Способ определения оптических характеристик атмосферной турбулентности и аэрозоля Советский патент 1993 года по МПК G01N21/47 

1

Изобретение относится к области атмосферной оптики и может быть использовано для дистанционного определения оптической толщи осадков и структурной характеристики флуктуа- 1р1й показателя преломления атмосферы по время «вьтадения осадков.

Целью настоящего изобретения является увеличение точности измерения

На фиг.1 изображена блок-схема устройства, реализующего данный способ ; на фиг.2 - кривые,1 и П изменения коэффициентов пропорциональности оптического излучения.

Устройство работает следующим образом. ,

Оптическое излучение от лазера 1 после деления на делителе 2 и отражения от зеркала 3 проходит через модулятор 4, модулирующий по амплитуде с частотой jf J оптическое излучение, которое затем проходит .через коллиматор 5, отражается деркалс м 6 и смешивается пластинк ой 7 с оптическим излучением, цромодулированным по амплитуде с частотой f, модулятором 8 и прошедшим коллиматор 9. Оба промодулированных пзгчка посылают в атмосферу 10 на одну и ту же трассу. После прохождения слоя атмосферы в момент выпадения осадков оптическое излучение принимается через точечную диафрагму 11 и детектируется квадратичным приемником 12. Полученный сигнал усиливается и делится на два селективным усилителем 13, после чего сигнал с частотой , поступает на квадратор 14, а сигнал с частотой fj. - ни квадратор 15. В вычислительном устройстве 16 из дисперсий флуктуации интенсивности находят искомые пapaмetpы,

Способ может быть реализован на следующих приборах; 1 - He-Ne (лазер {/ 0,63 мкм); 11 - круглая диафрагма диаметра 0,1 мм; 12 - ФЭУ.

Условия (1) и (2)- вытекают из следующего.

Атмосферная турбулентность и осадки дают аддитивные вклада во флуктуации оптического излу.чбния, распространяющего в атмосфере во время выпа- дейия осадков. В силу этого дисперсии флуктуации интенсивности пучков оптического излучения мозкно записать следующим образом:

(a,J-6 i,pCOa,)e,,(«oil,

15А81

6 l (OoJ-6 ,,,pCaoJ-v6 /,prQpJ , gji

где iTtfo CXoi - дисперсия флуктуации интенсивности пучка оптического 5 излучения, обусловленная турбулентностью;

lajp oJ - дисперсия флуктуа- ций интенсивности пучка оптического 10 излучения, обусловленная аэрозолем; 1 1,2.

Дисперсию флуктуации интенсивности пучка оптического излучения, связанную с турбулентностью, можно за- 15 писать в виде

5i.p(a,;)-r(aoi)|b/

i й --1 or где РО - ь - дисперсия

флуктуации интенсивности плоской

20 волны;

ICCOoi Коэффициент пропорциональности, зависящий от начального радиального размера пучка излучения. Значения 1(Qoi) приведены на фиг. 2.

Дисперсия же флуктуации и интенснв- ности пучка оптического излучения, связанная с осадками, представлена в виде

3 ..„(.) ,,

где . I - оптическая толща осадков;

./(Л(Л -коэффициент пропорциональности, зависящий от начального размера пучка излучения.

Разность дисперсий флуктуации ин- 35 тенсивности

jd-- i CaoJ- i(

t(«oJ-Y((ao,)-(Qc,i)l

Так как при выполнении условия 2 0; из-за симметрии кривой П фиг . 2 (для (аь) относительно С}, и, наоборот, резкой асимметрии кривой 1фиг.2 (ДЛЯ Y(Glo) ,

то

45

)(5о-г), af (лоП YCaoi:),

ol. i,4CY(Qoil-r(aoa)K Cu ,

50 т.е. пропорциональная С. Зная С , . по 0 J () можно с йысокой точностью определить т , что особенно важно при f i.l. Так как в доадях, как пра- вило , t 1, то для того чтобы обес- 55, печить высокую точность измерения С, необходимо иметь максимально большим ot (ot I ). Лпя этого необхоли- мо, чтобы (,). Этс1 п()-и)плчг т минимизировать ошибку, вносимую атмосферной турбулентностью в измерения t. Таким образом, Кроме выполнения условия f2) необходимо, чтобы

Y(a«J-t(a;)-l. Иэ фиг.2 видно, что при

Qoi..(aoJ-y(,)o.5 I . .

Так как ид (размер более узкого пучка реально не может быть меньше 1 мм, то с учетом условия (2) можно написать, 4fo

1Q

Qoiti5

ГГ

т.е 15il-,ao,. 2,5

fi

, Кроме того.

для повышения точности измерения (Иг i-ической толши осадков 7: определяют нз б ,Чао5) , а не (ао,) , так кпк турбулентность на пучки с

влияет меньше, чем на пучки с . Таким образом, при вьтолнении условий () и (2 ) реализуются максимально благоприятные условия для ия- мерещ1я С и .

Я.Г

а,а Of

0,4

aj

0. ff фиб.2

Редактор И.Ходакова

Заказ 1096Тираж . Подписное

ВНИИГТИ Государственного комитета СССР по делам нзобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. А/5

Филиал ГШП Патент, г, Ужгород, ул. Проектная, 4

Составитель С.Непомнящая

Техред А.Бойко Корректор, М.Демчик