Устройство для определения оптических характеристик атмосферы Советский патент 1992 года по МПК G01N21/47 

Изобретение относится к атмосферной оптике и метеорологии, касается определения оптических параметровi например прозрачности неодиоррдной атмосферы, а тагске уровня аэт озопъ- ных загрязнений и может использоваться в метеорологии, для прогноза работы локационных оптических систем и систем оптической связи.

Цель изобретения - повьшенис точности измерений .

На чертеже изображена структурная схема -устройства.

Устройство содерткит блок 1 управ- ления, соедииенньй с его выхо дом импульсньпЧ источник 2 света, оптическую приемную систему 3, оптичесг ки связанную с фотоприемником 4 и через оптический сглажива с11рий преоб- разователь 5 - с фотоприемником 6. Вторые входы фотоприемников соедине- кл с вторым выходом блока 1 управле- 1ПШ. Один вход блока 7 разности соединен с фотоприемником 4, а другой через усилитель В связан с фотопри- емником 6, выход блока разности соединен с входом измерительного преобразователя 9, второй вход которого соединен с третьим выходом блока управления Один вход измеритель- ного преобразователя 10 соединение i усилит ел ем 8, а второй вход подкл 0 чей к четвертому выходу блока 1 уп- равления Входы вычислительногр.уст- ройства 11 соединены с выходами измери тельных преобразователей 9 и 10, а выхо соединен с регистрирующим прибором 12 Оптический сглаживакхций преобразователь 5 выполнен в виде управляемого светофильтра переменного пропускания на основе размещенной на оптической оси перед фотоприемнйком 6 Электрохромной ячейки 13, электроды 1 рторой соединены с выходами усили- теля 14 мощности, причем вход усилителя 14 мощности подключен к выходу усилителя 8 фотоприемника 6.

Устройство работает следующим образом.

По сигналу запуска с блока t управления импульсный источник 2 све- та излучает в атмосферу импульс малой длительности, РАссеянтй в обратном направлении сигнал принимается Оптической приемной системой 3 с расштрениьтм полем зрения, где, например, с помощью светоделителя (на черт лжр не показан) разделяется

д j

0

5

на два канала. В первом канале оптический сигнал принимается фотоприемником 4, а во втором проходит через .оптический сглаживающий преобразователь 5, где формируется опорный сигнал, которьй принимается фотоприемником 6« При прохождеш-1и через оптический сглаживагаций преобразователь 5 сигнал функционально- преобразуется и-сглаживается, При нимаемьй фотоприемником 6 опорньй сигнал подается через усилитель 8 на,блок 7 разности, где из сформированного опорного сигнала X, близ кого по форме к огибающей основного сигнала, вычитается сигнал У фотоприемника 4,, Разностный сигнал Z- X-Y преобра.зуется в код измерительным преобразователем 9, а опорный сигнал X преобразуется измерительным преобразователтем 10 при подаче синхросигналов с блока 1 управлений, В вычислительном устройстве 11 по соответствующим значениям разностного сигнала Zj и опорного сигнала Xj восстанавливают значения принимаемого ойтического сигнала

V Y . - 7

J . 3 J

Полученный массив цифровых значений принимаемого оптического сигнала, отраженного атмосферой, обраба- тьшается в вычислительном устройстве 11, в результате чего вычислшот Си по заданньм алгоритмам соответствующие характеристики атмосферы: прозрачность, коэффициент обратного рассеяния, оптические.характеристики аэрозольных образований и дисперс- ; ньж загрязнений атмосферы и их профили распределения вдоль трассы зондирования. Вычисленные характерис- j тики атмосферы поступают из вычислительного устройства 11 на регист- рирукщий прибор 12.

При регистрации дискретш к отсчётов мгновенных значений сигналов погрешность преобразования и изме- рения определяется .предельным -разрешением измерительны преобразователей, которое зависит от элементной базы, в частности чувствительности компаратора, и определяет шаг квантования по уровню т, а также от динамических характеристик измерительных преобразователей, частотного спектра измеряемого сигнала

