Устройство для определения оптических характеристик атмосферы

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОПТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК АТМОСФЕРЫ, содержащее блок управления, соединенный с импульсным источником зондирующего излучения и двумя фотоприемниками с квадратичным усилением, у одного из которых угол поля зрения охватывает зондирующий пучок и выход подключен к первому входу блока разности, а выход второго фотоприемника через усилитель подключен ко второму входу блока разности , выход которого через амплитудный анализатор подключен к первому входу блока сравнений, И два накопителя , вход одного из которых подключен к выходу коммутирующего ключа, один из входов которого соединен с выходом блока сравнения, причем выходы обоих накопителей подключены к регистрирующему прибору через блок деления, отличающее-, с я тем, что, с целью повышения точности измерений, оно снабжено блоком фиксации минимального уровня .сигнала и блокирукивдм ключом, входы которых подключены к выходу блока разности, выход блока фиксации минимального уровня сигнала подключен ко второму входу блокирующего ключа, к выходу параллельно подключены блок сравнения, второй накопитель и вход коммутирующего ключа. :д9 о эс д

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБ ЛИК (19) 00 з(др 6 01 3 1/44

АНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

OllHC

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

flO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3409760/18-25 (22) 22.03.82 (46) 15.07.84. Бюл.У26 (72) Г.Н.Балденков, Всев.M.Äóëüêèí, Вяч.N.Äóëüêèí, В.И.Козинцев, М.Н.Миленький и А.Б.Самедов (53) 535.241(088 ° 8) (56). 1. Авторское свидетельство СССР

И 390401, кл. 5 01 К 21/01, 1973.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке 162982113, кл. G 01 Й 21/01, 1981 (прототип). (54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ

ОПТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК АТМОСФЕРЫ, содержащее блок управления, соединенный с импульсным источником зондирующего излучения и двумя фотоприемниками с квадратичным усилением, у одного из которых угол поля зрения охватывает зондирующий пучок и выход подключен к первому входу блока разности, а выход второго фотоприемника через усилитель подключен ко второму входу блока разности, выход которого через амплитудный анализатор подключен к первому входу блока сравнений, и два накопителя, вход одного из которых подключен к выходу коммутирующего ключа, один из входов которого соединен с выходом блока сравнения, причем выходы обоих накОпителей подключены к регистрирующему прибору через блок деления, о т л и ч а ю щ е е — . . с я тем, что, с целью повышения точности измерений, оно снабжено блоком фиксации минимального уровня .сигнала и блокирующим ключом, вхо- ® ды которых подключены к выходу блока разности, выход блока фиксации минимального уровня сигнала подключен ко второму входу блокирующего ключа, к выходу котб юго параллельно подклю- Q чены блок сравнения, второй накопитель и вход коммутирующего:ключа.

11030ЯЗ

Изобретение относится к атмосферной оптике и метеорологии и применяется для измерения оптических параметров атмосферы, а также может быть использовано для контроля уровня 5 аэрозольных загрязнений как естественного, так и антропогенного происхождения. Известно устройство для определения оптических характеристик атмосфе- lO ры, содержащее источник излучения, два фотоприемника и блок обработ"ки (1) .

Недостатком известного устройства является низкая точность измерений. !5

Наиболее близким техническим решением к изобретению является устройство для определения оптических характеристик атмосферы, содержащее блок управления соединенный с импульсным исР точником излучения и двумя фотоприемниками с квадратичным усилением, у одного из которых угол поля зрения целиком охватывает зондирующий пучок и выход подключен к первому входу блока разности, а выход второго фотоприемника,- с углом поля зрения не перехватывающим зондирующий пучок, через усилитель подключен ко второму

ЗО входу блока разности, выход которого через амплитудный анализатор подключен к первому входу блока сравнения, и два накопителя, вход одного из которых подключен к выходу коммутирующего ключа, один из входов которого соединен с выходом блока сравнения, причем выходы обоих накопителей подключены к регистрирующему прибору через блок деления (2) . В известном устройстве блок управления одновремен- 4О но запускает импульсный источник из" лучения и два фотоприемника с квадратичным усилением. Сигнал обратногю рассеяния, попадающий только на один из фотоприемников, вместе с сигна45 лом фоновой засветки поступает в блок разности, где иэ него вычитается сигнал фоновой засветки, принятый вторым фотоприемником. Сигнал с блока разности подается на интегратор, где ведется накопление сигнала от начального момента времени до максимально возможного, определяемого свойствами аппаратуры (интеграл 3< )

