Способ измерения профиля границы раздела двух сред Советский патент 1985 года по МПК G01C13/00 

1n Изобретение относится к океанографическим исследованиям и может быть использовано, например, для определения рельефа дна океана и расстояния между дном и поверхностью. По основному авт.св. № 1091020 известен способ измерения профиля границы раздела двух сред, связанны с измерением разности фаз одновреме но испускаемых в направлении границ раздела излучений в видимом и инфра красном диапазонах спектра. При ска нировании излучения в.направлении приема в направлении этого зондирую щего излучения дополнительно излучают ш-1пульсы стимулирующего излуче ния на частоте, превышающей частоту видимой составляющей зондирующего излучения на величину, соответствую щую диапазону частот комбинационног резонанса в воде с интенсивностью, достаточной для получения освещенно ти в воде 10° 10°Вт/см. Дополнительно излучаемые импульсы стимулирующего излучения распространяются . в воде в том же направлении, что и зондирующее излучение, и в области их перекрытия возникает нелинейное оптическое взаимодействие. Это приво дит к повьшению уровня полезного сигнала по отношению к однократно рассеиваемой составляющей зондирующего излучения, поступающей в приемное устройство, а также к повышению монохроматичности зондирующего излучения. В результате достигается относительное уменьшение уровня шумов обусловленных однократньи рассеянием зондирующего излучения в области перекрещенных полей приема и зондирующего излученияJ увеличение помехо защищенности и дальности действия в воде 1, Однако способ характеризуется недостаточно высокими дальностью действия и помехозащищенностью. Эти недостатки обусловлены многократным рассеянием зондирующего- излучения в воде. Многократно рассеянное зондирующее излучение принимается вдоль всего поля приема в водва что приводит к увеличению уровня шумов при увеличении глубины и снижению помехозащищенности « При глубинах 30-40 м уровень двухкратнорассеянного излучения возникающего при распространении зондирующего излучения от поверхности воды до морского дна и 62 поступающего в приемную систему, может превысить по мощности уровень полезного сигнала, отраженного от морского дна. Цель изобретения - повышение помехозащищенности и увеличение дальности действия в воде за счет подавления уровня шумов, обусловленных многократным (в частности двухкратным) рассеянием зондирующего излучения в воде относительно уровня полезного сигнала. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу измерения гранида раздела двух сред в направлении измеряемого профиля вдоль оптической оси приемной системы дополнительно излучают импульсы лазерного излучения на частоте, превытающей частоту видимой составляющей зондирующего излучения на величину, соответствующую диапазону частот комбинационного резонанса в воде, причем измерения производят через промежуток времени с момента начала испускания импульса At Z () где С - скорость света в воздухе; Z - расстояние, проходимое дополнительно излучаемым импульсом в воздухе; Z - заданное расстояние, проходимое дополнительно излучаемьа импульсом в воде (ориентировочное, заранее известное значение глубины); п, - показатель преломления воды для видимой составляющей зондирующего излучения; п - показатель преломления воды для излучения дополнительно излучаемых импульсов, длительность 2 Импульса 17/ --( 2 t, где ut интервал времени, необходимьй.для измерения разности фаз принимаемых потоков видимого и инфракрасного излучения, а мощность дополнительно излучаемого импульса выбирают достаточной для получения освещенности в воде 10 Вт/см2. На чертеже показана принципиальная схема аппаратуры для реализации-предлагаемого способа. Передающая система 1 направляет промодулированное по амплитуде зондирующее излучение в видимом и йнфракрасном диапазонах. Одновременно передающая система 2 формирует мощные импульсы стимулирующего излучения. С помощью вращающегося зеркала 3 обеспечивается одновременное скани рование зондирующего излучения и импульсов стимулирующего излучения в направлении поля приема, определяемого