УСТРОЙСТВО для ИЗМЕРЕНИЯ ФЛУКТУАЦИИ УГЛА ПРИХОДА ИЗЛУЧЕНИЯ ТОЧЕЧНОГО ИСТОЧНИКА Советский патент 1972 года по МПК G01J1/34 G01J1/44 

Изобретение относится к технике приема и обработки электромагнитного излучения в оптическом диапазоне длин волн и может быть применено в устройствах, предназначенных для исследования турбулентных свойств приземного слоя атмосферы.

Известные устройства для измерения флуктуации угла прихода излучения точечного иссточника не обеспечивают однозначного соответствия между измеряемым углом и регистрируемым сигналом, поскольку величина последнего зависит от мгновенного значения интенсивности светового потока источника.

Предложенное устройство наряду с оптической разделительной призмой и двумя фотоприемниками содержит приводимый во вращение двигателем стабильной скорости периферийный растровый модулятор с радиальными штрихами, которые расположены, как и разделительное ребро призмы, в фокальной плоскости объектива.

В электронную схему обработки сигнала введена суммо-разностная схема и усилителиограничители суммарного (опорного) и разностного наиряжений, уровень ограничения напряжения сигнала в которых ниже возможного уровня флуктуации эгих напряжений, вызванных флуктуациями интенсивности лучистого потока от источника. Суммарное и разностное напряжения сигнала поступают в фазовый детектор, напряжение на выходе которого пропорционально углу прихода излучения с налол-сенными на него высокочастотными пульсациями, определяемыми высшими гармониками модуляции, которые фильтруются в фильтре низких частот. Сглаженное напряжение поступает в частотный анализатор, выделяющий заданные частотные компоненты флуктуации угла прихода, которые затем регистрируются соответствующей аппаратурой (самописцем, фотоприставкой к осциллограФУ).

На фиг. 1 представлена функциональная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2-

анализатор изображения; на фиг. 3 показано произвольное относительно делительного ребра положение изображения точечного источника на гранях разделительной призмы; на фпг. 4 представлена зависнмость фазового сдвига

между суммарным п разностным напряжениями от величины смещения кружка рассеяния в горизонтальной плоскости; на фиг. 5 - зависимость амплитуды папряжения /4i на выходе фазового детектора горизонтального канала от

величины смещения кружка рассеяния в горизонтальной плоскости; на фпг. 6-зависнмость амплитуды Л2 разностного напряжения, снимаемого с суммо-разностной схемы, от величины смещения кружка рассеяния в горизоптальФункциональная схема устройства (фиг. 1) включает в себя объектив /, анализатор изображения, состоящий из растрового модулятора 2, с приводным двигателем 3 и разделительной призмы 4, два фотоприемника 5, сумморазностную схему 6, два усилителя-ограничителя 7, фазовый детектор 8, фильтр 9 нижних частот, частотный анализатор 10, регистрирующую аппаратуру //.

Устройство работает следующим образом.

Объектив 1 принимает световой поток от точечного источника излучения и фокусирует его в виде кружка рассеяния на растровом модуляторе 2 и делительном ребре разделительной призмы 4. Рисупок штрихов растрового модулятора и делительное ребро располагаются в фокальной плоскости объектива. Растровый модулятор вращается с постоянной скоростью, обеспечиваемой двигателем 3. Фотоприемники 5 преобразуют попадающие на них с соответствующих граней разделительной призмы, промодулированные растром световые потоки в электрические сигналы переменного тока 1ф1 1Ф2. Эти сигналы поступают в трансформаторную суммо-разностную схему 6, в которой формируются два сигнала: первый--пропорциональный сумме токов, -снимаемых с фотоприемников, второй - -пропорциональный их разности.

Амплитуда суммарного сигнала не зависит от положения кружка рассеяния в плоскости анализа, а зависит от интенсивности светового потока, попадающего во входное окно объектива. Амплитуда разностного сигнала лишь незначительно изменяется (при постоянном входном потоке) от положения кружка рассеяния в плоскости анализа (см. фиг. 7) и зависит так же, как и амплитуда суммарного сигнала, от интенсивности входного потока. Фазовый сдвиг между суммарным и разностным сигналами пропорционален смещению кружка рассеяния в плоскости анализа (см. фиг. 5) и не зависит от флуктуации интенсивности потока. Эти обстоятельства позволяют избавиться от флуктуации суммарного и разностного напряжений, вызванных флуктуациями светового потока, попадающего во входной зрачок объектива, путем введения в суммарный и разностный каналы усилителей-ограничителей 7 с таким порогом ограничения, чтобы эти флуктуации пе сказывались на выходном напряжении усилителей-ограничителей. Поскольку фазовый сдвиг между суммарным и разностным сигналами пропорционален смещению изображения точечного источника от оптической оси, то напряжение, получаемое на выходе фазового детектора 8, пропорционально этому смещению, а поскольку смещение изображения вызывается флуктуациями угла прихода излучения, то это напряжение в определенном масштабе

пропорционально углу прихода светового потока.

Для нормальной работы устройства необходимо, чтобы ось вращения растрового модулятора была расположена в плоскости, образованной центральной оптической осью и делительным ребром призмы (модуляция кужка рассеяния справа налево или слева направо- см. фиг. 2 направление УХ). При этом штрихи растрового модулятора при пересечении делительного ребра будут примерно совпадать с

ним по направлению (небольшая иепараллельность из-за радиального направления штрихов

не имеет практического значения).

При размещении оси вращения в плоскости,

параллельной описанной, причем так, что модуляция кружка рассеяния осуществляется сверху вниз либо снизу вверх, фазовый сдвиг между суммарным и разностным напряжениями равен нулю при любых положениях кружка рассеяния в плоскости анализа, и нормальная работа устройства невозможна.

Фильтр 9 сглаживает высокочастотные пульсации, кратные частоте модуляции кружка рассеяния растровым модулятором. Затем сигнал, пропорциональный углу прихода, поступает в частотный анализатор 10, который выделяет задапные частотные компоненты флуктуации угла прихода и фиксирует их с помощью регистрирующей аппаратуры 11.

Предмет изобретения

Устройство для измерения флуктуации угла прихода излучения точечного источника, содержащее объектив, разделительную призму,диск

с прорезями, два фотоприемника, электронную схему обработки сигнала, регистрирующую аппаратуру, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения угла прихода, два фотоприемника подключены в суммо-разностиой схеме, выходы которой подключены к фазовому детектору.

41 «

,.xL.j

oJ

V, I

11

4 I

Риг ;

Делительное ppSpo

Де/}ите/ ьное /peOflo

Фань 2

Грань /

рассеяния

Л

f

Дг

О парны Ц ; HSHo/i

-О

Лх

.Or

fuz.e