Способ измерения лучевых скоростей в атмосфере солнца

 

СИОСОВ ИЗМЕРЕНИЯ Ш ЧЕВЙХ СКОРОСТЕЙ В АТМОСФЕРЕ СОЛНЦА, Основанный на регистрации допплеровского смещения спектральной линии в разных пространственных тс1чках поверхности Солица дифференциальным методом, о т л я ч а ю ц и и с я тем, что, с целью повЕлиения пространственной избирательности, производят последовательную регистрацию допплеровсжого смещения спектральной линии в равноотстоящих точках, расположенных вдоль прямой линии, усредняют результаты четных и нечетных измерений И по разности результатов усреднения судят о лучевой скорости излучающих частиц в атмосфере Солнца. ь 00 ел гапращпо Vb

(19) (1l) i

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

3(59 (01 У

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВ ГОРСКОМУ СВИДЕ ГЕЛЬСТВУ

3Я(.(1ВЗ)(9

ЬИЬ1(К9 (!, 1 А

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (2 l),3 53 2180/18-.25 (22) 05.01.83 (46) 23.03,84. Вюл. 9 ll (72) С.A. Дружинин и Ю.Д. Жугжда (71) Сибирский институт. земного магнетизма, ионас@еры к распростра кения радиоволн CO AH CCCp (53) 535,8(688.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

9 879330i кл, 6 01 7 3/Обр 1979.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 957009„ кл. G 01 Ю 3/06 1981. (54)(57) СНОСОВ ИЗМЕРЕНИЯ ЛУЧЕВИХ

СКОР0СТЕН 8 ATNGC48PE COJRQA основанный на регистрации допплеровг ского смещения спектральной линии в разных пространственных точках поверхности Солнца дифференциальным методом, отличающийся тем, что, с целью повышения пространственной избирательности, производят последовательную регистрацию допплеровского смещения спектральной линии в равноотстоящих точках, рас- положенных вдоль прямой линки, усредняют результаты четных и нечет: ных измерений и по разности резуль, татов усреднения судят о лучевой скорости излучакщих частиц в атмосфере Солнца.

1081435

Изобретение относится к способам измерения допплеровского смещения спектральных линий, в частности, спектральных линий солнечного спектра, и предназначено для выделения колебаний с заданной длиной волщ

При наблюдении лучевых скоростей на Солнце были обнаружены их колебания, временной период которых близок к пяти минутам. Установлено что колебания имеют пространственный масштаб, т.е. на поверхности Солнца наблюдаются волны.

Известны способы измерения лучевых скоростей по допплеровскому смещению спектральных линий, например, дифференциальный способ измерения, основанный на измерении сдвигов солнечной спектральной линии (СЛ) относительно некоторой опорной СЛ Г13.

Этот способ значительно снижает вклад шумов спектрографа в регистрируемый сигнал, но не обладает избирательностью по длинам пространственных волн.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ измерения лучевых скоростей излучающих частиц в атмосфере Солнца, основанный на регистрации допплеронского смещения спектральной линии в разных пространственных точках понерхности Солнца дифференциальным методом С23.

Недостатком известного способа является низкая пространственная избирательность ° .

Целью изобретения является повышение пространственной избирател"ности, Эта цель достигается тем, что согласно способу измерения лучевых скоростей излучающих частиц в атмосфере Солнца, основанному на регистрации допплеровского смещения спектральной линии н разных пространственных точках поверхности

Солнца дифференциальным методом, проиэнодят последовательную регистрацию допплеровского смещения спектральной линии в равноотстоящих точках, расположенных вдоль прямой линии, усредняют результаты четных и нечетных измерений и по разности результатов усреднения судят о лучевой скорости излучающих частиц н атмосфере Солнца.

На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства для реализации способами на фиг. 2 — временные диаграммы» поясняющие метод измерения лучевых скоростей.

