УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СТРУКТУРНОЙ Советский патент 1973 года по МПК G01N21/45 G01W1/00 

1

Изобретение относится к области атмооферной 01пти1ки и может быть использовано для ивмерения ОПТИ1чеоких характеристик атмосферы .

Известные уст|ройства для измерения стрУКтурной хараКтеристики показателя лреломления атмосферы, содержащие источйик -и приемник излучения, диафрагму, олтичеокую систему и блок регистрации оветавых HOTOIKOB, пропущенных через атмосферу, не оббопечН1в,ают возможности измерения искомого параметра в условиях турбулентной оптически неоднородной атмосферы.

Для измерения параметра ъ оптически .неоднородной атмосфере в предлагаемом устройстве диафрагма размещена в фокальной плоскости оптической системы на его главной оптической оси и выполнена в Виде щели, щирина которой в 2-3 раза меньще диаметра кружка Эйри оптической системы, а длина - по меньщей Meipe в 3 раза больще максимально возможного эффективного диаметра средней дифракционной картины IB фокальной плоскости оптической фокусирующей системы.

На фиг. .1 показано описываемое устройство в состоянии, позволяющем проводить измерение средней освещенности в фокусе оптической фокусирующей системы; на фиг. 2 - то же, в состоянии, позволяющем проводить измерение полного потока лазерного излучения.

Излучение от источника света, например газового лазера /, расширяется и коллимируется телескопической системой 2. После прохождения турбулентной трассы длиной L, на которой измеряется структурная характеристика С„ воздуха, лазерное излучение попадает на приемную фокусирующую линзу 3, абберап,ии которой сведены до минимума и кружок рассеяния близок к дифракционному. Лазерный пучок много щире диаметра Д приемной линзы.

8свою очередь диаметр линзы 5 выбирается из условия

D KU

где Я - длина волны лазерного излучения. В силу нарушения когерентности лазерного излучения в условиях распространения его в турбулентной атмосфере дифракционная картина в фокальной плоскости линзы сильно

размывается по сравпенню с невозмущенной.

В фокальной плоскости линзы вертикально размещена щель 4. Ширина ее d менъще дифра1кционного размера невозмущенной турбулентностью картины, длина - намного больще

эффективной щирины размытой турбулентностью дифракционной картины..

При положении системы плоских зеркал 5-8 на фотоэлектронный умножитель (ФЭУ)

9попадает световой поток, пропущенный щелью 4. Сигнал ФЭУ осредняется с помощью

/ С-цсг1и 10, 11, постоянная времетги кото.рой равна 20 сек, и регистрируется на ленте само.п-исца 12. По истечении одной минуты с начала регистрации светового потока через щель зеркала 5 и 5 переводят, например, при помощи кулачкового механизма из положения, изображенного иа фит. 1, в положение, изображенное на фит. 2. Одновременно в / С-цепи 10, 11 iпepeключaeтcя электрическая емкость 10 на меньшую, та-к что постоянная времени / С-цепи в лоложепин п рибора, нзображепиол на фиг. 2, равна 3 сек. В этом положепии прибора поток лазерного излучения, про-пущслный линзой 3 и больше никакими элементами оптической схемы неднафрагмируемый, направляется системой зеркал 5-8 иа ФЭУ 9, сигнал которого пос-ле осреднения также регистрируется на самописце 12.

При установке система юстируется таким образом, что оптическая ось лазерного пучка, сформированного телескопичеокой системой 2, оптическая oct) линзы 3 и середина щели 4 совпадают. Правильную установку щели контролируют микроамн рметром 13 по ма:ксимуMiy тока ФЭУ 9. Вертикальное расположение шели 4 иозволяет работать независимо от изменений вертикальной рефлекции света при изменении стратификации воздуха.

ФЭУ 9 работает в линейной части светавой характеристики. Нейтральный светофильтр 14 ослабляет полный поток для того, чтобы лолный лоток измерять в том же режиме ФЭУ 9, что и поток через щель 4. Интерференционный светофильтр 15 и корпус 16 приемника защищают ФЭУ 9 от фоновой засветки. Самописец 12 включается в режиме логарифмирования 1ВХОДЕОГО сигнала. Разность отсчетов на ленте самописца 12 при переключении прибора от полного потока к потоку через щель 4 пропорциональна логарифму отпошения средних по времени значений освещенности в центре дифракционной картины п полного потока через линзу 5.

Использование измеряемых потоков и заданный режим работы прибора позволяют избавиться от влияния нестабильности излучения .источника света и изменения прозрачности атмосферы. Как показывает основанный

па теории распрострапения света в турбулентной атмосфере расчет, отношение А среднего светового потока через щель к полному потоiKy через линзу, выраженное в децибеллах, равно

I

2Dd

201g(

exp -2,92С„ 5/3j

oJr

. 0

X arccos x xyl - x xdx,

jr 2л .-,

где К - , F

фокусное расстояние линзы 3,

Т - прозрачность светофильтра М. 15 Интеграл, стоящий в нра1вой части, вычисляется па электронной вычислительной машипе, как функция аргумента CnL при фиксированных для установки параметрах К и Д. По результатам расчета строят номограмму для

определения значения Од , на которой по (

ной оси отложено значение

.РТ/, aino другой C,ji. Номограмма таким образом

2

универсальна для расчета С л для любы-х длин трасс при фиксированных для прибора параметрах D, d, К, F, Т.

Предмет изобретения

Устройство для измерения структурной характеристики показателя преломления атмосферы, содержащее источник и приемник излучения, размещенные на концах измерительной

базы, диафрагму, оптическую фокусирующую систему и блок регистрации среднего по времени светового потока, отличающееся тем, что, с целью измерения искомого параметра в оптически неоднородной атмосфере, диафрагма

размещена в фокальной плоскости оптической системы иа его главной оптической оси и вы.полиена в виде щели, ширина которой в 2-3 раза меньше диаметра кружка Эйри оптической системы, а длина - по меньшей мере в

3 раза больше максимально воз.можного эффективного диаметра средней дифракционной картины в фокальной плоскости оптической фокусирующей системы.

s

.

/2

/$ ff /J

ш

fB

//

. f

//г. 2