Фотометр для сканирования небосвода Советский патент 1991 года по МПК G01N21/47 G01J1/04 

Изобретение относится к геофизике и может быть использовано для оптического сканирования небосвода с целью скоростного измерения яркости различных пунктов всего небосвода, что, в частности, позволяет фиксировать наличие облаков, вспышек молний, следов падающих метеоритов и т.д.

На фиг.1 представлена одна из линеек световодов; на фиг.2 изображена другая линейка световодов (имеющая чной угол между нормалью к входным торцам и плоскостью горизонта); на фиг.З представлено входное приемное устройство целиком.

Фотометр содержит основание 1, линейку световодов 2, входные торцы 3 световодов с установленными перед ними деполяризаторами 4, выходные торцы 5 световодов, установленные на основании 1,

блок световодов 6, линзу 7 и приемник излучения 8.

На фиг.З узлы входного оптического устройства для наглядности разделены. Верх- ний узел состоит из групп жестких, наклоненных под углом к горизонту своими концами световодов, Наклон этот меняется от одной группы к другой в диапазоне углов к горизонту от 0 до 90°. На фиг.1 показана одна из таких групп, концы которых расположены горизонтально (0° к горизонту); на фиг.2 - другая группа - концами под углом 45° к горизонту; на фиг.З изображено несколько групп, в каждой из которых концы имеют свой одинаковый наклон. Чтобы не загромождать фигуру 3, на ней показаны не все световоды данной группы, а лишь один, Положение других световодов символически изображео кружками, идущими вдоль диаметров круга основания. Верхний узел

С/1

ю

XJ

Ч)

ел

состоит из плоского основания 1 цилиндрической формы, которое пронизано проходящими сквозь него и жестко закрепленными с ним линейками световодов 2. Вблизи входных торцов 3 каждого световода установлены деполяризаторы 4. Деполяризатор необходим потому, что свет, например, дневного безоблачного неба, поляризован. Из-за поляризации света в самом световоде это может привести к существенным и трудно учитываемым погрешностям. При помощи деполяризатора эти погрешности -исключаются. Длина и диаметр трубки определяют угол раствора прибора, Выходные торцы 5 световодов расположены в нижней плоскости основания. Аналогичны по структуре и все другие линейки световодов, изображенные на фиг.1,2 и 3. Отличаются они лишь длиной и наклоном. Выходные торцы линеек расположены центрами вдолб прямых линий - диаметров кругов оснований (фиг.З). Угловое расстояние между соседними диаметрами, соответствующими этим линейкам, равно 360°/п, где п - число линеек. Наклон к горизонту от одной группы к другой меняется равномерно с угловым шагом 180°/(п-1), что ясно из фиг.З, Блок световодов 6 состоит из монолитного цилиндра (фиг.З) с жестко монтированными в него световодами. Входные и выходные торцы этих световодов лежат в плоскости оснований цилиндра; оси световодов лежат в одной плоскости по диаметру цилиндра. Под блоком световодов б расположена собирающая линза 7 и ее фокусе - приемник излучения 8 (фиг.1). Диаметры торцов всех световодов верхнего и нижнего узлов одинаковы. Вращение узлов вокруг вертикальной оси осуществляется зубчатыми колесами, приводом или иными известными способами.

Для пояснения работы устройства выберем систему координат сферической. Азимут А будем отсчитывать от вертикальной плоскости горизонта. Наклон световодов различных групп характеризуется, таким образом, различными высотами Н. Азимут измеряемых пунктов А определяется поворотом блока световодов 6 вертикально ориентированных световодов.