Спектрограф 1 содержит входную щель 2, коллиматор 3, дифракциоииую решетку 4, камерное зеркало 5, изо раж иие спектральной линии 6, диссектор 7 с фокусирующей-отклоняющей системой, демодуляторы 8 и 9, интеграторы 10 и 11, дифференциальный усилитель 12, коммутатор 13, 14 синхронизации 6zox 15 yrt равления отклоняющей системой (ОС) по х-направлению, блок 16 формирования сигнала отклонения по у-направлению, блок 17 управления ОС по у-направлению.

Камерное зеркало 5 спектрографа

1 в фокальной плоскости строит изоб. ражение исследуемой СЛ. При нысокой входной щели 2 снектрографа 1 изображение СЛ по высоте спектра

15 имеет зигзагообразную форму вследствие разных локальных лученых ско ростей на поверхности Солнца. На входной щели 2 наблюдают суперпозицию пространственных гармоник с разZ0 ными длинами волн. Иэображение исследуемой CJI 6 направляют на фотокатод диссектора 7.

Сканирующие свойства диссектора позволяют измерять интенсивности

25 света н крыльях cJI ° Для этОГО дис сектор 7 устанавливают так, чтобы сканирование в х-направлении совпадало с направлением дисперсии спектрографа 1.

На 0С диссектора при этом с бло- . ка 15 управления подают сигнал переключения крыльев З„ прямоугольной формы (фиг. 2). Амплитуду Я„ уста-. навливают в соответствии с йолушириной СЛ.

Если изображение СЛ на фотокато35 де диссектора 7 расположено так, что при-сканировании опрашивают точки фотокатода, соответствующие средним участкам крыльев СЛ, то на ныхо40 де диссектора переменный сигнал на частоте 5< равен нулю.

Возможные смещения изображений

СЛ относительно опрашиваемых точек фотокатода вызынают появление пере45 менного сигнала на частоте S, так как в опрашиваемых точках расположены участки контура СЛ с неодинаковой интенсивностью. Этот переменный сигнал демодулируют и интегрируют н измерительных каналах.

Демодулятор 8 и интегратор 10 образуют первый, а демодулятор 9 и интегратор 11 второй измерительные каналы. Демодуляторы 8 и 9 работают поочередно: один период Sx работает демодулятор 8,. а в следующий период демодулятор 9. Выходные сигналы с демодуляторов 8 и 9 поступают на интеграторы 10 и 11. Состояния интеграторов 10 и 11 изменяются только при наличии входных сигналов. Если сигналы с.демодуляторон 8 и 9 отсутствучт, то интеграторы 10 и 11 сохраняют свои состояния. Сигналы с интеграторов 10 и 11 через коммутатор 13 поступают на блок 15 уп1081435 равления в виде сигналов обратной связи, где они суммируются с g и

Ф образуют следящую обратную связь.

Постоянные времени интеграторов 10 н 11 равны, переходные процессы в обоих измерительных каналах протекают одинаково. Разнбсть между выходными напряжениями интеграторов

10 и 11 регистрируют через дифференциальный усилитель 12.

Управление отклонением потока 10 электронов в 5 - направлении перпендикулярно к направлению дисперсии спектрографа позволяет измерять интенсивности в крыльях СЛ в разных точках на высоте спектра, т.е. в 15 разных пространственных точках изображения Солнца, расположенных вдоль входной щели 2 спектрографа .l.

Задав ступенчатую форму сигнала

5 (отклонение в у-направлении фиг.2), Zp иоследовательно измеряют интенсив-. ности СЛ в равноотстоящих точках по высоте спектра. Форму 5 задают с блока lб, который состоит из двоичного счетчика и цифроаналогового преобразователя (ЦАП). Выходной сигнал с ЦАП через блок 17 управления подают на ОС. Период S задают много постоянной времени интеграторов 10 и.ll, в конкретной реализации примерно в 50 раз. Синхронизацию временной последовательности работы всех эле» ментов устройства осуществляет блок

14 синхронизации.

Перед началом измерения производят настройку режима ОС. В это время обкладки конденсаторов интеграторов

8 и 9 замкнуты и выходные сигналы с них равны нулю, а на 0С подают 9» .

При этом сигнал постоянной составляющей на выходе диссектора должен 40 соответствовать центральным участкам крыльев СЛ.

