Способ измерения допплеровского смещения спектральных линий Советский патент 1985 года по МПК G01J3/28 

Изобретение относится к способам измерения допплеровоского смещения спектральных линий (СЛ), в частности СЛ солнечного происхождения.

Цель изобретения - повышение точности и расширение класса исследуемых объектов.

На чертеже приведена функциональная схема устройства для измерения допплеровского смещения.

Устройство имеет входную щель 1 спектрографа, коллиматорное зеркало 2, первую дифракционную решетку 3, вторую дифракционную решетку 4, камерное зеркало 5, первое изображение б спектральной линии, второе изображение 7 спектральной линии, диссектор 8 с фокусирующей отклоняющей системой, демодуляторы 9 и 10, интеграторы 11 и 12, коммутатор 13, блок 14 синхронизации, блок 15 управления отклоняющей системой (ОС), дифференциальный усилитель 16.

На чертеже также показан увеличенный фрагмент, поясняющий распределение интенсивности в первом и втором изображении спектральной линии 17.

Входная щель 1 спектрографа расположена в фокальной плоскости коллиматорного зеркала 2, которое из прошедшего через шель 1 света формирует параллельный пучок в направлении двух диспергирующих элементов (дифракционные решетки 3 и 4). Половина света параллельного пучка падает на первую решетку 3, а вторая половина - на вторую решетку 4.

Дифракционные решетки 3 и 4 сориентированы одна относительно другой так, что камерное зеркало 5 строит два изображения 6 и 7 одной спектральной линии в спектрах с одинаковым номером порядка, при этом один из спектров относится к левым порядкам первой решетки, а другой - к правым порядкам второй решетки. Направления дисперсии в спектрах противоположны и по величине равны. Наклоном осей вращения дифракционнь1Х решеток 3 и 4 устанавливают разведение спектров по высоте в фокальной плоскости спектрографа, чтобы исключить блендирование исследуемой СЛ другими линиями, которое возможно при наложении спектров. При такой оптической схеме допплеровское смещение СЛ приводит к сдвигу в разных направлениях ее изображений в разведенных спектрах, а смещение изображений вследствие шума спектрографа происходит синфазно.

Оба изображения исследуемой СЛ направляют на фотокатод диссектора 8. Диссектор 8 имеет фокусируюшую отклоняющую систему. Свет, падающий на фотокатод, выбивает электроны. Фокусирующее магнитное по.те обеспечивает перенос электронного изображения с фотокатода в направлении диафрагмы, имеющей вырезывающее отверстие. С помощью сигнала 18

отклонения в направлении дисперсии спектрографа SXOTIU, подаваемого на ОС диссектора 8, путем электронного сканирования поочередно измеряют интенсивности света в

крыльях СЛ. Сигнал S oтл coздaeт магнитное поле, отклоняющее поток электронов в направлении дисперсии. Поток отклоняют так, что в вырезывающее отверстие диафрагмы поочередно попадают электроны, соответствующие средним участкам крыльев

СЛ (фиг. 1 фрагмент 17, а, б, в и г). Эти электроны усиливаются динодной системой и попадают на анод.

Для опроса крыльев обоих изображений, разведенных по высоте, на ОС подают сигнал 19 Зуоуил прямоугольной формы,отклоняющий поток электронов перпендикулярно направлению дисперсии. Частота SyoTKi в два раза меньше частоты . Сигналы 5хотклИ Зуотлд формируются В блоке 15 управления ОС по сигналам с блока 14 синхронизации.

В динамике крылья изображений 6 и 7 опрашивают поочередно: в соответствии с Sj-oTKi опрашивают крылья изображения 6 СЛ в первый полупериод Зуоткл, а во второй полупериод SVOTBB опрашивают крылья изображения 7, далее все повторяют.

