Измеритель индикатрис рассеяния Советский патент 1989 года по МПК G01N21/47 

1

Изобретение относится к измерительной технике и может быть исполь- вано в оптических устройствах для измерений характеристик светорассеяния атмосферных аэрозолей.

Цель изобретения - повышение быстродействия и точности измерений индикатрис рассеяния (ИР) пространственно-неоднородных аэрозольных образований.

На фиг. 1 изображен измеритель ИР, общий вид; на фиг. 2 - устройство облучения.

Измеритель содержит импульсный излучатель 1, устройство 2 облучения, систему N зеркал 3, установленных в одной плоскости, первый 4 и второйt 5 приемники излучения соответственно с

оптическими системами 6 и 7, блок 8 обработки сигналов и регистратор 9. При этом оптическая ось системы 6 расположена в плоскости рассеяния, пересекающейся с рабочими поверхностями зеркал 3, а оптическая ось системы 7 перпендикулярна плоскости рассеяния и пересекается с оптической осью системы 6 в точке 0.

Устройство 2 облучения содержит N светоделительны элементов 10 и N отражателей 11, а также (N-1) линий 12 задержек, установленных между светоделительными элементами 10.

Каждая из линий 12 задержки содержит систему К отражателей 13 (фиг.2), установленных по ходе луча излучения между двумя светоделительными

Ј

М

4

СЛ Ю

СЛ

тами. Расстояние между излучателями 1 выбирается с таким расчетом, чтобы длина пут излучения при отражении от зеркал между двумя светоделитель- ными элементами создавала задержку во времени t

Ч я

(к - D1 f

с ,

длительность импульса источника излучения; с - скоропь света. Измерителе Яр работает следующим образом.

Импулт с ишуч Ч ия мощности Р от излучателя 1 направляется в устройство 2 облучемш, vvi noct;f дователь- но проходит черв ., сьс-юделительные элементы Ю и OIDI Т2тс« от них. При этом установленные между ними линии 12 задержки создают время задержки между отраженными импульсами. Время задержки выбирается t3 большим, чем продолжительность импульса.

Импульсы Р - Рщ при помощи отражателей 11 направляются на зеркала 3 и, отражаясь от них, облучают .исследуемую среду. Линии распределения импульсов находятся в одной плоскости рассеяния и пересекаются в точке 0 с линией визирования оптической системы 6 приемника 4 под углами 9П, где n :N. Для каждого импульса Р часть рассеянного в оптически выделенном участке исследуемо- rq, объема с центром в точке 0 излучения воспринимается приемником 4, а другая часть - приемником 5. Соответствующие им электрические сигналы подаются на входы блока 8 обработки сигналов.

В блоке 8 формируется электрический сигнал U(9, t) , пропорциональный отношению сигналов для каждого п-го направления угла рассеяния 0 : T(t) й ,fl wul, ч

2 (еп)(П7)

г

где n - индекс, означающий принадлежность n-му углу рассеяния ; , А - калибровочный коэффициент, зависящий от чувствительности приемников и парамет- рбв оптических систем 6 и 7 (значение этого параметра может быть определено путем предварительной калибровки

U А

(D

0

0

фотометрических каналов по стандартной методике; Т,(t)H

T2(t) - соответственно пропускание атмосферы на трассах от точки 0 до первого приемника 4 и от точки 0 до второго приемника 5; (9) - индикатриса рассеяния;

Ь.1, ,&17 - длина участков вдоль луча, с которых принимается излучение приемниками 4 и 5 соответственно.

За время t( + (N-1)t. на регистратор направляются N значений сигнала U(8, t), соответствующих угловой зависимости индикатрисы рассеяния Ј(9). Для серийных лазеров, пригодных для использования в качестве импульсного излучателя, длительность импульса составляет 10-12 не. Приближение замороженности турбулент- .ности, предполагающее отсутствие из- 5 менений во времени состояния атмосферы, применимо для интервалов th«i 1 мс. |Так как t tr, можно принять, что ,в течение t отношение JT, (t)/T2(t)3 const и, следовательно, выражение (1) определяет однозначно угловую зависимость ИР.

С целью упрощения и уменьшения конструкции осветителя в областях спектра, где существует световолокно с малым затуханием, можно выполнять линии задержки на световолокне. Вместо поэтапного разбиения луча осуществляется разделение излучения лазеров на n параллельных каналов. При этом длина каждого отрезка световолокна должна быть больше произведения длительности импульса излучателя на скорость света в материале световолокна.

5

0

Формула изобретения

1. Измеритель индикатора рассеяния, содержащий последовательно установленные и оптически связанные между собой импульсный излучатель, устройство облучения, систему N зеркал, установленных в одной плоскости с возможностью облучения исследуемого объема, а также два приемника излучения с оптическими системами, ориентированные в пространстве так:ш образом, что оптическая ось оптической системы первого приемника расположена в плоскости облучения, а оп51

тическая ось оптической системы второго приемника перпендикулярна плоскости облучения и пересекает оптичее кую ось оптической системы первого приемника в исследуемом объеме6 выходы обоих приемников излучения подключены к входам блока обработки сиг налов, выход которого подключен к ре- гистратору, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия и точности измерений устройство облучения выполнено в виде системы из N последовательно установленных светоделительных элементов оптически связанных с импульсным излучателем и между собой, и N отража4745256

телей,-каждый из которых оптически связывает один из светоделительных элементов с одним из зеркал, а также1 N оптических линий задержки, установ- ленных между светоделителями по ходу излучения, причем время задержки к каждой из линий превышает длительность импульса импульсного излучателя.

10

15

2. Измеритель поп.1, отлича- ю, щ и и с я тем, что линии задержки выполнены в виде световолокон, длин каждого из которых больше произведения длительности импульса импульсного излучателя на скорость света в материале световолокна.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в оптических устройствах для измерений характеристик светорассеяния атмосферных аэрозолей. Цель изобретения - повышение быстродействия и точности измерений. В исследуемый объем оптический сигнал с различных направлений поступает с задержкой. Задержка каждого из сигналов выбирается такой, чтобы импульсы, поступающие на входы приемных устройств с различных направлений, не перекрывались по времени. Один из приемников служит для калибровки, другой - для измерения индикатрис рассеяния. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

fc

Фие.1