Накопление сигнала на втором накопи- 55 теле начинается с момента времени, соответствующего уменьшению текущей амплитуды сигнала .е 10-20 раз по сравнению с начальной и до максимально возможного (интеграл 32). Данное устройство, определяющее прозрачность по отношению двух измеренных интегралов, позволяет получить необходимую для потребителей точность 253 только в атмосфере без ярко выраженных оптических неоднородностей (облако и др. ) (21 .

Недостатком известного устройства является возможность появления ошибок измерений прозрачности в существенно неоднородной атмосфере, например при зондировании под углом к горизонту, когда измеряется прозрачность атмосферы вдоль направления визирования пилота воздушного судна.

Появление в- этом случае облачного слоя на конце трассы зондирования дает выбрбс в сигнале рассеяния, который увеличивает значение малого интеграла J в большей степени, чем большого, а значит завышается отношение Jq(3„ т.е. прозрачность слоя атмосферы между точками в пространстве, соответствующими началу накопления J и 2, при этом облачный слой не попадает на промеряемый участок, т.е. истинное значение прозрачности не изменяется. Появление сильных сигналов от облаков связано с большими значениями членов индикатрис, ответственных эа рассеяние назад и со значительным вкладом в сигнал рассеяния от облака многократ" ного Рассеянного излучения.

Цель изобретения — повьппение точ-. ности измерений.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для определения оптических характеристик атмосферы, содержащее блок управления, соединенный с.импульсным источником зондирующего излучения и двумя фотоприемниками с квадратичным усилением, у одного иэ которых угол поля зрения охватывает зондирующий пучок и выход подключен к первому входу блока разности, а выход второго фотоприемника через усилитель подключен ко второму входу блока разности, выход которого через амплитудный анализатор подключен к первому входу блока сравнения, и два накопителя, вход одного из которых подключен к выходу коммутирующего ключа, один из входов которого соединен с выходом блока сравнения, причем выходы обоих накопителей. 1103083 подключены к регистрирующему прибору через блок деления, снабжено блоком фиксации минимального уровня сигнала и блокирующим ключом, входы которЫх. подключены к выходу блока разности, выход блока фиксации минимального уровня сигнала подключен ко второму входу блокирующего ключа, к выходу которого параллельно подключены блок сравнения, второй накопитель и вход 10 коммутирующего ключа.

На чертеже изображена блок-схема устройства.

Устройство содержит импульсный источник излучения 1, два фотоприем- 1s ника с квадратичным усилением 2 и 3, блок управления 4, блок разности 5, усилитель 6, амплитудный анализатор

7, блок фиксации минимального уровня сигнала 8, блокирующий ключ 9, блок сравнения 10, коммутирующий ключ 11, накопители 12 и 15, регистрирующий прибор 13 и блок деления 14. Блок управления 4 непосредственно подключен к источнику излучения 1 и фотоприем- 25 йикам 2 и 3. Фотоприемники 2 и 3 связаны с источником излучения таким образом, что угол поля зрения фотоприемника 2 целиком охватывает зондирующий световой пучок, а в угол поля Зр зрения фотоприемника 3 этот пучок не попадает. Фотоприемник 3 через усилитель 6. соединен с блоком разности 5, на другой вход которого подключен фотоприемник 2. Выход блока разности

5 непосредственно подключен к входам амплитудного анализатора 7, блока фик сации минимального уровня сигнала 8 и блокирующего ключа 9, второй вход которого соединен с выходом блока 8, 40 а выход - с первым входом блока сравнения.10 .и с накопителем 12 через коммутирующий ключ 11, а с накопителем 15 непосредственно. Вькод ампли- . тудного анализатора 7 соединен с вто-4 рым входом блока сравнения 10, выход которого соединен с вторым входом коммутирующего ключа 11. Выходы накопителей 12 и 15 присоединены к блоку деления 14, который связан с регистрирующим прибором 13.