приемной системой 4. Зондирующее и стимулирующее излучения распространяются в одном и том же направ лении. Разность частот стимулирующег и зондирующего излучений равна диапа зону частот комбинационного резонанса в воде. Зондирование в видимом и инфракрасном диапазонах позволяет определить профиль границы 5 воздух вода и профиль дна 6, поскольку инфр красное излучение практически не про никает в толщу воды, а ослабление видимого излучения в воде сравнитель но невелико. Передающая система 7 формирует импульсы лазерного излучения, которые направлены вдоль оптиче кой оси приемной системы и заполняют поле приема (заштриховано). Совпадение оптической оси приемной системы с направлением распространения дополнительно излучаемых импульсов достигается, например при помощи све тоделительной пластины 8. Система 9 синхронизации регулирует совместную работу во времени приемной и передаю щей систем 4 и 7. Разность частот им пульсного излучения, формируемого передающей системой 7, и видимого излучения, формируемого передгиощей системой 1, выбирается равной частоте комбинационного резонанса в воде, т.е. равна 9,6-10- -1,08 10 Гц, или йЯ. 3200-3600 , где лО. разностная круговая частота излучений; С - скорость света в вакууме (см/с). Прием ведется в спектральной области зондирующего излучения. Дополнительно излучаемые импульсы должны испускаться передающей сис темой 7 в моменты появления освещенного зондирующим излучением пятна на дне в поле приемной системы. Этот момент времени регистрируется системой 9 синхронизации по увеличению уровня полезного сигнала, поступающего в приемную систему. Кроме выполнения функций вырабатывания сигнала запуска передающей системы 7 система 9 синхронизации через промежуток - .I ГОГ7- Г- . гг / , ЧТ времени 4t начала момента начала испускания импульса системой 7 вырабатывает сигнал, посылаемый в приемную систему, по которому осуществляется измерение разности фаз принимаемых видимого и инфракрасного излучений. Скорость вращения зеркала сканирующего устройства 3 должна быть выбрана в соответствии с быстродействием системы 9 синхронизации, передающей системы 7 и приемной системы 4. В случае необходимости увеличения интервала времени измерений можно связать в замкнутую следящую систему сканирукнцее устройство 3 и приемную систему 4 так, чтобы сканирующее устройство отслеживало изменения рельефа дна исходя из критерия получения максимального уровня полезного сигнала. Дополнительно излучаемые передающей системой 7 импульсы распространяются во встречном направлении по отношению к отраженному от дна полезному сигналу. В результате возникает нелинейное оптическое взаимодействие между этими излучениями. Как показывают расчеты, отношение сигнал/шум при измерении предлагаемь1м способом примерно на порядок повышается по сравнению с измеряемыми по известному способу. Кроме того, достигается значительное усиление полезного сигнала, что позвояет увеличить дальность действия в воде.

СПОСОБИЗМЕРЕНИЯ ПРОФИЛЯ ГРАНИЦЫ РАЗДЕЛА ДВУХ СРЕД по авт. св. № 1091020, отличающийс я тем, что, с целью увеличения дальности действия в воде и повышения помехозащищенности, в направлении измеряемого профиля вдоль оптической оси приемной системы дополнительно излучают импульсы лазерного излучения на частоте, превышающей частоту видимой составляющей зондирующего излучения на величину, соответствующую диапазону частот комбинационного резонанса в воде, причем измерения производят через промежуток времени fli с момента начала испускания импульса М4 (-2). где С - скорость света в воздухе; Z - расстояние, проходимое дополнительно излучаемым импульсом в воздухе; 2. заданное расстояние, проходимое дополнительно излучаемым импульсом в воде; п. показатель преломления воды для видимой составляющей зондирующего излучения; показатель преломления воды для излучения дополнительно излучаемых импульсов, длительность импульса СЛ (N)t, где at - промежуток времени, необходимый для измерения разности фаз принимаемых потоков видимого и инфракрасного излучения, а мощность импульса выбирают достаточной для получения СЛ 10«10° Вт/см2. освещенности в воде vj а