i

и его динамического диапазона В устройстве шаг квантования по уровню выбирают одинаковым в обоих каналах измерения, динаьтческий дна- пазон измерительных преобразователе (разрядность аналого-цифровых преоб разователей) разным: в первом кана- ле - исходя из диапазона измерения разностного сигнала Z, которьй оп- ределяется флуктуациями принимаемого оптического сигнала, а во втором канале - исходя из диапазона изменения опорного сигнала, который зависит как от диапазона принимае- мого оптического сигнала, так и от характеристики оптического сглалси- вающего преобразователя 5, Разност ньй сигнал преобразуют в код посредством скоростного измерительного прейбразователя 9 с малым ческим диапазоном, например шестиразрядного ана,пого-цифрОБого преобразователя с шагом дискретизатдти Tj, а опорный сигнал преобразуют в код с шагом дискретизации Т посредством широкодиапазонного, о меНее скоростного измерительного преобразователя 10, например десятиразрядного: , (К - целое число При этом в обоих каналах обеспечивается высокая точность .измере1гая, определяемая пределнньм шагом квантования, характерным для 1 чногораз- рядного аналого-цифрового преобразо- вателя (АЦП), Динамическая погрешность измерения разностного .флукту- ирукщего сигнала обеспечивается в пределах шага квантования m за счет использования скоростного АЦП с вы- сокими динамическими характеристиками. Сглаженный опорньй сигнал с ограниченным спектром -частот на три порядка меньшим по сравнению со спектром частот принимаемого флук- туирующего сигнала можно измерять с относительно большим периодом дискретизации, не внося дополнительных динамических погрешностей, соизмеримых с шагом квантования. Промежу- точные значения сглаженного опорного сигнала Xi шагом дискретизации Т вычисляют в вьпшслительном устройстве, например, с использованием алгоритма линейной (параболической) ий-

терполяции.

Предельные возможности по точ- ности данного устройства определяются динамическрти характеристиками

66А

скоростного измерительного преоб- разоватрля 9 и характерпстикя -1И оптического сглаживающего преобразо- вйтеля 5.

Использование в-качестве оптического сглаживающего преобразователя управляемого светофильтра переменного пропускания позволяет за счет управления по цепи обратной связи на основе информации с выхода фотоприемника 6 получить адаптивный опорный сигнал,более близкий по форуме к огибающей основного сигнала У, и . обеспечить тем самым мальпЧ диапазон изменен1{я разностного сигнала Z, предельную точность измерения разностного сигнала or д ипьних участков трассы зоидирован.чя неоднородной атмосферы, Ф о р м у. л а изобретения

1,. Устройство для определения оптическ1ос характеристик атмосферы, содержащее импульсный источник спета, оптическую приемную систему, omiiMGCKH связанную с двумя фотоприемниками, блок управления, выходы которого соединены с импульсгшгм источником света и фотоприемниками, блок разности, один вход которого соединен с первым, а другой - через усилитель с вторым фотопр11см шком, а пькод - с измерителытым преобра- зоват елем, подключенным через вычислительное устройство к регистрирующему прибору, отличаю ще е с я тем, что, с целью повышения точности, оно снабжено оптическим . сглажива1с цим преобразователем и до- полнительным измерительным преоб- разователем, при этом оптическая приемная система оптически связана с вторым фотоприемником через оптический сглаживающий преобразователь, измерительные преобразователи одним из входов подключены к блоку управения, а дополнительньй измерительный преобразователь соединен входом с усилителем второго фотоприемника, а выходом - с вычислительным уст- . ойством.

2. Устройство по П.1, о т л и а .то щ е е с я тем, что опт гческий сглаживающий преобразователь выполнен в виде управляемого светофильта переменного пропускания на основе лектрохромной ячейки, электроды оторой подсоединены к вы :одам усиителя мощности, при этом вход уси.Ь .UA3566 6

яятепя мощности оптического сглажи-тельный измерительный преобраэова-

вагацего преобразователя подклктчентель вьтолнен с,циклом преобраэовак выходу усилителя второго фотопри-ния, в целое число раз большим гдикла

емиика.с преобразования основного измеритель3с Устройство по П.1, о т л и -ного преобразователя, но с равньм

ч а ю щ р. е с я тем, что дополни-шйгом квантования по уровню.

Изобретение относится к атмосферной оптике и дистанционному анализу состояния атмосферы оптическими методами Целью изобретения является повьппение точности измерений оптического сигнала. Для достижения этой цели устройство, содержащее источник 2 света, блок t уп- равления, оптическую приемную систему 3, фотоприемники 4,6, блок 7 разности, соединенный с выходами фотоприемников 4, 6 измерительный преобразова тель 9, вычислительное устройство 11 и регистрирующий прибор 12, снабжено дополнительным измерительным преобразователем 10, соединенным через усилитель 8 с фотоприемником 6 и оптическим сглаживакщнм преобразователем, размещенным на оптической оси перед фотоприемником 6, оптически связанным с оптической приемной системой 3. Оптический сглаживающий преобразователь выполнен в виде управляемого светофильтра переменного пропускания на основе Электрохромной ячейки. Устройство может-использоваться для опеределе- ния прозрачности, коэффициента o6pat- ного рассеяния, оптических характеристик и профилей распределения параметров неоднородной атмосферы, а также метеорологических параметров и может найти применение при анализе состояния атмосферы, контроле загрязнений, прогнозе рабо-гы оптических систем. 2 з.п. ф-лы, 1 нл. W С § CJi а