Устройство для определения оптических характеристик атмосферы Советский патент 1982 года по МПК G01N21/01 

(5)УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОПТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК АТМОСФЕРЫ

J

Изобретение относится к области технической физики, а именно к фотометрии атмосферы, и может применяться, для измерения оптических параметров атмосферы, а также может быть использовано для контроля уровня аэрозольных загрязнений, как естественного, так и антропогенного про- . исхожденйя. - .

Известно устройство для определе ния оптических характеристик атмосферы, содержащее импульсный источник света, фотоприемник с квадратичным усилителем и блок регистрации П 3.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для определения оптических характеристик атмосферы, содержащее блок управления, соединенный. . .с импульсным источником излучения и с фотоприемником с квадратичным усилением и углом зрения, охватывающим зондирующий пучок, два накопителя , соединенные с регистрирующим. прибором через блок деления 2.

Недостаток известного устройства заключается в ограниченной точности, обусловленной тем, что существующие линии задержек обладают избирательной частотной характеристикой пропускания проходящего через них сигнала. Поскольку в каждый момент зондирования крутизна нарастания накапливаемого сигнала в зависимости от атмосферно-оптических условий различна, то различно и ослабление, которое испытывает сигнал, проходя через линию задержки. Это неизбежно приводит к дополнительным, неконтролируемым ошибкам измерений.

Кроме того, до начала зондирова ния неизвестно, за какое время накапливаемый сигнал достигает своего насыщения, поскольку это время в существенной мере определяется реали-. зуемой прозрачностью атмосферы, т.е. заранее не известна величина линии задержки. Выбрав эту величину постоянной, максимальное значение которой определяется потенциалом зондирующего устройства, получаем дополнительные ошибки за счет постоянно присутствующего на входе фотоприемника фоно вой составляющей сигнала. Причем эти ошибки изменяются как за смет вариаций величины фона, например при смене времени суток или направления зондирования, так и за счет изменения прозрачности атмосферы. Цель изобретения - повышение точности измерений. Поставленная цель достигается тем, что в устройство для определения оптических характеристик атмосфе ры, содержащее блок управления, соединенный с импульсным источником излучения и с фотоприемником с квадратичным усилением и углом зрения, охватывающим зондирующий пучок, два на копителя , соединенные с регистрирующим прибором через блок деления, введены дополнительный фотоприемник с углом зрения вне поля действия зондирующего пучка, усилитель, блок разности, амп литудный анализатор, блок сравнения и ключ, через который выход блока разности соединен с входом одного из накопителей, причем оба фотоприемника соединены с блоком управления, допол нительный фотоприемник соединен через усилитель с одним входом блока разности , другой вход которого соединен с выходом основного фртоприемника, а выход - с входом другого накопителя, входом амплитудного анализатора и одним входом блока сравнения другой вход которого соединен с выходом амп литудного анализатора, а выход соединен с управляющим входом ключа, На чертеже показана блок-схема устройства. -Устройство содержит блок 1 управления, импульсный источник 2 излучения, фотоприемники 3 и с квадратич ным усилением, усилитель 5 блок 6 разности, амплитудный анализатор 7j блок 8 сравнения, ключ 9, накопители 10 и 11 сигнала, блок 12 деления и регистрирующий прибор 13. Блок 1 управления подключен к.источнику 2 излучения и фотоприемникам 3 и Ц, Фотоприемники 3 и 4 установлены таким образом, что угол поля зрения фотоприемника целиком охватывает зондирующий световой пучок, а в угол поля зрения фотоприемника 3 этот пучок не попадает. Фотоприемник 3 через усилитель5 соединен с блоком 6 разности, другой BxOjt которого подключен к фотоприемнику . Выход блока 6 разности непосредственно подключен к входам амплитудного анализатора 7, блока 8 сравнения, накопителя 11, а к входу накопителя 10 через ключ 3 управляющии вход которого соединен с выходом блока 8 сравнения. Выход амплитудного анализатора 7 подключен к одному из входов блока 8 сравнения. Выходы накопителей. 10 и 11 присоединены к входам блока 12 деления, который связан с регистрирующим прибором 13. Устройство работает следующим образом. До начала зондирования блок 1 управления включает оба фотоприемника 3 и , на вход которых одновременно поступает фоновое излучение. Сигнал с фотоприемников 3 и 4 направляется в блок 6 разности, причем с фотоприемника 3 он поступает через усилитель 5. Регулировкой усилителя 5 сигнал с фотоприемника 3 усиливают таким образом, чтобы на выходе блока 6 разности получалось нулевое значение. Таким образом, компенсируют попадающую на фотоприемник k фоновую составляющую сигнала и уравнивают чувствительности обоих фотоприемных каналов. Далее блок 1 управления одновременно запускает источник 2 излучения, который направляет импульс излучения в атмосферу и фотоприемники 3 и 4. На фотоприемник 4 поступает обратнорассеянный и фоновая составляющая , -которые после преобразования в фотоприемнике в виде электрического сигнала направляются в блок 6 разности. На фотоприемник 3 поступает только фоновая составляющая сигнала, которая после прохождения усилителя 5 компенсирует аналогичную составляющую в рабочем канале - фотоприемнике , Таким образом, на выходе блока 6 разности формируется полезный сигнал, обусловленный только обратным рассеянием излучения атмосферой. Сигнал с блока 6 разности разветвляется и поступает непосредственно на входы амплитудного анализатора 7, блока 8 сравнения ключа 9 и накопителя I1. Нормальное положение коммутирующего ключа 9 закрытое, поэтому сигнал на накопитель 10 не постулает

