устройство содержит источник 1 излучения, модулятор 2, коллимирующую оптическую систему 3 и 4, светоделительную пластинку 5, поворотные зеркала 6-8, светофильтры 9-11, гибкий световод 12, две плоскопараллельные пластинки 13 и 14 типа Люммера, два фотоэлектронных умножителя 15 и 16, согласующие линзы 17-20, предварительные усилители 21-235Датчик 24 давления., направляющую 25 перемещения подвижного модуля 26 с чувствительным элементом (пластинкой) 14, кабельную линию 27, преобразователь 28 электрических сигналов и блок 29 регистрации. Устройство работает следуюцим образ ом. Световой поток от источника 1 излучения (ОКГ) модулируется с помощью модулятора 2, расширяется и коллимируется оптической системой 3 и 4, Светоделительной пласт п1кой 5 с большим коэффициентом отражения, чем пропускания, световой поток делится на два пучка 5 причем для выравнивания пучков применяется светофильтр 9 типа НС. Пучок света, прошедший пластинку 5 и отклоненньй зеркалом 6, попадает на светофильтр 9, призму 30 и пластинку 13. Пучок света многократно отражается от рабочих поверхностей пластинки 13 под углом, близким к углу полного внутреннего отражения... Призма 30, наклеенная-на поверхность пластинки 13, с.чужит для уменьшения потерь света и уменьшения размеров чувствительного элемента. Рабочая часть пластинки шходится в исследуемой среде. Световой поток, прошедший пластинку 13, отклоняющее зеркало 7 и светофильтр 10, предназначенный для т1еньшения влияния спектральной составляющей фоновой засветки, попа.пает через согласующую лин.зу 17 на фотоэлектронньш умножитель 15, ситнал с которого после предварительного усилителя 21 поступает по кабельной линии 27 в б.пок 28 преобразования электрпческого сигала. Другая часть светового потока пос.ле светоделитечьной пластинки 5 I попадает на согласующую линзу 18, гибкий световод 12, коллимирующую линзу 19, призму 31, пластинку 14 и и после многократного отражения через светофильтр 11 и линзу 20 поступает на фотоэлектронный умножитель 16, сигнал с которого после предварительного усилителя 22 поступает по кабельной линии 27 в блок 28 преобразования электрических сигналов. Гибкий световод 12 одним концом жест ко закреплен в корпусе устройства 32, а другим концом - в вынесенном в среду подвижном модуле 26, в котором установлена пластинка 14, что позволяет совершать перемеп;ение вынесенного чувствительного элемента 14 по направляющей 25. Одновременно с поступлением сигналов, пропорциональных показателям преломления ереды с электронных устройств 15, 21 и 16, 22, в преобразователь 28 через усилитель 23 поступает сигнал от датчика 24 давления, пропорциональньй величине избыточного давления. В преобразователе 28 по сигналам, пропорциональным величинам П(,п и избыточному давлению (глубине Н), определяется осредненное значение разности показателей преломления и п и вычисляется структурная характери тика показателя преломления С, на основе формулы - Dn(r) йпЧг) J где D4,(r) - структурная функция по казателя преломления; г - расстояние, на котором производят измерения; - внутренний масштаб тур булентности (от нескол ких миллиметров до 1 см;; 1, - внешний масштаб турбулентности (от десятков сантиметров до метров). Использование разности двух измеряемых потоков для определения градиента показателя преломления и структурной характеристики показателя преломления турбулентной среды позволяет устранить влияние нестабильности излучения источника света, приводит к уменьшению уровня фоновых засветок. Определение разности уровней выходных потоков по отраженной компоненте падающего потока позво- , ляет избежать учета потерь на рассеяние в турбулентной морской среде, а также уменьшить влияние аберраций на искажение выходного светового потока, что приводит к значительному снижению требований к точности изготовления оптических элементов устройства. Установка чувствительных элементов предлагаемого устройства в специальном обтекателе позволяет устранить влияние гидродинамических наложений, возникающих во время зондирования. Изобретение позволяет получить значения С как для воздушной, так и морской среды на разных глубинах и разных, в том числе малых, базовых расстояниях, а также одновременно получить распределение градиента показателя преломления и абсолютного значения показателя-преломления, приведенного к центру базы, по глубине, определить характеристики изменчивости показателя преломления на разных глубинах (например, числа Кокса), что дает возможность определить элементы микроструктуры гидрооптического поля.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СТРУКТУРНОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПОКАЗАТЕЛЯ ПРЕЛОМЛЕНИЯ ТУРБУЛЕНТНОЙ СРЕДЫ, содержащее установленные в корпусе по ходу луча источник излучения, коллимирующую оптическую систему, светоделительную пластинку, светофильтры и два фотоприемника, подключенные к блоку регистрации, о т. личающееся тем, что с целью расширения области применения, в него дополнительно введены подвижный модуль, прикрепленный с помощью направляющих к наружной стенке корпуса и два чувствительных элемента в виде плоскопараллельных пластин с закрепленными на их рабочих поверхностях призмами и с отражающими покрытиями на торцах, причем один чувствительный элемент установлен в подвижном модуле и оптически связан с помощью гибкого световода и согласующей системы с одним из фотоприемников, а другой чувствитель- S ньм элемент установлен в корпусе (Л по ходу луча перед светофильтром другого фотоприемника.