Способ измерения флуктуаций угла прихода излучения Советский патент 1981 года по МПК G01N21/45 

(54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ФЛУКТУАЦИИ УГЛА ПРИХОДА

I

Изобретение относится к экспериментальной радиооптике и может быть использовано для измерения как непосредственно флуктуации угла прихода излучения в радиолокации, радионавигации, радиоастрономии и т.д., так и для измерения флуктуации коэффициента преломления жидкостей и газов.

Известен способ определения флуктуации угла прихода излучения, в котором излучение от источника света определенной формы пропускают через среду с флуктуирующими параметрами. Изображение источника проецируют на теневую диафрагму, форма которой совпадает с формой изображения, о флуктуациях угла прихода излучения судят по току фотодетектора, расположенног го за диафрагмой l1.

Недостатком способа является малая точность измерений, обусловле,нная зависимостью тока фотодетектора от неконтролируемых свойств среды, например поглощения в ней излучения, ИЗЛУЧЕНИЯ

что приводит к неоднозначности интер претации полученных данных.

Наиболее близким к предлагаемому является способ измерения флуктуации угла прихода излучения, основа5 на пропускании излучения от точечного источника света через среду с флуктуирующими параметрами и формировании изображения источника. О флуктуациях угла прихода излучения

судят по изменению положения изображения источника света. Положение изображения регистрируется путем сканирования его относительно щели, размер которой того же порядка, что и

размер изображения 2 J.

Недостатком известного способа является низкая точность измерений, вызванная сглаживающим действием щели, и как следствие этого невозможность измерения малых флуктуации и исследования сред малой протяженности. Цель изобретения - повышение точности измерений флуктуации угла прихода излучения. Поставленная цель достигается тем что в способе измерения флуктуации угла прихода излучения, основанном н пропускании излучения от точечного и точника света через среду с флуктуирующими параметрами и формировании . изображения источника, преобразуют и лучение от точечного источника так, чтобы параллельный пучок лучей, пропущенный через среду с флуктуирующими параметрами, разлагался на моно хроматические спектральные составляю щие, для которых формируют изображение источника, выделяют участок изоб ражений источника, по которому форми руют интерференционную картину и изм ряют ее фазу при фиксированной разности хода лучей. На чертеже представлен вариант блок-схемы устройства, реализующего предлагаемый способ. Устройство содержит оптически свя занные точечный источник 1 света, ко лиматор 2, диспергирующий элемент 3, объектив 4,щелевую диафрагму 5 и интерферометр 6 Майкельсона. Источник 1 света имеет равномерную спектральную яркость в интервале длин волн о л X , где А. о - центральная дли на волны. Между коллиматором 2 и дис пергирующим элементом 3 располагается среда 7 с флуктуирующими параметрами. Интерферометр 6 содержит подвижное 8, делительное 9 и неподвижное IО зеркала и электрострикционный элемент 11, который обеспечивает пер мещение подвижного зеркала 8 по пило образному закону с амплитудой А-о/2. Элемент 11 соединен с генератором 12 пилообразного напряжения который под ключен к генератору 13 опорного сигнала. На выходе интерферометра 6 пос ледовательно расположены линза 14 Фабри, фотодетектор 15, селективный усилитель и фазометр 17. Селектив ный усилитель настроен на частоту, обратную периоду пилообразного напряжения. Один из входов фазометра 17 соединён с выходом селективного усилителя 16, а второй - с генератором 13 опорного сигнала. Выход фазометра подключен к регистрирующему устройству 18. Способ осуществляется следующим образом. Расходящийся пучок лучей от источника 1 преобразуют в параллельный пучок с помощью коллиматора 2. Затем пропускают параллельный пучок лучей через среду 7 с флуктуирующими параметрами. С помощью диспергирующего элемента 3 преобразуют параллельный . пучок лучей, прошедший через среду 7, в набор монохроматических лучей с фиксированным направлением распространения для каждой спектральной составляющей. В фокальной плоскости Объектива 4 строят набор изображений источника 1, причем каждой спектральной составляющей соответствует свое изображение источника. При прохождении излучения через среду 7 с флуктуирующими параметрами угол падения лучей на диспергирующий элемент 3 непрерывно меняется. При этом положение изображения источника 1, соответствующее каждой спектральной составляющей, также непрерывно изменяется. С помощью щелевой диафрагмы 5 выдеоляют по оси X участок спектра{Д. ± сГД), где Хц - D (о6-1 )( Ацц- центральная длина , волны излучения, прошедшего через щелевую диафрагму 5; оС - угол падения лучей на диспергирующий элемент 3. С помощью интерферометра 6 Майкельсона формируют из этой части спектра интерференционную картину. Измеряют -фазу интерференционной картины при фиксированной разности хода лучей. Для измерения фазы считьшают участок интерференционной картины, равный одному периоду. Для этого с помощью электрострикционного элемента 11 перемещают подвижное зеркало 8 интерферометра 6 по пилообразному закону с амплитудой Ло/2. Управляющее напряжение на электрострикционный элемент 11 подают с генератора 12 пилообразного напряжения, синхронизируемого генератором 13 опорного сигнала. Полученный световой сигнал при помощи линзы 14 собирают на приемной площадке фотодетектора 15. Переменная составляющая сигнала на выходе фотодетектора представляет собой синусоидальный сигнал, фаза которого пропорциональна фазе интерференционной картины при фиксированном значении разности хода лучей. Изменение фазы интерференционной картины измеряют с помощью электронного фазометра 17. Для этого сигнал с выхода селективного усилителя 16 сравнивают по фазе с сигналом генератора 13. Результирующий сигнал на выходе фазометра пропорционален изменению фазы интерференционной картины при фиксированной разности хода лучей. Для излучения, прошедшегб через щелевую диафрагму 5, со спектральны составом Р(е))--АЪ(б-(ГоО фаза интерференционной картины р « Ч4йо,0-;АЪ((Г-С,-)--21Гй б-,-, где функция Ъ ((У) описывает форму спектральной линии со средним / G - / Я- - волновое число; Лц1; Q- фиксированная разнос хода лучей; А - постоянный коэффицие Поскольку A u-i-Ь (), то изменен фазы интерференционной картины при фиксированной разности хода лучей х рактеризует изменение угла прихода излучения S..0,G-,/4b(G-(5o)V- oT;Для определения флуктуации угла фихода излучения шкалу регистрируюдего устройства 18 непосредственно градуируют в единицах углов. Предлагаемый способ обеспечивает измерение с пыосокой точностью флуктуации угла прихода излучения по спе тральному составу излучения, прошедшего через щелевую диафрагму, независимо от степени поглощения излучения в среде, а также возможность .исследования среды малой протяженности. Формула изобретения Способ измерения флуктуации угла прихода излучения, основанный на пропускании излучения от точечного источника света через среду с флуктуирующими параметрами и формировании изображения источника, отличающ и и с я тем, что, с целью повышения точности измерений, преобразуют излучение от точечного источника так, чтобы параллельный пучок лучей, пропущенный через среду с флуктуирующими параметрами, разлагался на монохроматические спектральные составляющие, для которых формируют изображение источника, выделяют участок изображений источника, по которому формируют интерференционную картину и измеряют ее фазу при фиксированной разности хода лучей. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1-. Стасенко В. Н. Применение теневого прибора для определения характеристик турбулентности. ПМГФ, 1970, № 3, с. 152. 2. Бовшеверов В. М., Гурвич А.С.,. Каллистратова М. Д. Экспериментальное исследование дрожания искусственного источника света. Радиофизика, 1961, т. 4, № 5, с. 886 (прототип).