Устройство для измерения структурной характеристики показателя преломления атмосферы Советский патент 1982 года по МПК G01W1/00 

1

Изобретение относится к измерительной технике и метеорологии и может быть использовано для измерения оптических характеристик атмосферы, а также для измерения степени разрушения когерентности оптических пучков при раопространении в атмосфере.

Известно устройство для измерения структурной характеристики показателя преломления aт гocфopы, содержащее источник излучения, фокусирующую линзу, в фокальной плоскости которой размещена вертикальная щель и фотоприемник, соединенные с блоком {.егистрации среднего светового потока. «1 изической основой измерений является изменение когерентности световой волны при распространении в т -рбулентной атмосфере, что приводит к размытию дифракционного пятна в фокусе линзы по сравнению с невозмущенной атмосферой. Степень возмущения когерентности поля определяют по величине уменьщения светового пртока через вертикальную щель, расположенную

В энергетическом центре тяжести дифракционного пятна tl .

Недостатками этого устройства являются низкая точность измерения и сложность юстировки оптической системьц Низкая точность измере1гия обусловлена жесткой- привязкой щели к оптической оси устройства, в то время как необхо диМа точная установка щели в центр дифраюшонного изображения источника,

to размер которого составляет десятки микрометров при слабой турбулентности, (лгещение дифракционного изображения источника оттюсителыю оптической оси за счот рефракции света или неточная

15 установка щели приводят к значительному завышению значения измеряемой величины, причем при длительных (суточных измерениях измеренные значения структурной характеристики показателя

20 преломления атмосферы даже по порядку величины не соотве1х::твуют истинным. Сложность юстировки обусловлена необходимостью установки щели paar-iepoM

несколько микрометров в центр дифракционного изображения источника с точностью 1-3 мкм.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является уст- ройство для измерения структурной характеристики показателя преломления атмосферы, содержащее источник излучения, фокусирующую линзу, фотодетектор, расположенный в фокальной плоскости

линзы, блок управления сканированием и регистрирующий блок 2} ,

Недостатком этого устройства является то обстоятельство, что при измене нии светового потока, прошедшего через щель, установленную в измеренном центре дифракционного изображения, оценка структурной характеристики tioKaaareля преломления атмосферы остается грубой за счет неучета вклада в измеряемый параметр флуктуации распределения поля в поперечном сечении оптического пучка.

Цель изобретения - повышение точности измерения структурной характеристики показателя преломления атмосферы.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения структурной характеристики показателя преломления атмосферы, содержащее источни излучения, фокусирующую линзу, фотодетектор, расположенный в фокальной плоскости линзы, блок управления сканированием и регистрирующий блок, введены последовательно соединенные аналогоцифровой преобразователь, схема ареоб разования кодов, первый счетчик, блок памяти, схема совпадения кодов и второй счетчик, выход которого соединен с входом блока управления сканированием, а вход аналого-цифрового преобразователя соединен с выходом фотодетектора, причем, выход первого счетчика соединен с регистрирующим блоком и с вторым входом схемы совпадения кодов.

На фиг. 1 изображена структурная схема устройства; на фиг. 2 - осциллограммы, поясняющие работу устройства при измерении интенсивности в сечении энергетического центра тяжести изображения источника.

Устройство для измерения структурно характеристики показателя преломления атмосферы содержит источник 1 излучени фокусирующую линзу 2, фотодетектор 3, расположенный в фокальной плоскости лин ЗЬ1 2, блок 4 управления сканированием, регистрирующий блок 5, последовательно соединенные аналого- 1Ифровой преобразователь 6, схема 7 преобразования кодов, первый счетчик 8, блок 9 памяти, схема Ю совпадения кодов и второй счетчик 11, выход которого соединен с входом блока 4 управления сканированием, а вход аналого-цн4фового преобразователя 6 соединен с выходом фотодетектора 3, причем выход первого счетчика 8 соединен с регистрирующим блоком 5 и с вторым входом схемы 10 совпадения кодов.

Устройство работает следующим образом.

Световой пучок, сформировагаый источником 1 излучения и прошедший измери,тельную трассу в атмосфере, фокусируется линзой 2 в плоскости сканирующего фотодетектора 3, например диссектора с щелевой апертурой равномерной прозрачности, длина которой превьшхает возможный размер изображения источника, а ширина значительно меньше размера изображения источника. При сканировании раскрьюом щели светового пятна, сформированного на фотокатоде диссектора, на аноде формируется видеоимпульс (J( t ) (фиг. 2).

