Способ измерения допплеровского смещения спектральных линий

 

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ДОППЛЕРОВСКОГО СМЕЩЕНИЯ СПЕКТРАЛЬНЫХ ЛИНИЙ, основанный на регистрации одной и той же спектральной линии источника с помощью двух дифракционных решеток спектрографа и измерении разности их положений, по которой судят о допплеровском смещении, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и расширения класса исследуемых объектов, регистрируют спектральную линию источника в правом порядке интерференционной картины первой дифракционной решетки и левом порядке того же номера интерференционной картины второй дифракционной решетки. На регистрацию ШЛЛГплл

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (59 4

/ф

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ASTOPGHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3461190/24-25 (22) 05.07.82 (46) 23.10.85. Бюл. № 39 (72) С. А. Дружинин (71) Сибирский институт земного магнетизма ионосферы и распространения радиоволн СО АН СССР (53) 535.853 (088.8) (56) Никулин Н. С., Северный Б. А., Степанов В. Е. Измерение слабых магнитных полей и лучевых скоростей.— Астрономический циркуляр, 1957, № 183, с. 9..

Патент США № 2453164, кл. 356 — 79, 1948.

„„SU„„1186963 А (54) (57) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ДОППЛЕРОВСКОГО СМЕЩЕНИЯ СПЕКТРАЛЬНЫХ ЛИНИЙ, основанный на регистрации одной и той же спектральной линии источника с помощью двух дифракционных решеток спектрографа и измерении разности их положений, по которой судят о допплеровском смещении, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и расширения класса исследуемых объектов, регистрируют спектральную линию источника в правом порядке интерференционной картины первой дифракционной решетки и левом порядке того же номера интерференционной картины второй дифракционной решетки.

1 186963

Изооретение относится к способам измерения допплеровоского смещения спектральных линий (СЛ), в частности СЛ солнечного происхождения.

Цель изобретения — повышение точности и расширение класса исследуемых об ьектов.

На чертеже приведена функциональная схема устройства для измерения допплеровского смещения.

Устройство имеет входную щель 1 спектрографа, коллиматорное зеркало 2, первую дифракционную решетку 3, вторую дифракционную решетку 4, камерное зеркало 5, первое изображение 6 спектральной линии, второе изображение 7 спектральной линии, диссектор 8 с фокусирующей отклоняющей системой, демодуляторы 9 и 10, интеграторы 11 и 12, коммутатор 13, блок 14 синхронизации, блок 15 управления отклоняющей системой (ОС), дифференциальный усилитель 16.

На чертеже также показан увеличенный фрагмент, поясняющий распределение интенсивности в первом и втором изображении спектральной линии 17.

Входная щель 1 спектрографа расположена в фокальной плоскости коллиматорного зеркала 2, которое из прошедшего через шель 1 света формирует параллельный пучок в направлении двух диспергирующих элементов (дифракционные решетки

3 и 4). Половина света параллельного пучка падает на первую решетку 3, а вторая половина — на вторую решетку 4.

Дифракционные решетки 3 и 4 сориентированы одна относительно другой так, что камерное зеркало 5 строит два изображения 6 и 7 одной спектральной линии в спектрах с одинаковым номером порядка, при этом один из спектров относится к левым порядкам первой решетки, а другой— к правым порядкам второй решетки. Направления дисперсии в спектрах противоположны и по величине равны. Наклоном осей вращения дифракционных решеток 3 и 4 устанавливают разведение спектров по высоте в фокальной плоскости спектрографа, чтобы исключить блендирование исследуемой

СЛ другими линиями, которое возможно при наложении спектров. При такой оптической схеме допплеровское смещение СЛ приводит к сдвигу в разных направлениях ее изображений в разведенных спектрах, а смещение изображений вследствие шума спектрографа происходит синфазно.

Оба изображения исследуемой СЛ направляют на фотокатод диссектора 8. Диссектор 8 имеет фокусирующую отклоняющую систему. Свет, падающий на фотокатод, выбивает электроны. Фокусирующее магнитное поле обеспечивает перенос электронного изображения с фотокатода в направлении диафрагмы, имеющей вырезывающее отверстие. С помощью сигнала 18

15 отклонения в направлении дисперсии спектрографа $„,>, подаваемого на ОС диссектора 8, путем электронного сканирования поочередно измеряют интенсивности света в крыльях СЛ. Сигнал S„, .ñîçäàåò магнитное поле, отклоняющее поток электронов в направлении дисперсии. Поток отклоняют так, что в вырезыва ющее отверстие диафрагмы поочередно попадают электроны, соответствующие средним участкам крыльев

СЛ (фиг. 1 фрагмент 17, а, б, в и г). Эти электроны усиливаются динодной системой и попадают на анод.

