Устройство для измерения структурной характеристики показателя преломления турбулентной среды

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СТРУКТУРНОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПОКАЗАТЕЛЯ ПРЕЛОМЛЕНИЯ ТУРБУЛЕНТНОЙ СРЕДЫ, содержащее установленные в корпусе по ходу луча источник излучения, коллимирующую оптическую систему, светоделительную пластинку, светофильтры и два фотоприемника, подключенные к блоку регистрации, о т. личающееся тем, что с целью расширения области применения, в него дополнительно введены подвижный модуль, прикрепленный с помощью направляющих к наружной стенке корпуса и два чувствительных элемента в виде плоскопараллельных пластин с закрепленными на их рабочих поверхностях призмами и с отражающими покрытиями на торцах, причем один чувствительный элемент установлен в подвижном модуле и оптически связан с помощью гибкого световода и согласующей системы с одним из фотоприемников, а другой чувствитель- S ньм элемент установлен в корпусе (Л по ходу луча перед светофильтром другого фотоприемника.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (19) ((() 4(51) G 01 N 21/41 р. К„

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

° «4

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ н латогсноью свидетельств (21) 3582082/24-25 (22) 21.04.83 (46) 07.04,85. Бюл. ¹ 13 (72) В.Н. Стасенко, В.Т. Савостьяненко, Н.Б. Нечаева и А.И. Крыжановская (53) 535.321.9(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

¹ 386325, кл. С 01 N 21/46, 1971.

2. Авторское свидетельство СССР № 568876, кл. С 01 N 21/46, 1975 (прототип). (54)(57) УСТРОЙСТВО ЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

СТРУКТУРНОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПОКАЗАТЕЛЯ ПРЕЛОМЛЕНИЯ .ТУРБУЛЕНТНОЙ СРЕДЫ, содержащее установленные в корпусе по ходу луча источник излучения, коллимирующую оптическую систему, светоделительную пластинку, светофильтры и два фотоприемника, подключенные к блоку регистрации, о т.— л и ч а ю щ е е с я тем, что с целью расширения области применения, в него дополнительно введены подвижный модуль, прикрепленный с помощью направляющих к наружной стенке корпуса и два чувствительнык элемента в виде плоскопараллельных пластин с закрепленными на их рабочих поверхностях призмами и с отражающими покрытиями на торцах, причем один чувствительный элемент установлен в подвижном модуле и оптически связан с помощью гибкого световода и согласующей системы с одним из фотоприемников, а другой чувствитель- Я

9 ный элемент установлен в корпусе по ходу луча перед светофильтром другого фотоприемника.

С::

1149145

<О г рр

Изобретение относится к океанологическим и атмосферным ?(сследованиям и может быть использовано при создании дистанционных устройств комплексного определения параметров морской среды.

Известно устройство для измерения структурной характеристики показателя преломления атмосферы, состоящее из источника и приемника излучения, диафрагмы, оптической фокусирующей системы и блока регистрации среднего по времени светового потока !11 .

Педостатками устройства являются сложность конструкции я низкая точность язмереiièé. (1аиболее близким по технической сущпос гя к изобрс тению яьс!яется уст— ройс fno для измерения с fp5"I< гурнсй х=if:актеристики показателя преломлен?!я турбу. !å I T?Io?? среды, содержащее уст;1нсв.(енные в корпусе по ходу лу-?п исто пик излучения, коллямирую(цую слтя !О скую систему, светоделягель.(у?с) п.-астинку, светофильтры я

1-Ва Я)ОТО(1»)ЯРМ(эиl" а э ПОД КЛЮ)-P Е(НЫЕ К блоку )cf . страцяи (2) .

H"JocT:EòIi((ях расстояниях яеме р?< -»Ль(х — n» с

Пе (ь изобретения — расширение (" <б ?1 ) э f H»» Э ?<» < Г;. » Е Н И Я

Поставпен ая це (ь достя?.ается тем» (то il устройство;пя измерения стр<,к (урно?! Ка()((к! еря.„--, IE

ДО!(OJI((H1 Е Ib?1<Р H(J»»ДЕ?lhl r(О (В((,<Н(ЬЯ(модуль, прикрепленный с помощью направляющих к наружной стенке кор< Г\

?(Уса H ДВ а (Iyl(C TE! iH I(8 TО1)пах»!ри чем Один чувствятепьный э?е((е?!т установ)(г?! в подвиж?(о(! мод) Ip и Оптя (с ски CBR зан с (

H C.ОГ На C y Ющ< I Г! (Т ГгЛ! l С О, I?(H 4 ЯЗ фотоприемников, а другой чувствительный элемент установлен.в корпусе по ходу луча перед светофильтром другого фотоприемника.

