Устройство для измерения атмосферной рефракции Советский патент 1980 года по МПК G01N21/46 G01W1/00 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ АТМОСФЕРНОЙ

Изобретение относится к атмосферной оптике, в частности к фотоэлектрическим измерительным устройствам, и может быть использовано при изучении распространения света в атмосфере, в геофизике, при определении координат излучающих объектов.

Известны фотоэлектрические устройства, предназначенные для исследования (учета) влияния атмосферной рефракции на параметры светового потока и содержащие источник излучения, приемное устройство с оптикой, формирующей изображение источника, и анализатор изображения 1.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство с полудисковым модулятором светового потока и двухкоординатными оптическими клиновыми компенсаторами, в качестве исполнительных элементов 2. Для управления клиновыми компенсаторами, обеспечивающими компенсацию регулярной рефракции при измерении случайной рефракции, в этом устройстве применен узел компенсации углового отклонения, выполненный по схеме непрерывного отслеживания отклонений светового пучка. Для обеспечения заданного угла поворота вала асинхронного двигателя, исРЕФРАКЦИИ

пользуемого в .качестве привода клинового компенсатора, узел компенсации углового отклонения содержит модулятор на 400 Гц (преобразователь напряжения), магнитный усилитель мощности и редуктор. Для стабиJ лизации схемы применена отрицательная тахометрическая обратная связь, основанная на введении в схему двух дополнительных составляющих: тахогенератора постоянного тока и сумматора.

Применение схемы непрерывного отслеживания отклонения светового пуска исключает возможность измерения регулярной рефракции, значительно усложняет конструкцию, снижает надежность устройства, так как требует частой калибровки уровня отрицательной тахометрической обратной связи

15 ввиду возможности возбуждения магнитного усилителя мощности.

Целью изобретения является расщирение функциональных возможностей устройства, а также повыщение его надежности.

20 Поставленная цель достигается тем, что в известном устройстве для измерения атмосферной рефракции, содержащем последовательно расположенные источник светового излучения, клиновый компенсатор, приемный объектив, aнaлизatop положения светового пучка, фотоприемник, усилитель, узел компенсации углового отклонения светового пучка и регистрирующий прибор, узел компенсации углового отклонения светового пучка выполнен в виде схемы дискретного дейтвия, включающей схему сравнения, шаговый двигатель со схемой управления и схему счета числа дискретов, причем выход схемы равнения соединен со входом схемы управления щаговым двигателем, выходами подлюченной к шаговому двигателю и к схеме счета числа дискретов, при этом вал шагоого двигателя посредством зубчатой переачи соединен с клиновым компенсатором, а выход схемы счета числа дискретов подключен к входу регистрирующего прибора. Углы рефракции измеряются по смещению светового пятна в фокальной плоскости приемного объектива. Помещенный в фокальной плоскости анализатор положения светового пучка преобразует линейные смещения последнего по координатам X и У в соответствующие электрические сигналы. Например, при использовании в качестве анализатора Положения светового пучка полудисковрго модулятора, пучку, направление которого совпадает с осью вращения ротора модулятора, соответствует постоянный электрический сигнал, а смещение пучка по одной из координат приводит к появлению переменного, сигнала с частотой вращения ротора модулятора. Смещение по другой координате приводит к сдвигу фазы соответствующего электрического сигнала на

Изобретение поясняется чертежом.

Устройство для измерения атмосферной рефракции, содержащий источник светового излучения (например лазер) 1, модулятор 2 светового пучка с приводом, клиновый компенсатор 3, приемный объектив 4, анализатор 5 положения светового пучка (например, полудисковый двигатель-генератор с полым ротором, в котором установлен нож-полудиск), фотоприемник 6, усилитель 7, узел компенсации углового отклонения (на чертеже обведен пунктирной линией), содержащий схему сравнения 8, схему 9 питания шагового двигателя, щаговый двигатель 10 и схему 11 счета числа дискретов, а также регистрирующий прибор 12.

Устройство работает следующим образом.