В блоке 4 управления сканированием формируется напряжение кадровой развертк Урд цСфиг. 2), кадровые синхроимпульсы и импульсы тактовой частоты, с помощью которых осуществляется привязка во времени всех ehoKOB устройства. Формируемый на выходе фотодетектора 3 при сканировании дифракционного изображения видеосигнал в виде импульсов положительной полярности с частотой кадров поступает на вход восьмиразрядного аналого-цифрового преобразователя 6, работающеЪо по схеме поразрядного кодирования. В результате преобразования с выхода аналого-цифрового преобразователя 6 поступает информация о распределении интенсивности в дифракционном изображении в виде двоичного восьмиразрядного параллельного кода. Ута информация поступает на схему преобразования кодов, где осуществляется преобразование параллельного двоичного кода в числоимпульсный код, который накапливается D первом счетчике 8 в течение каД- ра. На выходе первого счетчика 8 из- кгеряют число импульсов, пропорциональное полной интенсивности 3р. информация заносится в регистрирующий блок 5. По окончании кадра передним фронтом кадрового синхроимпульса половина информации на выходе первого счеичика 8 записьшается в блок 9 памяти и 5 поступает на первый вход схемы 1О сов падения кодов. Задним фронтом кадровог синхроимпульса первый счетчик 8 обнуляется. В следующем кадре информация, поступаюшая с первого счетчика 8 на второй вход схемы Ю совпадения кодов, сравнивается с информацией, поступающей с блока 9 памяти на первый вход схеклл 1О совпадения кодов. При совпадении кодов на выходе схемы 10 совпадения кодов формируется логический перепад, фиксирующий момент времени в который совмещается сканирующая щелевая апертура фотодетектора 3 с сечением энергетического центра тяжест изображения истошика 1 излучения. Это логический перепад запрещает счет тактсвых импульсею который производится во втором счетчике 11 от начала кадра до появления логического перепада на выходе схемы 1О совпадения кодов. Накопленное число тактовых импульсов соответствует координате энергетического центра тяжести, по окончании счета BTCV эого счетчика 11 на вход блока 4 управления сканированием поступает импульс запрета развертки. При этом щеле вая апертура фотодетектора 3 фиксируется в сечении энергетического центра тяжести изображения источника на время соответствующее длительности импульса запрета развертки. В течение этого промежутка времени разрещается измерение интенсивности светового потека через щелевую апертуру Оц. первым счетчиком S и занесение информации в регистрирующий блок 5. Таким образом, происходит запись в регистрирующем блоке 5 значений полного светового потока потока 0, через щель, постоянно совмещенную с |непрерывно отслеживаемым сечением энергетического центра тяжести изображения источника 1 излучения. В регист:рирующем блоке 5 вычисляется отнощение 1 / п ч определяется структурная характеристика показателя преломления атмосферы в соответствии с вьфажением ,„ 4ЙД f -j p-5dtexp|.D,(1R) -1 -Jx{arccos vt(-1)y. где D(1t)a,9(CjKixt1R), R - радиус фиксирующей лтзы; - волновое число; 27 Л - длина волны источника излучения;F - фокусное расстояние фокусирующей линзы; X - длина измерительной трассы в атмосфере; Л - щирина щелевой апертуры. Предлагаемое устройство позволяет псжысить точность измерения структурной характеристики показателя преломления атмосферы за счет исключения пог решностей, связанных с горизонталЕлой ре(|факцией света, с фпуктуациями углов прихода света, а также с фпуктуа- циями положения энергетического центра тяжести в сечении светового пучка. Необходимо отметить, что в предлагаемом устройстве значительно упрощается процесс юстировки оптического тракта, так как сканирующая апертура диссектора автоматически устанавливается в энергетический центр тяжести дифракционного изображения источника, причем точность установки щели определяется соотнощением тактовой и кадровой частот. При формировании в блоке управления напряжения развертки в цифровом виде с тактовой частотой 256О Гц ис кадровой частотой 10 Пг число значащих дискретов при сканировании изображения равно 256, что дает верхний предел погрешности установки щели 10,5%. Формула изобретения Устройство для измерения структурной характеристики показателя преломления атмосферы, содержащее источник излучения, фокусирующую линзу, фотодетектор, расположенный в фокальной плоскости линзы, блок управления сканированием и регистрирующий блок, отличающееся тем, что, с целью повьштения точности, в него введены последовательно соединенные аналого-цифровой преобразователь, схема преобразования кодов, счетчик, блок памяти, схема совпадения кодов и второй счетчик, выход которого соединен с входом блока управления сканированием, а вход аналого-цифрового преобразователя с ое пинен с выхопом фогоаетекгора,причемвыхоапервогосчегчика сое оинен с регистрирующим блоком и с вторым вхопом схемы совпааения копов. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР 386325, кл. Q 01 w 1/ОО, 14.О6.73. 2.Авторское свидетельство СССР 744242, кл. QOIJ 1/44, ЗО.О6.8О проготип).

./

-f-H

Vp03S.

V