Устройство оптического зондирования атмосферы Советский патент 1992 года по МПК G01W1/00 G01N21/41 

Изобретение относится к технике оптического зондирования атмосферы и может быть использовано в метеорологии для определения оптических параметров турбулентных неоднородностей, в частности, структурной характеристики показателя преломления атмосферы.

Цель изобретения - разработка устройства для оптического зондирования, с помощью которого возможно оперативное определение профилей турбулентных неоднородностей атмосферы по любому направлению.

На чертеже представлена блок-схема устройства для оптического зондирования.

Устройство содержит источник направленного излучения 1 с оптической осью 00 .

VI

1ГО

Расположенную рядом приемную систему

ы 2, включающую обьектив 3 (изображен о ви00де линзы) с оптической осью OiOi ; светоделительную пластину 4, оптически

Ю связанную с фотоприемником 5, диафрагму 6 со щелью, изображенной по продольной оси OzOa , фотоприемник 7, блок регистра«иции 8. к которому подсоединены фотоприемники 5 и 7. Оптические оси 00 , OtOi и продольная ось симметрии щели 0202 размещены з одной плоскости. Оптические оси 00 и OiOi могут быть параллельными или составлять между собой некоторый угол (р.

Устройство работает следующим образом. Источник 1 направляет импульс оптического излучения в атмосферу. Рассеянное в обратном направлении излучение из зондируемого объема принимается приемной системой 2, её объективом 4, который формирует изображение рассеивающего объема. При этом часть принимаемого потока расщепляется светоделительной пластиной 4 на две части. Одна часть отражается от пластины на фотоприемник 5, другая часть проходит через пластину 4 на диафрагму 6. В плоскости диафрагмы 6, на щели, формируется изображение рассеивающего объема. В зависимости от дальности до рассеивающего объема от устройства, его изображение будет смещено на разную величину от фокальной плоскости объектива 3 и от оптической оси OiOi . Но диафрагма 6 установлена так, что изображение рассеивающего объема независимо от дальности до него будет находиться на щели. Поскольку размеры изображения больше в 2-3 раза ширины, то на фотоприемник 7, установленный за щелью, поступает часть потока, формирующего изображение. В зависимости от влияния оптических нерднородностей атмосферы на параметры изображения рассеивающего объема, будет изменяться интенсивность излучения, проходящего через щель, что приведет к изменению величины сигнала с фотоприемника 7. Сигнал фотоприемника 5 при этом не зависит от параметров изображения. Сигналы с обоих фотоприемников 5 и 7 обрабатываются в блоке регистрации 8 по определенным алгоритмам до получения искомых данных о парйметрах турбулентных оптических неоднородностей и их профиля на трассе зондирования. Место установки диафрагмы и размеры щели выполнены исходя из следующих расчетов. В оптически стационарной атмосфере импульс излучения источника освещает некоторый рассеивающий объем. Для начальной дальности RI нахождения рассеивающего объема, его изображение Si имеет размеры, рассчитываемые по известному из геометрической оптики соотношению с; ()f - Ri-f

где Оо - начальный диаметр пучка источника излучения; в- угол расходимости пучка: f - фокусное расстояние объектива.

На максимальной дальности измерительной трассы R2 размер изображения будет равен величине

. f r.,(R2 -RI) -) RTRT-V

(8)

Поскольку изображение перемещается вдоль щели, то для исключения дополнительного виньетирования на концах щели и для осуществления измерений в заданном. (ОЪ + 2)f R2 -f Пpиdo 1 см, а 3 , « Шг, а f « Ri, и, следовательно, соотношения (1) и (2) принимает простой вид, показывающий независимость размера изображения от дальности Для некоторой дальности положения рассеивающего объема изображение оказывается от фокальной поверхности объектива на расстояние, рассчитываемое по формуле а центр изображения смещен от оптической оси OiOi на расстояние ,,где В - расстояние между оптическими осями источника и приемной системы в месте их расположения; р- угол между оптическими осями. Перемещение центра изображения относительно фокальной поверхности и оси объектива, в зависимости от дальности до рассеивающего объема, дает прямую траекторию, наклоненную к оси объектива под углом, находимым с помощью формул (4), ) и равным а агаду Под этим углом установлена диафрагма. Причем центр щели оказывается смещенным от фокальной поверхности на величину, определяемую по формуле - f fR2-Ri RrR2 а величина смещения центра щели от оптической оси 00 находится по формуле

диапазоне дальностей от RI до R2, длина щели выбрана равной сумме длины траектории центра изображения, которая рассчитывается по формуле

Bf fR2-Ri

(9)

sln« 1 Ri-R2 и удвоенного размера самого изображения, равного 2S.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПТИЧЕСКОГО ЗОНДИРОВАНИЯ АТМОСФЕРЫ, содержащее источник направленного излучения, оптическая ось которого лежит в одной плоскости с оптической осью, расположенной рядом с ним приемной системы, включающей в себя объектив, светоделительную пластину, оптически связанную с двумя фотоприемниками, подключенными к блоку регистрации и размещенную перед одним из фотоприемников щелевую диафрагму, отличающ е а с .я тем, что, с целью обеспечения возможности оперативного определения профиля турбулентных неоднороднсстей атмосферы по любому направлению, в нем источник направленного излучения выполнен импульсным, а диафрагма установлена за фокальной плоскостью объектива, причем ширина щели выполнена в 2-3 раза меньше предполагаемой величины изображения рассеивающего объема. 2. Устройство по п. 1, отличающее с я тем, что, с целью упрощения юстировки устройства, в нем светоделительная пласт 1на совмещена с диафрагмой путем выполнения ее с полуотражающим покрытием на сл одной стороне и поглощающим покрытием с со щелью на другой.