Способ измерения оптических характеристик рассеивающих сред

 

Способ измерения оптических характеристик рассеивающих сред относительно к области оптико-физических измерений. Цель изобретения - повышение точности измерений при наличии фоновой засветки и инструментальных ограничений на точность юстировки оптических осей излучателя и приемника. Способ заключается в предварительном измерении уровня фоновой засветки и смеси сигнала и фона при фиксированном значении угла поля зрения приемника, вычислении промежуточного параметра, характеризующего фоновую погрешность измерения, вычислении оптимального значения угла поля зрения. На основе решения приведенного в формуле уравнения, устанавливают угол зрения равным оптимальному и в дальнейшем осуществляют излучение оптического сигнала, прием и преобразование рассеянного оптического сигнала в электрический и вычисление искомых оптических характеристик. Благодаря проведению последовательности предварительных операций по определению оптимального значения угла поля зрения оптической системы удается минимизировать относительную погрешность измерений. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК гоп с! G 01 N 21/47, ) цг1Ла0- 1Ы ИКИ ! ЬГ101= i А

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4370783/31-25 (22) 01.02.88 (46) 30. 10.89. Бюл. Р 40 (71) Казанский авиационный инсгитут им. А.Н.Туполева (72) P.P.Агишев (53) 535.36(080.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N 300861, кл. G 01 W 1/00,.1971.

Авторское свидетельсгво СССР

Ф 731409, кл. G 01 W 1/00, 1980. (54) СПОСОБ ИЗ!!ЕРЕНИЯ ОПТИЧЕСКИХ

ХАРАКТЕРИСТИК PACCEHBAlOIigIX СРЕД (57) Способ измерения оптических характеристик рассеивающих сред огносится к области оптико-физических измерений. Цель изобретения — повышение точности измерений при наличии фоновой засветки и инструменгальных ограничений на точность юсгировки оптических осей излучателя и приемника.

Изобретение относится к on.гико-физическим измерениям и может быть использовано для контроля уровня аэрозольных загрязнений, в оптической локации и т.д.

Цель изобретения — повышение точности измерений при наличии фоновой засветки и инструментальных ограничений на точность юстировки оптических осей излучателя и приемника.

На чертеже изображена блок-схема ус гройства, реализующего предлагаемьп способ.

Л0„„1518730 А1

Способ заключается в предварительном измерении уровня фоновой засветки и смеси сигнала и фона при фиксированном значении угла поля зрения приемника, вычислении промежуточного параметра, характеризующего фоновую погрешность измерения, вычислении оптимального значения угла поля зрения. На основе решения приведенного в формуле уравнения, устанавливают угол поля зрения, равным оптимальному, и в дальнейшем осуществляют излучение оптического сигнала, прием и преобразование рас" сеянного оптического сигнала в электрический и вычисление искомых оптических характеристик. Благодаря про9 ведению последовательности предварительных операций по определению оптимального значения угла поля зрения оптической системы удается минимизировать относительную погрешность измерений. 1 ил.

Устройство содержит блок 1 управления, блок 2 формирования регулируе" мой задержки, блок 3 распределителя импульсов, onтическую систему приемника 4, фотоприемник 5, стробируемый усилитель 6, запоминающее устройство

7, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 8, вычислигель 9, излучатель 10, фотоприемник 11 опорного канала, элекгронный счетчик 12, генератор 13 гактовых импульсов, электромеханичес" кий привод 14 и регистратор 15 °

1518730

Способ осущес! вл1!!Ог слсдующил1 Обра 1ом.

В иск,,»ол1 состоянии при фикс рованпых зна .еHHHx дальностей от и1. учателя и приемника до центра визируемого объем» исследуемой среды К„ и К,, угловой расходимости излучения О„ и величине углового поля зрения прием— ника О, осуществляегся измерение 10 уровня поступающей фоновой засветки.

Для этого сигналом с блока 1 управления запускается блок 2 формирования регулируемой задержки, который осуществляе г временную расстановку управляю- щих сигналов. С его выхода сигнал по— ступает на вход блока 3 распределителя импульсои, также управляемого командами с блока 1 ° Распределите.!! импульсов (дел(ультиплексор, селектор) 20 направляег входные сигналы по адг.есам, поступающил1 на его управляющие .. ходы.

Фоновая засвеfка через оптическ 1" систему приемника 4 поступает иа ;,;o приемник 5, преобразуется в элек ри- 25 ческий сигнал и посгупае f на стробируемый усилитель 6. При поступлении на его управляющий вход стробируюг его импульса с блока 3 на выходе усилителя 6 появится импульс, амплитуда которого пропорциональна интенсивности фона. В заполп нающел1 ус гройстве 7, включающим в себя пиковый детекгор, операционный усилитель с высоким входным сопротивлением и сбросовый ключ, 35 это. импульс расширяется до необходимой для работы последующих ус гройств величины, преобразуется в цифровую форму в АЦП 8 и подаегся в вычислигель 9. Сброс запом»наюцего ус гройсi- 40 ва 7 и запуск АЦП 8 производится импульсами с блока 3 распределения импульсов.

Затем импульсом с блока 3 распре45 делителя запускаегся излучатель 10, который генерирует оптический импульс.