Если изображения СЛ на фотокатоде диссектора 8 расположены так, что при сканировании их в вырезывающее отверстие попадают электроны, соответствующие сред., ним участкам рыльев СЛ, то на выходе днесектора переменный сигнал на частоте Зюгия равен нулю.

Возможные смещения изображений СЛ относительно опрашиваемых точек фотокатода вызывают появление переменного сигr нала на частоте З опиДак как точкам а, б, в и г соответствуют участки контура СЛ с неодинаковой интенсивностью. Этот переменный сигнал демодулируют и интегрируют в измерительных каналах. Демодулятор 9 и интегратор 11 образуют первый, а демодулятор 10 и интегратор 12 - второй из.мерительные каналы. Демодуляторы 9 и 10 работают поочередно - в течение одного полупериода Здготклработает один, а в течение другого полупериода - второй. Управление демодуляторами выполняет блок 14 синхронизации.. Выходные сигналы с демодуляторов 9 и 10 поступают на интеграторы 11 и 12. Состояния интеграторов 11 и 12 изменяются только при наличии входных сигналов. Если сигналы с демодуляторов 9 и 10

0 отсутствуют, то интеграторы 11 и 12 сохраняют свои состояния. Сигналы с интеграторов 11 и 12 через коммутатор 13 поступают на блок 15 управления в виде сигналов обратной связи, где они суммируются в SioTxji и образуют следящую обратную связь.

5 Постоянные времени интеграторов 11 и 12 равны и более чем на два порядка превосходят период S VOTKB, поэтому переходные процессы в обоих каналах протекают одинаково. Разность между выходными напряжениями интеграторов Ии 12 регистрируют через дифференциальный усилитель 16. Перед началом работы производят настройку режима ОС. В это время обкладки .. ., л,. конденсаторов интеграторов замкнуты и выходные сигналы с них равны нулю, а на ОС подают SxoTKi и SvoTKji., амплитуду которых задают в соответствии с величиной разведения спектров по высоте и полушириной изображений спектральной линии. При этом сигнал постоянной составляющей на выходе диссектора должен соответствовать центральным участкам крыльев СЛ. С переходом на режим измерения обкладки конденсаторов ра змыкают, и, если есть смещение изображений СЛ переменный сигнал с выхода диссектора после демодуляции воздействует на интеграторы 11 и 12, т. е. появляется сигнал обратной связи, которьш изменяет Здовхх таким образом, что переменный сигнал - сигнал ощибки уменьщается до нуля. Сигнал обратной связи меняется только при смещениях изображений т. е. он, как бы следит за ними. В процессе измерения каждый из измерительных каналов следит за соответствующим изображением СЛ. Если оба изобраM/i-NtTiICTniJUntJГЧШОТИО dr4J TJi O- iti- /iii rMf жения линии смещаются синфазно (щум спектрографа), то в разностном сигнале это смещение не регистрируется. В случае допплеровского смещения на выходе дифференциального усилителя регистрируется сигнал удвоенной амплитуды благодаря разнонаправленному смещению изображений Дифференциальное измерение взаимного положения двух изображений одной СЛ, имеющих разное направление дисперсии, позволяет повысить точность за счет того, что измерения проводят с одним и тем же контуром СЛ, и значительно расщиряет возможность по выбору исследуемых линий. Для солнечных наблюдений можно теперь использовать немагнитные СЛ. Это важно при наблюдении солнечных пятен, где сильные магнитные поля.

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ДОППЛЕРОВСКОГО СМЕЩЕНИЯ СПЕКТРАЛЬНЫХ ЛИНИЙ, основанный на регистрации одной и той же спектральной линии источника с помощью двух дифракционных решеток спектрографа и измерении разности их положений, по которой судят о допплеровском смещении, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и расширения класса исследуемых объектов, регистрируют спектральную линию источника в правом порядке интерференционной картины первой дифракционной решетки и левом порядке того же номера интерференционной картины второй дифракционной решетки. На регистрацию ШЛЛГплл