При неподвижном положении блока 6 в плоскости чертежа и вращении верхней части устройства с линейками наклонных световодов свет от небосвода последовательно поступает от пунктов небосвода с разной высоты, т.е. свет последовательно на каждую группу световодов поступит от пунктов небосвода с высотой О, Hi, H2, Нз,. ., 90° - число этих пунктов равно числу линеек световодов. При этом азимут этих пунктов равен либо нулю, либо 180°, так как блок вертикальных световодов, как предполагалось, неподвижен. Таким образов, в данном случае свет поступит от пунктов небосвода, лежащих на разной высоте над горизонтом, но при двух азимутах - 0° и 180°. Рассмотрим ход лучей при данном Н и А. Если выходные торцы данной группы наклонных световодов установлены так, что их центры находят0 ся на одной вертикальной оси с центрами соответствующих входных торцов блока 6 (попарно), то свет от небосвода попадает через деполяризатор 4 и далее по световоду через линзу 7 на приемник 8. Пример хода

5 луча схематически показан на фиг.2. Очевидно, что таким же образом функционируют и остальные световоды, и свет в данной группе воспринимается ими всеми в одинаковых координатах Н и А. В итоге общий

0 поток от всех световодов группы будет соответственно большим, чем от одного. При вращении можно, таким образом, по поступающему на приемник сигналу получить данные от интенсивности небосвода при

5 разных высотах от 0 до 90° и при азимутах А 0°и 180°.

Для того, чтобы измерить для тех же высот интенсивность при других азимутах, необходимо повернуть блок вертикальных

0 световодов на соответствующий угол. Процесс аналогичен предыдущему. В итоге могут быть получены данные об интенсивности различных пунктов небосвода с разными азимутами и высотами.

5Очевидно также, что оценку интенсивности следует производить по максимуму отсчетов сигнала, который наступает, когда выполняется указанное выше условие попарного расположения вдоль общей оси

0 центров торцов соответствующих световодов,

Для того, чтобы на прибор не попадало прямое солнечное излучение, перед ним может быть установлен экран-затенитель, как

5 это делается в известных антинометриче- ских приборах. Скорость вращения узлов ограничена лишь инерционностью регистрирующих приборов, записывающих устройств и при их малой инерционности

0 может быть весьма высокой. Появление на небосводе быстроисчезающих объектов повышенной яркости (молнии, след от метеоритов) может быть зафиксировано с большой оперативностью.

5 Преимущества предлагаемого устройства следующие: возможность скоростного сканирования множества пунктов небосвода; высокая чувствительность, ибо потоки поступают на множество световодов данной секции; высокое угловое разрешение

(малые углы раствора), так как диаметры отдельных световодов могут быть выбраны весьма малой величины; надежность работы устройства - монолитные вращающиеся блоки световодов в механическом отноше- нии обладают высокой прочностью и поэтому позволяют успешно осуществлять скростное вращение узлов; снижение погрешностей, связанных с поляризацией света неба.

Формула изобретения Фотометр для сканирования небосвода, содержащий входное оптическое устройство, снабженное механизмом вращения и установленное на основании, оптически связанное с приемником излучения, соединенным с регистрирующим устройством, отличающийся тем, что, с целью повышения скорости сканирования, входное оптическое устройство выполнено

в виде п линеек световодов, причем в каждой линейке световоды жестко установлены так, что нормали к их входным торцам параллельны и лежат в одной плоскости, перпендикулярной плоскости основания, углы между направлением нормалей к выходным торцам световодов и плоскостью основания различны для каждой линейки световодов, выходные торцы световодов жестко установлены на основании вдоль п прямых линий так, что каждой прямой соответствуют выходные торцы только одной линейки световодов, входное оптическое устройство дополнительно содержит блок световодов, оптические оси которых параллельны, при этом блок световодов установлен с возможностью попеременной оптической связи выходных торцов каждой линейки световодов с приемником излучения, а перед входными торцами всех световодов установлены деполяризаторы.

Изобретение относится к области геофизики и позволяет оперативно фиксировать наличие облаков, вспышек молний, следов падающих метеоритов. Цель изобретения - повышение скорости сканирования. Фотометр содержит несколько линеек световодов, причем в каждой линейке угол между направлением нормалей к входным торцам световодов (все нормали в данной линейке параллельны между собой) и линией горизонта один и то же, но высота линии сканирования на небосводе для каждого световода линейки различна. За счет этого обеспечивается измерение как азимута, так и высоты визируемого объекта. Быстрое сканирование обеспечивается за счет вращения входного оптического устройства и попеременной оптической связи каждой линейки световодов с фотоприемником. 3 ил. $ (Л

Фив.1

Фиг.1

Фиг.З