На чертеже изображена схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит источник 1 излучения, модулятор 2, коллимирующую оптическую систему 3 и 4, светоделительную пластинку 5, поворотные зеркала 6-8, светофил, — 11

» гибкий световод 12, две плоскопараллельные пластинки 13 и 14 тига .!1юммера, два фотоэлектронных умножителя 15 16, согласую(цие ((инзы

17-20, предварительные усилители

21-23,датчик ?4 давления., направляющую 5 перемещения подвижного моду ) С ля 26 с чувствительным элементом (и(!аст(лнкой(14, кабельну?о ли IH?J 27, преобразователь 28 электрических сигналов и блок 29 регистрации.

Устрояство работает следующим образом.

Световой поток от источника 1 излучения (ОКП(модулируется с помощью модулятора 2, расширяется и коллямHpóåòñÿ сптической системой

3 и 4. Светоделятельной пластинкой э с большим коэффициентом отражения, чем пропускания, световой поток делятся на два пучка, причем для вы— равпивания пучков применяется светофильтр 9 типа H(. Пучок света, прошедший пластинку 5 и отклоненный зеркалом 6, попадает на светофильтр 9, призму 30 и пластинку 13» Пучок све— та многократно отражается от рабочих

1(ОБ(рхностсй пластинки 13 под углОм» близким к углу полного внутреннего

Отражения. Призма 30, наклеенная на поверхность пластинки 13 cf(óæHT для уменьшения потерь света ч "-меньшения размеров чувствительного элемента.

Рабо !ая час гь пластинки находится в ясс:(едуемой сре»?е. Световой поток, прс)шс д(иий пластинку 13, отклоняющее верка;10 7 я светофилыр 10» предназначс Нный для 5<меньшеняя влияния спектральной составляюшей фоновой засветки попа;.(ает чере з согласующую линзу 1 7 на фотоэлектронный ум— ножптель 15, сигнал с которогo после предварятерльпогo усилителя 21 по<-ту— пает по кабе.!ьной линии 27 в блок 28 преобразования "-(ектрическс) () сиг— нала. Другая ча(.ть с.ветово< О потока послp Г нетоделитс ьнои 11)(а ".тинки 5

1149145

D„(r) g и (r) о "«4о о

D (r) — структурная функция показателя преломления;

r — расстояние, на котором производят измерения; — внутренний масштаб турбулентности (от нескольгде попадает на согласующую линзу 18, гибкий световод 12, коллимирующую линзу 19, призму 31, пластинку 14 и и после многократного отражения через светофильтр 11 и линзу 20 поступает на фотоэлектронный умножитель

16, сигнал с которого после предварительного усилителя 22 поступает по кабельной линии 27 в блок 28 преобразования электрических сигналов ° 10

Гибкий световод 12 одним концом жестко закреплен в корпусе устройства

32, а другим концом — в вынесенном в среду подвижном модуле 26, в котором установлена пластинка )4, что позволяет совершать перемещение вынесенного чувствительного элемента

14 по направляющей 25. Одновременно с поступлением сигналов, пропорциональных показателям преломления сре- 2ц ды с электронных устройств 15, 21 и

16, 22, в преобразователь 28 через усилитель 23 поступает сигнал от датчика 24 давления, пропорциональный величине избыточного давления.

В преобразователе 28 по сигналам, пропорциональным величинам n <,,n и избыточному давлению (глубине Н), определяется осредненное значение разности показателей преломления 6 и и вычисляется структурная характеристика показателя преломления С на

2 и основе формулы ких миллиметров до 1 см);

1, — внешний масштаб турбуо лентности (от десятков сантиметров до метров).

Использование разности двух измеряемых потоков для определения градиента показателя преломления и структурной характеристики показателя преломления турбулентной среды позволяет устранить влияние нестабильности излучения источника света, приводит к уменьшению уровня фоновых засветок. Определение разности уровней выходных потоков по отраженной компоненте падающего потока позво-, ляет избежать учета потерь на рассеяние в турбулентной морской среде, а также уменьшить влияние аберраций на искажение выходного светового потока, что приводит к значительному снижению требований к точности изготовления оптических элементов устройства. Установка чувствительных элементов предлагаемого устройства в специальном обтекателе позволяет устранить влияние гидродинамических наложений, возникающих во время зондирования.

Изобретение позволяет получить т значения Сп как для воздушной, так и морской среды на разных глубинах и разных, в том числе малых, базовых расстояниях, а также одновременно получить распределение градиента показателя .преломления и абсолютного значения показателя-преломления, приведенного к центру базы, по глубине, определить характеристики изменчивости показателя преломления на разных глубинах (например, числа Кокса), что дает возможность определить элементы микроструктуры гидрооптического поля.

Состалитель В. Кралцол

Редактор >, Н1рколедкая Техред С.Геге- а 1<,оррек -.op 11, Силидкая

Закал 1Я/1/29 Тираж 897 Подписное

В!11ИП 1 1 >с;дарстленного комитета СССР

",:о пе.па" нз Лретений и открытий

1; ii;, ".; .;i а,, 1- 5, Раушская наб., д. 4 !5

"я --"= i (11 1 Г1; r" л ", г „Ужгоро i, ys: . 11роектная,