Система для измерения поглощения лазерного излучения атмосферой Советский патент 1993 года по МПК G01J3/02 G01N21/00 

Изобретение относится к области исследования и анализа атмосферы .с помощью оптических методов и может быть использовано для определения газового состава атмосферы базисным методомо

И;звестна система рля определения вещества по спектральному анализу, при котором через последующую среду пропускают два пучка перпендикулярно поляризованного света, один из пучков имеет узкую полосу частот и лежит в полосе поглощения, а другой - в полосе, где среда не поглощаето Поглощение определяют, сравнивая интенсивность прошедших через вещество компонентово Система включает источник излучения перпендикулярно поляризованного света и приемники этого излучения, установленные таким образом, чтобы излучение от передатчика к приемнику . проходило через исследуемую среду.

Известна система для обнаружения компонентов воздуха, которая содержит источник излучения и детектор, принимаЮ1иий прошедшее через воздух излучение Интенсивность прошедшего через слой воздуха излучения зависит от количества поглощающего газа, что позволяет определить его концентрацию.

Описанные; выше системы позволяют, как правило, измерять поглощение посылаемого излучения исследуемыми средами в лабораторных условиях Причем, обычно база системы не превышает нескольких метров. Все это oi раничивает чувствительность указанных приборов и их использование в измерениях поглощения исследуемого спектрального излучения на длинных трасах в реальной атмосфере с Наиболее близкой по своей технической сущности является система для измерения поглощения лазерного излучения атмосферой, включающая прожектор, лазерный источник, на оптических осях которых установлены приемные антенны. При этом проходящие через слой атмосферы излучение регистрируют и сравнивают электрические сигналы, пропорциональные интенсивностям этих излучений с Из сравнения сигналов определяют поглощение лазерного излучения атмосферой j , .. , .: , , Недостатком описанной системы является возникновение ошибок измерений в поглощении лазерного излучения, величины которых будут зависеть от соотношения геометрических параметров приемных антенн и пере:датчиков, а также тЪй метеорологической ситуации на трассе, при кото рой проводятся измерения с Для устра нения этого недостатка необходимо в лазерном и прожекторном каналах сделать равными расходимости пучков излучения: поля зрения и диаметры приемных антенно Выполнение этих требований наталкивается на следующие трудности При работе в режиме полного перехвата угловые размеры луча лазера можно сделать такими, чтобы луч пол ностью перехватывался приемной антеннойоОднако, невозможно провести коллимирование прожекторного луча до угловых размеров луча лазера о А это ведет к возникновению ошибок- в определении количественного поглощения излучения лазера о При работе в режиме неполного. перехватаизлучения приемными антен нами можно выровнить угловые размер световых пучков путем расширения ла зерного луча до размеров прожекторного луча о Но это ведет к существенному снижению величины принимаем сигналов по лазерному каналу и к ув личению ошибок измерений. При этом изменение распределения интенсивнос ти излучения лазера по сечению пучк что часто имеет место на практике. будет дополнительным источником ошибок измерений. Целью изобретения является повышение точности измерения поглощения лазерного излучения атмосферой при различных метеорологических ситуаПоставленная цель достигается тем, что в известной системе для измерения поглощения лазерного излучения атмосферой лазер и прожектор установлены таким образом, что их оптические оси пересекаются, а в точке пересечения установлен зеркальный контротражатель, имеющий такие размеры отражающего поля, отраженное от него излучение полностью перехватывается приемными антеннами, причем поля зрения и диаметры приемных антенн равны между собой „ Располагают приемные антенны и передатчики так, чтобы оптические оси соответствующих приемных антенн являлись зеркальным отражением оптических осей передатчиков, полученных контротражателемо Принципиальным отличием предлагаемой системы от известной является то, что в ней установлен отражатель с -ограниченным полем отражения, даю1чйй возможность вырезать из прожекторного луча такую часть, которая полностью принимается антенной и расходимость которой равна расходимости лазерного луча,, , На фиГх,1 изображена система (вид. сверху),. на фиго2 - пересечение оптических осей приемных антенн и передатчиков с плоскостью, параллельНой плоскости контротражателя ч, - - - . Система состоит из контротражателя, включающего зеркало 1 с установленной перед ним кольцевой диафрагмой 2; лазерного и прожекторного передатчиков излучения 3 и t, приемных антенн 5 и 6 с установленными в них диафрагмами поля зрения 7 и 8,, Работает система следующим образомИзлучения лазерного 3 и прожекторного источников направляются на контротражатель 1, который с помощью ограниченного поля, создаваемого диафрагмой 2, вырезает из прожекторного пучка луч, условные размеры которого равны условным размерам лазерного луча, и посылает оба луча

5

в Соответствующие приемные антенны 5 и 6„ Лучи полностью перехватываются ими и .собираются на фотоприемник, по величине сигналов которых определяют поглощение лазерного излучения атмосферой .

При реализации предлагаемой сие-, темы возникает возможность устранить ошибки измерений поглощений лазерного излучения атмосферой, что достигается за счет создания одинаковых условий рассеяния излучений в обоих каналах .

Дополнительно по наводке отраженного излучения одного из каналов

в соответствующую приемную антенну можно автоматически завести излучение второго канала в свою приемную

с антенну, если элементы приемо-передающей системы и контротражателя расположить согласно фиг с 2,, Здесь оптические оси приемников и передатчиков t пересекаются в центре контротражателя, 10 Приемные антенны расположены относительно передатчиков таким образом, чтобы их оптические оси являлись отражением оптических осей лучей передатчиков/ полученных контротражате15 леМо

риг.2