Спектральный коррелятор

 

Использование: в области оптических измерений для измерения концентрации газовой смеси по длине трассы. Сущность изобретения: устройство содержит интерференционно-поляризационный фильтр, формирующую оптическую систему и электронно-регистрирующую систему. Установка формирующей оптической системы по ходу излучения после фильтра позволяет увеличить эффективность работы фильтра. Использование системы цифровой обработки, осуществляющей вычисление корня квадратного суммы квадратов сигналов, получаемых от двух каналов синхронного детектирования по первой и второй гармоникам модуляционной частоты, приводит к устранению влияния на результаты измерений спектрального сдвига фильтра, связанного с температурной нестабильностью оптических элементов и неточностями их изготовления. 1 ил.

Изобретение относится к оптическим измерениям, а именно к спектральным корреляторам, используемым для бесконтактного измерения концентрации газовой смеси по длине трассы, в частности при экологических исследованиях приземного слоя атмосферы.

Известен спектральный коррелятор, предназначенный для определения средней по трассе проходящего оптического излучения концентрации молекулярных газов NO₂ и SO₂.

Известное устройство содержит формирующую оптическую систему, интерференционно-поляризационный фильтр, фотоприемник и электронно-регистрирующую систему.

Недостатком известного спектрального коррелятора является низкая чувствительность и, как следствие, низкая точность измерений, особенно при использовании в УФ-спектральном диапазоне солнечного спектра, обусловленная необходимостью установки интерференционно-поляризационного фильтра в параллельном или слабо сходящемся (ϕ < 1,5^о) пучке светового потока излучения. Недостатком является также необходимость использования в интерференционно-поляризационном фильтре фазовой пластины строго определенной толщины, для чего последняя помещается в специальный нагреватель и при настройке всего прибора определяется температура, при которой фазовая пластина достигает необходимой толщины. Использование нагревателя делает прибор в целом инерционным и чувствительным к температуре окружающей среды.

Техническим результатом, достигаемым изобретением, является повышение точности измерений.

Указанный результат достигается тем, что в спектральном корреляторе, содержащем формирующую оптическую систему, интерференционно-поляризационный фильтр, включающий интерференционный фильтр, поляризатор, анализатор, модулятор и фазовую пластину, фотоприемное устройство и электронно-регистрирующую систему, содержащую предусилитель, к входу которого подключен выход фотоприемного устройства, генератор модуляционной частоты, подключенный к модулятору, и два канала синхронного детектирования по первой и второй гаpмоникам модуляционной частоты, первый из которых соединен со входом системы цифровой обработки, формирующая оптическая система установлена по ходу излучения после интерференционно-поляризационного фильтра, а выход канала синхронного детектирования по второй гармонике также соединен с входом системы цифровой обработки, которая выполнена с возможностью вычисления корня квадратного из суммы квадратов выходных сигналов обоих каналов.

На чертеже изображена оптико-электронная схема спектрального коррелятора.

Устройство содержит интеpференционный фильтр 1, поляризатор 2, анализатор 3, модулятор 4, двулучепреломляющую фазовую пластину 5, формирующую оптическую систему 6 (например, фокусирующий объектив), фотоприемник 7, предусилитель 8, генератор 9, высоковольтный усилитель 10, два канала синхронного детектирования 11, 12 и систему 13 цифровой обработки.

Спектральный коррелятор работает следующим образом.

Исследуемое излучение проходит через интерференционно-поляризационный фильтр, состоящий из интерференционного фильтра 1, поляризатора 2, электрооптического модулятора 4, двулучепреломляющей фазовой пластины 5 и анализатора 3, спектр пропускания которого совпадает на исследуемом участке с точностью до сдвига со спектром излучения, проходит через фокусирующий объектив и регистрируется фотоприемником.

Результатом установки фокусирующего объектива после интерференционно-поляризационного фильтра, а не до него является увеличение угловой апертуры принимаемого излучения, а следовательно более чем на два порядка увеличение светосилы спектрального коррелятора. Это обусловлено тем, что эффективность работы фильтра снижается с ухудшением коллимированности пучка, а при сжатии пучка расходимость увеличивается во столько раз во сколько сжимается пучок.

Для получения модуляции интенсивности электрооптический модулятор 4 управляется синусоидальным напряжением от генератора 9 и усилителя 10. От того же генератора получают опорные сигналы первой и второй гармоники частоты модуляции для двух каналов синхронного детектирования 11, 12.

По выходным сигналам каналов, при соответствующей ноpмировке в системе 13 цифровой обработки вычисляют квадратный корень суммы квадратов этих сигналов и, таким образом, устраняют влияние спектрального сдвига фильтра, связанного с температурной нестабильностью оптических элементов и неточностями их изготовления.

Для нормировки информационного сигнала используют систему АРУ для удержания стабильного уровня постоянной составляющей фототока.

Формула изобретения

СПЕКТРАЛЬНЫЙ КОРРЕЛЯТОР, содержащий формирующую оптическую систему, интерференционно-поляризационный фильтр, включающий интерференционный фильтр, поляризатор, анализатор, модулятор и фазовую пластину, фотоприемное устройство и электронно-регистрирующую систему, содержащую предусилитель, к входу которого подключен выход фотоприемного устройства, генератор модуляционной частоты, подключеный к модулятору, а также два канала синхронного детектирования по первой и второй гармоникам модуляционной частоты, первый из которых соединен с входом системы цифровой обработки, отличающийся тем, что формирующая оптическая система установлена по ходу излучения после интерференционно-поляризационного фильтра, а выход канала синхронного детектирования по второй гармонике также соединен с входом системы цифровой обработки, которая выполнена с возможностью вычисления корня квадратного из суммы квадратов выходных сигналов обоих каналов.

РИСУНКИ

Рисунок 1