Способ определения внутреннего масштаба турбулентности Советский патент 1983 года по МПК G01N21/47 G01W1/00 

Изобретение относится к области аткюсферной оптики и метеорологии и может быть использовано для дистанционного, определения внутреннего мас штаба ту4)булентности. Внутренним мас штабом турбулентности называют такой масштаб пространственного спектра турбулентных пульсаций из всей совокупности масштабов неоднородностей, который ограничивает сверху интервал диссипации. Интервал диссипации тот интервал пространственных масшта бов, где происходит весь расход энергии турбулейтных пульсаций, Внут ренний масштаб турбулентности являет ся важным параметром для задач атмосферной оптики, так как от него зависят все статические характеристики флуктуации интенсивности (или логари ма амплитуды) волны, распространяющейся в турбулентной атмосфере, Известенцелый ряд способов определения внутреннего масштаба тур булентности по измерениям статически характеристик флуктуации оптического излучения, прошедшего слой турбулент ной атмосферы. Один из известных способов определения внутреннего масштаба турбулентности заключается в измерении пр странственного спектра функции взаим ной когерентности 1 . Недостатками метода являются слож ность аппаратуры и низкая чувствительность. Наиболее близким техническим реше нием к данному изобретению является способ определения внутреннего масшт ба турбулентности, согласно которому ft атмосферу посылают два пучка оптического излучения, принимают его 1фотоприемникрм через точечную диафрагму, измеряют в каадом пучке излу |Чения дисперсию флуктуации интенсив«1ости и по отношению дисперсий определяют внутренний масштаб турбулентности С2. Недостатком,этого способа является использовешие трасс различной длины, что приводит Кснижению точностиза счет неоднородности турбулентности вдоль Трасс, распространения. Кроме того,использование двух Трасс требует оборудования трех аппаратурных пунктов. Целью изобретения является повышение точности и чувствительности определения внутреннего масштаба турбулентности. Поставленная цель достигается ; тем что один из посылаемых в атмосферу пучков широко коллимирован, а другой - расходящийся, а оба пучка посылгиот по трассам одинаковой длины В отличие от известного в данном способе посыпают два оптических пучка с различной геометрией, например широкий коллимированный пучок (лиаметр источника больше, чем БТТТГ, где Л- длина волны света, L - длина трассы) и расходяЕЦийся пучок (диаметр источника меньше, чем 0,), однако пучкк проходят равные расстояния в атмосфере до фотоприемников. При этом на длину измерительной трассы не накладываются какие-либо специальные условия, кроме малости дисперсий флуктуации интенсивности по сравнению с 1. На фиг. 1 изображена схема рвали зации данного способа; на фиг,2 - . графики, представляющие зависимость внутреннего масштаба турбулентности рОТ отношения дисперсий флуктуации интенсивности плоской и сферической, волн. Устройство, реализующее способ, содержит лазер 1, дающий расходящийся пучок (сферическую волну), и лазер с коллимирующей сиетемой 2, дающий широкий коллимированный пучок (плоскую волну). Оба пучка направляют в атмосферу по измерительной трассе 3 и принимают фотоприемниками 4,5, которые устанавливают за диафрагмами 6,7 и интер-i ференционными светофильтрами 8,9 настроенными на длину волны лазеров. Электрические сигналы .с фото-, приемников 4,5, пропорциональные флуктуациям интенсивности оптического излучения, принимают устройством 10, измеряющим дисперсии флуктуации интенсивности в плоской и сферической волнс1х и их отношение. Изобретение осуществляется следующим образом. По величине отношения дисперсии флуктуации интенсивности в плоской волне к дисперсии флуктуации интенсивности в сферическсяй волне и расчетной зависимости этого отношения ,от е(см. фиг.2) ,1 определяют внутЬенний масштаб турбулентности. На фиг. 2 представлены графики зависимости внутреннего масштаба турбулентности от отношения дисперсий , флуктуации интенсивности плоской и сферической волн ysiij л различных значениях параметра i fL/k/-, где k 2 r/;i/i-(f 10-, 2-tf 2.id-6 3 - (/ 4-10-Ь, 4 - ( б , .-. 5-0/ 10-, 6 - сЛ 2-10-, 7 - сПь 10-. Использование данного способа позволяет увеличить точность, чувствительность и упростить определёни(э параметра Еу по следующим причинам: 1,измерения могут проводиться на одинаковых трассах, что исключает влияние неоднородности турбулентности, возникающие при использовании трасс различной протяженности, и повышает точность измерения Со; 2,Так как на длину измерительной трассы не накладьшаются ограничения.

существенные в прототипе и связанныеk с необходимостью выполнения соотношения- независимости дисперсии флуктуации интенсивности от Р на более длин-г ной трассе ., то выбором протяженности трассы можно повысить значения дисПер-5 сии флуктуации интенсивности и, следовательнр, увеличить чувствительность;

3. этот факт также расширяет возможности при выборе измерительной трассы а также требует оборудования 1лишь двух наблюдательных пунктов, вместо трех, необходимых в прототипе.

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВНУТРЕННЕГО МАСШТАБА ТУРБУЛЕНТНОСТИ, согласно которому в атмосферу посылают два пучка оптического излучения, прини- 'мают его фотоприемником через точечную диафрагму, измеряют в каждом пучке излучения дисперсию флуктуации интенсивности и по отношению дисперсий определяют внутренний масштаб турбулентности, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и чувствительности, один из посыпаемых в атмосферу пучков широко коллими- рован, а другой - расходящийся, и оба пучка посылают по трассам одинаковой длины.J3 X ^L_ Шт ^111>&1^^1 II ««Ш .,(Н ^< СФиг.!(ЛсS*^00 СО •vl