Амплитудный анализатор 7 фиксирует первое максимальное знамение эхосигнала, которое соответствует полному вхождению зондирующего светового пучка в поле зрения фотоприемника k и выдает это знамение на вход блока 8 сравнения, на другой вход которого поступают текущие знамения эхосигнала. Порог блока В сравнения устанавливают таким образом, мтобы эти знамения эхо-сигнала сравнялись при ослаблении его в раз. Момент эУого сравнения соответствует дистанции, на которой накопленный сигнал входит в режим насыщения. После этого блок сравнения выдает команду, открывающую клюм Э, и сигнал с блока 6 разности поступает на вход накопителя 10, где осуществляется его накопление до максимально возможного знамения.

Накопленные сигналы с накопителей 10 и 11 далее направляются в блок 12 деления, а результат деления, равный прозрамности атмосферы, поступает в регистрирующий прибор 13 где может осуществляться его дальнейшая обработка с целью определения среднего коэффициента рассеяния.

Предлагаемое изобретение позволяет четко зафиксировать тот момент времени, когда накопленный сигнал.выходит ,а режим насыщения и необходимо производить его параллельное накопление. Поскольку этот момент зависит от реализуемой оптической ситуации и определяется автоматически самим устройством, то отпадает необходимость в применении фиксированных линий задержек, 4TQ приводит к повышению оперативности и томности измерений. Точность измерений повышается также за смет использования второго фотоприемника, мто позволяет отселектировать информативный эхо-сигнал от фоновой составляющей.

Формула изобретения

Устройство для определения оптимеских характеристик атмосферы, содержащее блок управления, соединенный с импульсным источником излучения и с фотоприемником с квадратичным усилением и углом зрения, охватывающим зондирующий пумок, два накопителя, соединенные с регистрирующим прибором через блок деления, о т л.ичающееся тем, что, с целью повышения точности измерений, в него введены дополнительный фотоприемник с углом зрения вне поля действия зондирующего пучка, усилитель, блок разности, амплитудный анализатор, блок сравнения и ключ, через который выход блока разности соединен с входом одного из накопителей, причем оба фотоприемника соединены с блоком управления, дополнительный фотоприемник соединен через усилитель с одним входом блока разности, другой вход которого соединен с выходом основного фотоприемника, а выход - с входом другого накопителя, входом амплитудного анализатора и одним входом блока сравнения, другой вход которого соединен с выходом амплитудного анализатора, а выход соединен с управляющим входом ключа.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР № 309338, кл. G 01 W 1/00, 19б9.

2.Авторское свидетельство СССР

№ , кл. G 01 W 1/.00, 1973 (прототип).