Устройство работает следующим образом.

До начала зондирования блок управления 4 включает оба фотоприемника

2 и 3, на вход которых одновременно поступает фоновое излучение. Сигнал с фотоприемников 2 и 3 направляется в блок разности 5 при этом с фотоприемника 3 через усилитель 6. Регу лировкой усилителя 6 сигнал с фотоприемника 3 усиливают таким образом, чтобы на выходе блока разности 5 получалось нулевое значение. Таким образом, компенсируют попадающую на фотоприемник 2 фоновую составляющую сигнала. Далее блок управления 4 одновременно запускает источник излучения

1, который направляет импульс излучения в атмосферу и фотоприемники

2 и 3.

На фотоприемник 2 поступает обратнорассеянный сигнал и фоновая составляющая, которые после преобразования в фотоприемнике в виде электрического сигнала направляются в блок разности 5. На фотоприемник 3 поступает только фоновая составляющая сигнала, которая после прохождения усилителя 6, компенсирует аналогичную составляющую в рабочем канале — фотоприемнике 2.

Таким образом, на выходе блока разности 5 формируется полезный сигнал, обусловленный только обратным рассеянием излучения атмосферой. Сиг-: нал с блока разности 5 разветвляется и поступает на входы амплитудного анализатора 7, блока фиксации минимального уровня сигнала 8 и блокирующего ключа 9, нормальное положение которого открытое, поэтому сигнал поступает на входы блока сравнения 10, коммутирующего ключа 11 и накопителя 15. Нормальное положение ключа - закрытое, поэтому сигнал на накопитель 12 не поступает.

Амплитудный анализатор 7 фиксирует максимальное значение эхо-сигнала, которое соответствует полному вхождению зондирующего светового пучка в поле зрения фотоприемника

2 и выдает это значение на вход блока сравнения 10, на другой вход которого поступает текущее значение эхосигнала. Порог блока сравнения !О устанавливается таким образом, чтобы эти значения сравнялись при уменьщении текущего значения эхо" сигнала в 10-30 раз. Момент сравнения будет соответствовать дистанции, на которой накопленный сигнал входит в режим насыщения. После этого блок сравнения выдает команду на открывание коммутирующего ключа 11 и сигнал r выхода блокирующего

1103083 ключа 9 через ключ 11 поступает на вход накопителя 12, где производится. его накопление до момента времени, соответствующего спаданию текущего значения эхо-сигнала до уровня шумов. 5

Для фиксации этого момента и служит блок фиксации минимального уровня сигнала 8. На вход этого блока поступает текущее значение эхо-сигна/ ла, которое постоянно сравнивается с предварительно установленным уровнем (соответствующим, например, уровню

Шумов). Блок 8 выдает сигнал на закрывание блокирующего ключа 9, если уровень эхо-сигнала упал ниже установленного минимального уровня и не превысил его в течение некоторого времени, которое определяется из соображений исключения случайных срабатываний в неоднородной атмосфе- 2О ре. Таким образом, закрывание блоки.рующего ключа 9 предотвращает дальнейшее поступление сигнала на накопители и исключает, возможность ошибки измерений из-за вклада сигнала от удаленного облака и из-за вклада от шума, который также блокируется.

Накопленные сигналы с накопителей

12 и 15 направляются в блок деления

14, а результат деления, равный прозрачности атмосферы, поступает в регистрирующйй прибор 13, где может осуществляться его дальнейшая обработка с целью определения коэффициента рассеяния. г

Изобретение позволяет естественным образом ограничить время накопления сигнала, исключив вклады от удаленных плотных метеообразований и тем самьм реализовать корректное е измерение прозрачности слабонеоднородной атмосферы с высокой плотностью.

Что особенно существенно, при этом исключаются обнадеживающие прогнозы (с завышением прозрачности), которые крайне опасны при метеообслуживании авиации.

Так как коэффициент рассеяния пропорционален величине массовой концентрации аэрозоля, то таким образом можно контролировать общую степень загрязненности окружающей:среды аэро" .золем как естественного, так и антропогенного,происхождения.

ВНИИПИ Заказ 4943/30

Тираж 823 Подписное.

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4