В режиме измерения обкладки конденсаторов размыкают и, если есть смещения изображения СЛ, то перемен- 45 ный сигнал с выхода диссектора после демодуляции воздействует на интеграторы 10 и 11, т.е. возникает сигнал обратной связи, который изменяет уровень постоянной состав- 50 ляющей 5» таким образом, что переменный сигнал (сигнал ошибки) уменьшается до нуля. Сигнал обратной связи меняется только при смещениях изображений СЛ, т.е. он как бы следит за СЛ. При Э„* 0 оба измерительных канала следят за одним иэображением СЛ. Разностный сигнал на выходе дифференциального усилителя 1.2 равен нулю, так как лучевая скорость, турбуленция воздуха в спектрографе 60 и механические деформации элементов спектрографа дают я измерительных каналах одинаковые сигналы.

Для пояснения пр,-цесса измерения с пространственной избирательностью 65 рассмотрим случай, когда зу имеет ступенчатую форму (фиг. 2) и экстремумы пространственной волны лучевой скорости совпадают с точками измерения. Причем максимумы волны (скорость источника излучения направлена по лучу зрения к наблюдателю) совпадают с нечетными точками измерения, а минимумы (скорость источника излучения направлена по лучу зрения от наблюдателя) — с четными.

Управление демодуляторами 8 и 9 разделяют по каналам сигнал лучевой скорости. Демодулятор 8 усредняет .сигналы смещения СЛ в максимумах волны, а демодулятор 9 усредняет GH1 » налы смещения СЛ в минимумах волны.

В динамике первый измерительный канал следит, за средней величиной смещения СЛ в четырех нечетных точках измерениЪ, а второй - в четырех четных точках измерения..

При движении пространственных волн вдоль щели 2 через точки измерения поочередно проходят максимумы, узлы и минимумы волн. В результате на выходе дифференциального усилителя 12 регистрируется переменный сигнал, который можно описать гармонической функцией, например, cd5 ио4 где ш — - круговая частота, T — - пе2 риод, — время.

Пространственная волна характеризуется амплитудой 30, длиной волны

Ли и фазовой скоростью Чф . Через эти параМетры можно выразить Ш. Поскольку для наблюдателя Т=3> JV>, то ц =И вЂ” " 1

В случае совпадения точек измерения с экстремумами волн мы имеем максимальные значения амплитуды выходного сигнала. При движении волн экстремальные значения амплитуд регистрируют в моменты времени .1 =-7 вЂ, где Ю - номер точки изме.е рения 4 h изменяется от 0 до й, обф щее число точек иэмереиия М+1), расстояния между соседними точками измерения, Ч - фазовая скорость

Волны (фиг ° 2) а

Для экстремальных значений амплитуд можно записать, заменив а) и ф через ггараметры пространственной волны, число точек измерения и расстоФнйе между двумя соседними точКИМИ

3 =2 cos ——

2Гл6 .n o

Учитывая, что в измерительных каналах .отдельно усредняют результаты измерений в четных и нечетных точках измерения, а на выходе диф1081435 N

3 (-4) с05 — гни| в=О

Составитель В. Алехнович

Редактор Т. Кугрышева Техред Л.Мартяшова Корректор В. Бутяга

«4М 4

Тираж 823 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д, 4/5

Заказ 153,6/34

Филиал ППП Патент, 1 . ужгород, ул. Проектная, 4 ференциального усилителя 12 имеют разность результатов усреднения, то для экстремального значения амплитуды регистрируемого сигнала справедР" ""3и) Ро г "+ и-1

3= й+1

Эта формула отражает пространственную избирательную способность предлагаемого способа измерения, Зарегистрированное амплитудное значение 3 зависит от отношения К /3q и от ь - числа точек измерения, т.е. числа усредняемых значений.

Предлагаемый способ измерения лучевых скоростей позволил в реально работающем приборе повысить прост1О ранственную избирательность пример но в 7 раз.

ЧрялеинС ЮЕюф-, тйб ИМЯ юйОИ

epu&eue деюофюцич7 Ьр Nярчтеиытекаа, Ad