Случайная рефракция светового пучка при его распространении в атмосфере приводит к малым поперечным перемещениям светового пятна в фокальной плоскости приемного объектива 4. После преобразования в анализаторе 5 положения светового пучка и в фотоприемнике 6 соответствующий этим перемещениям электрический сигнал усиливается И синхронно детектируется усилителем 7 (опорный сигнал поступает с анализатора 5). Продетектированный сигнал поступает на регистрирующий прибор 12, в качестве которого может служить любой вольтметр или самописец.

Рабочая зона анализатора положения, обеспечивающая линейность преобразования пространственного отклонения в электричесJ кий сигнал, обычно достаточно узкая и не позволяет измерять регулярную рефракцию. Применение клинового компенсатора снимает эту трудность. Соответствующий поворот оптически х клиньев смещает световой пучок и позволяет удерживать световое пятно в рабочей зоне анализатора положения. В предлагаемом устройстве узел компенсации углового отклонения управляет поворотом опти1еских клиньев. Опорный сигнал, который поступает на второй вход схемы сравнения 8, характеризует рабочую зону, соответствуюй1,ую максимальной амплитуде случайной рефракции. Если пучок смещается к границе рабочей зоны, т.е. проявляется регулярная рефракция, сигнал с усилителя 7 достигнет значения опорного сигнала и срабатывает схема сравнения 8. Формируется команда включения схемы 9 управления шаговым двигателем. Последняя вырабатывает определенное число тактовых импульсов, обеспечивая за счет вращения вала шагового двигателя и перемещения клинового компенсатора сигнал на входе схемы cpaeiHeния по величине значительно меньше опорного сигнала, при этом изображениеисточника разместится вблизи центра рабочей зоны.

O Количество тактов, выработанных схемой управления шаговым двигателем 9, и посчитанное схемой .11 счета чиСла дискретов, характеризует в цифровом виде величину регулярной рефракции.

Цифровая информация поступает на регистрирующий прибор 12.

Таким образом, информация о регулярной рефракции выдается в виде числа диск. -ретов шагового двигателя.в цифровом коде. 0 Угол регулярной рефракции рассчитывается ; по формуле:

VP 2Ka(n-l)sinN,

где ур -угол рефракции; К - число шагов;

а-угол оптического клина; п - показатель преломления клина; N - коэффициент передачи шаговый двигатель-клиновый компенсатор; 0Ф-угловая величин шага.

Узел компенсации углового откло нения в предлагаемом устройстве не только служит для удержания изображения источника в рабочей зоне, но и для измерения регулярной составляющей рефракции, причем измерение случайной рефракции происходит в момент остановки щагового двигателя и клинового компенсатора, что определяет высокую точность измерения случайной рефракции. Практически точность определяется разрешением анализатора 5 положения.светового пучка. Значение регулярной рефракции отсчитывается от некоторого нулевого состояния, за которое принято положение, когда световой пучок проходит через компенсатор без углового смещения. Надежность устройства увеличивается за счет работы элементов схемы управления 9, схемы 11 счета числа дискретов и схемы сравнения 8. (выполненных на полупроводниковых элементах) в релейных режимах. Надежность увеличивается также за счет применения зубчатой передачи, которая состоит только из двух шестерен, одна из которых установлена на валу шагового двигателя, а другая - на клиновом компенсаторе (на чертеже не показаны). Формула изобретения Устройство для измерения атмосферной рефракции, содержащее последовательно расположенные источник светового излучения, клиновый компенсатор, приемный объектив, анализатор положения светового пучка, фотоприемник, усилитель, узел компенсации углового отклонения светового пучка и регистрирующий прибор, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей устройства, а также повышения его надежности, узел компенсации углового отклонения светового пучка выполнен в виде схемы дискретного действия, включающей схему сравнения, шаговый двигатель со схемой управления и схему счета числа дискретов, причем выход схемы сравнения соединен со входом схемы управления шаговым двигателем, выходами подключенной к шаговому двигателю и к схеме счета числа дискретов, при этом вал шагового , двигателя посредством зубчатой передачи соединен с клиновым компенсатором, а выход схемы счета числа дискретов подключен к входу регистрирующего прибора. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 197259, кл. G 01 N 21/46, 1966. 2.Сабинин Л. И. Фотоэлектрические следящие системы. М., «Энергия, 1969, с. 128 (прототип).