Часть рассеянного исследуемой средой излучения посгупит через опгическую систему приемника 4 на фотопри м50 ник 5 и усилитель 6, с выхода которого электрический сигнал, несущий ин— формацию о рассеивающих свойствах среды, через запоминающее устройство 7

H АЦП 8 подается в вычислигель 9. Временное положение и ширина строба с

55 блока 3 на усилитель б выбираюгся так, чтобы рассеянный средой cHI Hëë оказ»ll

"я внутри сi.роба

В момент излучения оптического сигнала выходным импульсом фотоприсмника 11 опорного канала, на которнй огводится часть зондирующего излучения, запускается электронный счетчик 12. На его счетный вход подаюгся тактовые импульсы с генератора

13 тактовых импульсов, который осуществляег синхронизацию блоков 1-3 и

АЦП 8 устройства. Сигналом с выхода фогоприемника 5, задержанным относигельно импульса фотоприемника 11 опорного канала на время прохождения световым сигналом расстояния от иэлучатепя через исследуемый объем до приемника, счетчик прекращает счет импульсов, и его выходной код, соответствующий измеряемой дальности, подается в вычислитель 9.

При известном расстоянии (базе) Ь между излучателем и приемником и выбранном угле рассеяния по измеренной величине К R + R можно легко о определить расстояния R u R . После о 1 э гого вычисляется параметр

Р () 6-(R,BJR, В,) .

Р () Ри(Д) где Р (О, ) и Р (e ) — измеряемые значения принятых фонового и суммарного сигналов при фиксированном значении

, — угла поля зрения приемной системы, R,, R, — расстояния от излучателя и приемника до центра визируемого объема, 8„— расходимость пучка излучения.

Затем решается уравнение — --- Я. — Збс Я вЂ” 18 с(П + Зс(й0 6 3 и

3 с

---Г1 — 0

6 гдеЯ=0 ;

q = (R,e,/R,) ; с = 9 т /Y — допустимая угловая погрешность юстировки (этот параметр характеризуетинсгрументальную точность оптико-механической системы конкретного устройства). Решение этого уравнения позволяет определить оптимальное значение угла ноля зрения 0 = 6 о, минимизирующее огносигельную погрешность измерений.

Ф о р м ул а с

0 ч

5 15107

Сигнал регулирования с выхода вычислигеля 9 подается на элекгромеханический привод 14, с помощью когорого угловое поле зрения оптической системы

5 приемника 4 выставляется равным оптимальному 0 . Это можно сделагь, например изменением диаметра отвер н я диафрагмы поля зрения приемной оптики (использовав, к примеру, ирисовую 1Q диафрагму), которая устанавливается обычно в фокальной плоскости объек.тива. Отметим, что после вычисления 8 возможна и ручная установка оптимального угла поля зрения приемной систе- 15 мыa

Далее по сигналу, переданному через блоки 1-3, излучатель 10 генерирует оптический импульс, рассеянное средой излучение принимается, измеряегся и подается в вычислитель 9 для вычисления искомой оптической характеристики (например, коэффициента рассеяния) по известным методикам. Результат вычислений выдается на регистратор 15.

Использование предлагаемого способа измерения оптических характеристик рассеивающих сред обеспечивает по сравнению с существующими способами 30 повышение точности измерений при работе в реальных условиях, т.е. при наличии интенсивной фоновой засветки и при неизбежности инструменгальпых ограничений на точность юсгиравки оптических осей излучагеля и приемника.

Оценим выигрыш в точности измерений коэффициента рассеяния для конкретных условий. Пусть допустимая ин- 40 струментальная ошибка юсгировки

= 3 2 10 рад, спектральная яркость фона дневного неба В = 1О Вт/м °

А стер (среднее значение для средних широт)..Тогда согласно способу по-45 лучим оптимальное значение В =2,5 мрад, погрешность d = 7Å. При усгановке неоптимальных значений И, например 1 и

6 мрад, относительная погрешность cóщественно вьппе У= 257., r е. налицо 50 выигрьпп в точности измерений приблизительно в 3,5 раза. изобретения

Способ измерения оптических характерис гик рассеивающих сред, заключающийся в том, что направляют в среду электромагнитное излучение, принимают рассеянное излучение, преобразуют рассеянное излучение в электрический сигнал и вычисляют искомые оптические характеристики, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений при наличии фоновой засветки и инструментальных ограничений на точность юстировки, предварительно определяют оптимальное значение угла поля зрения, для чего до направления электромагнитного излучения фиксируют значение угла 8 поля зрения приемной сис.гемы, измеряют сигналы P (6,) фоновой засветки, направляют в среду электромагнитное излучение, идентичное применяемому при измерениях, иэмеряюг сигнал P (0,) суммы рассеянного и фонового сигнала, определяют расстояние R и R, соответст венно от излучателя и от приемника излучения до центра измеряемого объема среды и расходимос гь &, пучка излучения, вычисляют параметр

P (В„) Ь-(R. Р.УК,e )

1 о ° г (e,)-г (e,) е, определяют оптимальное значение угла поля зрения 0 из уравнения

Q. — - -Я вЂ” ЗЬсЯз — 18cQQ2 + 3cQ Я—

О

3 где я =e

О = (R,e,å,) 2; с = 9 у4 g2

1 — допустимая абсолютная угловая ошибка юстировки, и устанавливают угол поля зрения приемной системы, равным оптимальному.

1518730

Составитель В. Калечиц

Редак гор Ю. Середа Техред. Л. Сердюкова Корректор Л.Патай

Заказ 6601/49 Тираж 789

Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул, Гагарина, 101