Устройство для определения прозрачности оптических трасс Советский патент 1979 года по МПК G01W1/00 

Изобретение относится к оптическому приборостроению, а именно - к устройствам для регистрации прозрачности (оптической плотности) атмосферных образований в приземном слое по базисному методу и предназначено для исследования в практике Гидрометслужбы, а также для исследований спектральных характеристик прозрачности различных аэродисперсных систем в натурных условиях в области спектра от 0,5 до 12 мкм. В этих устройствах измеряемая прозрачность атмосферы определяется как результат сравнения двух потоков излучения - рабочего, прошедшего через исследуемую трассу и ослабленного средой, и контрольного, распространяюш.егося в самом приборе и неослабленного атмосферой.

Известно измерительное устройство, применяемое для определения прозрачности атмосферы базисным методом 1.

В этом устройстве принципиальная оптическая схема установки содержит источник излучения, модулятор, диафрагму, плоские зеркала, направляюшие свет в рабочий и

контрольный каналы; рабочий канал, состоящий из выходного сферического зеркала, наклоненного к оси пучка, идущего от источника сферического отражателя, имеющего радиус кривизны, равный расстоянию от отражателя до выходного зеркала, т. е. длине измерительной базы, приемного зеркала, расположенного симметрично выходному зеркалу относительно оптической оси отражателя и вблизи его центра кривизны; контрольный канал, состоящий из сферических зеркал, расположенных noZ-схеме, п,тоского зеркала и спектрометра.

Требование достаточной энергообеспеченности в данной конструкции влечет за собой применение больших по диаметру зеркал (порядка 650 мм) и при этом не обеспечивает перехвата всего светового потока отражательным зеркалом, не позволяет иметь повышенную светосилу, имеет значительные аберрации в плоскости приемника энергии от обоих каналов.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство для измерения прозрачности атмосферы 2. Оптическая схема данного прибора состоит из источника света, плоских ломающих зеркал, направляющих свет в рабочий и контрольный каналы, конденсоров, блока светофильтров, модулятора, диафрагм, выходного объектива, наклоненного к оси пучка, идущего от источника, причем оптическая ось выходного зеркала объектива наклонена к оси выходного пучка отражателя, выполненногов виде сферического зеркала с радиусом кривизны, равным длине измерительной базы, приемного зеркала, расположенного симметрично выходному объективу относительно оптической оси отражателя вблизи его центра кривизны, а оптическая ось приемного зеркала совпадает с осью светового пучка, объектива и плоских зеркал контрольного канала и приемника излучения. Данное устройство имеет существенный недостаток: расположение источника вне оптической оси выходного объектива с оптической осью выходного зеркала, не совпадающей с осью выходного пучка, вносит значительную расходимость и тем больщую, чем больще светосила выходного объектива. Это не позволяет осуществлять перехват всей энергии на трассах больщой протяженности (до 600 м) и иметь светосильный прибор, а это снижает точность измерений, ограничивает предел измеряе-мых значений прозрачности. Расположение приемника на оптической оси пучка приемного зеркала экранирует часть лучистой мощности, тем самым снижает энергообеспеченность и вносит дополнительные погрещности в измерения. Целью изобретения является повышение точности и расщирение диапазона измерений. Это достигается тем, ЧТОБ предлагаемом устройстве, содержащем источник излучения, рабочий и контрольный каналы, состоящие из плоских зеркал, конденсоров, модулятора, узла выходного коллимирующего объектива, отражателя, выполненного в виде сферического зеркала с радиусом кривизны, равным длине измерительной базы, приемного зеркала, расположенного симметрично выходному объективу относительно оптической оси отражателя вблизи его центра кривизны, а также приемного устройства (диафрагма), источник излучения расположен на оптической оси выходного коллимирующего объектива, приемное зеркало наклонено к оси пучка на угол, тангенс которого больше или равен отношению полущирины пучка к двойному фокусному расстоянию приемного зеркала, а оптическая ось выходного зеркала совмещена с осью выходного пучка излучения. На чертеже представлена оптическая схема предложенного устройства, содержащего источник 1; оптическую систему рабочего, измерительного канала, включающую в себя плоское ломающее зеркало 2, конденсор (зеркала 3, 4), диафрагму 5, узел выходного коллимирующего объектива (компенсатор б, зеркала 7, 8), отражательное устройство 9, приемное зеркало 10; блок светофильтров 11; приемник 12; оптическую систему контрольного канала, включающую в себя плоское ломающее зеркало 13, конденсор (зеркала 14, 15), диафрагму 16, объектив (зеркала 17, 18), плоское ломающее зеркало 19, сканирующее зеркало 20; модулятор 21. Работает устройство следующим образом. Свет от источника 1 с помощью плоского ломающего зеркала 2 направляется в рабочий канал установки. Двухзеркальный конденсор 3, 4 фокусирует источник в плоскость диафрагмы 5, совмещенной с фокусом выходного светосильного объектива (6-8). Слаборасходящийся световой поток, выщедщий из выходного объектива и прощедщий измерительную трассу, полностью перехватывается сферическим отражателем 9 и после незначительного разворота возвращается им на трассу. Весь световой поток, вторично прошедший измерительный участок, полностью принимается развернуты.м зеркалом 10 и, пройдя блок светофильтров 11, фокусируется им на приемник 12. В контрольном канале свет от того же источника I плоским ломающим зеркалом 13 направляется в контрольный канал. Двухзеркальный конденсор 14, 15 собирает световой поток в плоскость модулируемой диафрагмы 16 и двухзеркальным объективом 17, 18 с помощью плоского зеркала 19 и сканирующего зеркала 20, пройдя блок светофильтров 11, фокусируется на приемник 12, после чего происходят регистрация и сравнение сигналов. Предлагаемое устройство, выполненное в виде зеркальной оптики с применением в выходном объективе компенсатора из материала, прозрачного в видимой и ИК области спектра, обеспечивает работу прибора в щироком спектральном диапазоне (0.5 -12 мкм). Расположение источника на оптической оси выходного объектива, совмещение оптической оси выходного зеркала с осью выходного пучка создают малую расходимость светового пучка на трассе, что позволяет обеспечить перехват всего потока, идущего с трассы при увеличенной базе измерений (до 600 м). Вывод приемника ИЗ светового потока и повыщенная светосила системы (относительное отверстие выходного объектива порядка 1: 1,5) ув&тичивают энергообеспеченность прибора. Все это ведет к увеличению верхнего предела измерений прозрачности, расширению диапазона из.меряемых оптических плотностей, к повышению точности измерений.

Формула изобретения

Устройство для определения прозрачности оптических трасс, содержащее источник излучения, рабочий и контрольный каналы из плоских зеркал, конденсоров, модулятора, узла выходного коллимирующего объектива, отражателя, выполненного в виде сферического зеркала с радиусом кривизны, равным длине измерительной базы, приемного зеркала, расположенного симметрично выходному объективу относительно оптической оси отражателя вблизи его центра кривизны, и приемного устройства, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и расширения диапазона измерений, в нем источник

излучения расположен на оптической оси выходного коллимируюшего объектива, ось выходного зеркала которого совмещена с осью выходного пучка излучения, а приемное зеркало наклонено к оси пучка на угол, тангенс которого больше или равен отношению полуширины пучка к двойному фокусному расстоянию приемного зеркала.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Журнал прикладной спектроскопии. Том XXII, вып. 4, 1975, с. 766-771.

2.Журнал прикладной спектроскопии. Том. XXIII, вып. 5, 1975, с. 935-939.