Для опроса крыльев обоих изображений, разведенных по высоте, на ОС подают сигнал 19 $„„„прямоугольной формы,отклоняющий поток электронов перпендикулярно направлению дисперсии. Частота S „„B два раза меньше частоты $„, . Сигналы

$хотмли $уоткх формируются В блоке 15 уп равления ОС по сигналам с блока 14 синхронизации.

В динамике крылья изображений 6 и 7 опрашивают поочередно: в соответствии с

$хоукл опрашивают крылья изображения 6

СЛ в первый полупериод $ „,о„а во второй полупериод Sz« опрашивают крылья изоб 5 ражения 7, далее все повторяют.

Если изображения СЛ на фотокатоде диссектора 8 расположены так, что при сканировании их в вырезывающее отверстие попадают электроны, соответствующие средним участкам рыльев СЛ, то на выходе диссектора переменный сигнал на частоте S„«, равен нулю.

Возможные смещения изображений СЛ относительно опрашиваемых точек фотокатода вызывают появление переменного сигнала на частоте S,.,òàê как точкам а, о, в и г соответствуют участки контура СЛ с неодинаковой интенсивностью. Этот переменный сигнал демодулируют и интегрируют в измерительных каналах. Демодулятор 9 и интегратор 11 образуют первый, а демодуля40 тор 10 и интегратор 1 2 — второй измерительные каналы. Демодуляторы 9 и 10 работают поочередно — в течение одного полупериода S„„„,ðàáîòàåò один, а в течение другого полупериода — второй. Управление демодуляторами выполняет блок 14 синхронизации. Выходные сигналы с демодул яторов 9 и 10 поступают на интеграторы 11 и

12. Состояния интеграторов 11 и 12 изменяются только при наличии входных сигналов. Если сигналы с демодуляторов 9 и 10

50 отсутствуют, то интеграторы 11 и 12 сохраняют свои состояния. Сигналы с ин геграторов 11 и 12 через коммутатор 13 поступают на блок 15 управления в виде сигналов обратной связи, где они суммируются в

$х„„и образуют следящую обратную связь.

55 Постоянные времени интеграторов 11 и 1? равны и более чем на два порядка превосхо дят период S к, поэтому переходные процессы в обоих каналах протекают одина11869бЗ

Составитель В. Алехнович

Техред И. Верес Корректор В. Бутяга

Тираж 896 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, )К вЂ” 35, Раушская наб., a. 4/5

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Редактор О. Бугир

Заказ 6536 44 ково. Разность между выходными напряжениями интеграторов 11 и 12 регистрируют через дифференциальный усилитель 16.

Перед началом работы производят настройку режима ОС. В это время обкладки- « конденсаторов интеграторов замкнуты и выходные сигналы с них равны нулю, а на ОС подают Sxоткп. и Ьуоткп., амплитуду которых задают в соответствии с величиной разведения спектров по высоте и полушириной изображений спектральной ли- 10 нии. При этом сигнал постоянной составляющей на выходе диссектора должен соответствовать центральным участкам крыльев

СЛ.

С переходом на режим измерения обкладки конденсаторов размыкают, и, если есть смещение изображений СЛ переменный сигнал с выхода диссектора после демодуляции воздействует на интеграторы 11 и 12, т. е. появляется сигнал обратной связи, которь1й изменяет S„, таким образом, что переменный сигнал — сигнал ошибки уменьшается до нуля. Сигнал обратной связи меняется только при смещениях изображений т. е. он, как бы следит за ними.

B процессе измерения каждый из измерительных каналов следит за соответствующим изображением СЛ. Если оба изображения линии смещаются синфазно (щум спектрографа), то в разностном сигнале это смещение не регистрируется. В случае допплеровского смещения на выходе дифференциального усилителя регистрируется сигнал удвоенной амплитуды благодаря разнонаправленному смещению изображений б и 7..

Дифференциальное измерение взаимного положения двух изображений одной

СЛ, имеющих разное направление дисперсий, позволяет повысить точность за счет того, что измерения проводят с одним и тем же контуром СЛ, и значительно расширяет возможность по выбору исследуемых линий.

Для солнечных наблюдений можно теперь использовать немагнитные СЛ.

Это важно при наблюдении солнечных пятен, где сильные магнитные поля.