Устройство для измерения структурной

 

О П И С А Н И Е gg6325

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

Зависимое от авт. свидетельства №

Заявлено 28.Ч.1971 (№ 1664763/18-10) с присоединением заявки №

Приоритет

Опубликовано 14.Ч!.1973. Бюллетень № 26

Дата опубликования описания 31.1.1974

М. Кл. G 01п 21/46

G 01w 1/00

Государственный комитет

Совета Министров СССР но делом изобретений и открытий

УДК 535.321.9(088.8) Авторы изобретения

М. А. Воробьев, А. С. Гурвич и И. А. Старобинец

Заявитель

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СТРУКТУРНОЙ

ХАРАКТЕРИСТИКИ ПОКАЗАТЕЛЯ

ПРЕЛОМЛЕНИЯ АТМОСФЕРЫ - .Э 1 1L

Изобретение относится к области атмосферной о птики и может быть использовано для и змерения оптических характеристик атмосферы.

Известные устройства для измерения структурной характеристики показателя преломления атмосферы, содержащие источни|к и приемник излучения, диафрагму, опгическую систему и блок. регистрации световых потоков, пропущенн ых через атмосферу, не обеопечи вают возможности измерения искомого, параметра в 10 условиях турбулентной оптически неоднородной атмосфе,ры.

Для измерения HGKQMolo параметра в оптически .неоднородной атмосфере в предлагаемом устройстве диафрагма,раамекцена в фо- 1б кальной плоскости оптической системы на его тлавной оптической оси и выполнена в виде щели, ширина которой в 2 — 3 раза меньше диаметра кружка Эйри оптической системы, а длина — по меньшей мере в 3 раза больше 20 максимально возможного эффекти вното диаметра средней дифракционной KBpTHHtbl IB фокальной плоскости оптической фокусирующей системы.

На фиг.,1 лжазано описываемое уотройство 25 в состоянии, позволя ютцем проводить измерение средней освещенности в фокусе оптической фокусирующей системы; на фиг. 2 — то же, в состоянии, позволяющем проводить измерение полного потока лазерного излучения. 30

Излучение от источника света, например газового лазера 1, расширяется и коллимируется телескопической системой 2. После прохождения турбулентной трассы длиной L, на которой

2 измеряется структурная характеристика С„ воздуха, лазерное излучение попадает на приемную фокусирующую линзу 8, абберации которой сведены до минимума и кружок рассеяния близок к дифракционному. Лазерный пучок много шире диаметра Д приемной линзы.

B свою очередь диаметр линзы 8 выбирается из условия где Х вЂ” длина волны лазерного излучоппя. В силу нарушения когерентности лазерного излучения в условиях распространения его в турбулентной атмосфере дпфракционная картина в фокальной плоскости линзы сильно размы вается по,сравнению с невозмущенной.

В фокальной плоскости линзы вертикаль но размещена щель 4. Ширина ее d меньше диф ракционного размера невозмущенной турбулентностью картины, длина —.намного больше эффективной ширины размытой турбулентностью дифракционной картины.

П ри положении системы плоских зеркал

5 — 8 на фотоэлектронный умножитель (ФЭУ)

9 попадает световой поток, пропущенный щелью 4. Сигнал ФЭУ осредняется с помощью

386325

RC-цепи 10, 11, постоянная времени которой равна 20 сек, и регистрируется на ленте само,писца 12. По истечении одной минуты с начала регистрации светового потока через щель зеркала 5 и 8 переводят, например, при помощи кулачкового механизма из положения, изображенного на фиг. 1, в положение, изображенное на фиг. 2. Одновременно в RC-цепи

10, 11 переключается электрическая емкость

10 на меньшую, так что постоянная:времени

RC-цепи в положении и!рибора, изображенном

11а фиг. 2, рВВп3 3 сек. В эзом поло>кении прибора поток лазерного излучения, про:1ущснный линзой 8 и больн1с никакими элементамн оптической схемы недиафрагмируемый, направляется системой зеркал 5 — 8 на ФЭУ 9, сигнал которого после осреднения также регистрируется н а са м оп исце 12.

При установке система юстируется таким образом, что оптическая ось лазерного пучка, сформиро ва нного телескопической системой 2, оптическая ось линзы 8 и середина щели 4 совпадают. Правильную установку щели контролируют микроамперметром 18 по максимуму тока ФЭУ 9. Вертикальное расположениc щели 4 позволяет работать независимо от изменений вертикальной рефлекцни света при изменении стратификации воздуха.

ФЭУ 9 работает в линейной части световой характеристики. Нейтральный светофильтр 14 ослабляет полный поток для того, чтобы полный поток измерять в том же режиме ФЭУ 9, что и поток через щель 4. Интерференционный светофильтр 15 и корпус 1б приемника защищают ФЭУ 9 от фоновой засветки. Самописец 12 включается в режиме логарифми.рования входного сигнала. Разность отсчетов на ленте самописца 12 при переключении прибора от полного .потока к потоку через щель

4 пропорциональна логарифму отношения средних по времени значений освещенности в центре дифракционной картины и полного потока через линзу 8.

Использование измеряемых потоков и заданный режим работы прибора позволяют избавиться от влияния нестабильности излучения источника света и изменения прозрачноcTI1 атмосфер ьl. Как поксlзыв ает ocHQBBHHbIH па теории распространения света в турбулентной атмосфере расчет, отношение Д среднего светового потока через щель к полному потоку через линзу, выраженное в децибеллах, 5 равно

Д:2(31д(1 (ехр (— 2,92С LK В" х" );< (7с) FT /.1 о ю Q Iarccos х — х 1, 1 — х } xdx, 2к где К= —, 1 — фокусное рассто11нце линзы д, Л

Т вЂ” прозрачность светофиль гp;I 14.

15 Интеграл, стоящий в правоп части, вычислястся n;I электронной вьгчнслительной маши2 не, как функция аргумента С„У. при фиксированных для установки параметрах К и Д. По результатам расчета строят номограмму для

20 определения значения С,, на которой по од2

/2Dd 1 ,ной оси отложено значение Д = 2О10 ( кЛРТ), 2 а но другой C„„L. Номограмма таким образом универсальна для расчета С для любых длин трасс при фиксированных для прибора параметрах Р, d, Х, Р, Т.

Предмет изобретения

ЗО

Устройство для измерения структурной характеристики показателя преломления атмосферы, содержащее источник и приемник излучения, размещенные на концах измерительной

35 базы, диафрагму, оптическую фокусирующую систему и блок регистрации среднего по времени светового потока, отличающееся тем, что, с целью измерения искомого параметра в оптически неоднородной атмосфере, диафрагма

40 размещена в фокальной плоскости оптической системы на его главной оптической оси и вы; полнена в виде щели, ширина которой в 2 — 3 раза меньше диаметра кружка Эйри оптической системы, а длина — по меньшей мере в

45 3 раза больше максимально возможного эффективного диаметра средней дифракционной картины в фокальной плоскости оптической фокусирующей системы.

386325

Составитель С. Непомнящая

Техред Л. Богданова

Корректор А. Дзесова

Редактор С. Подольская

Типография, пр. Сапунова, 2

Заказ 8618/2 Изд. ¹ 1887 Тираж 755 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

Москва, Ж-35, Раушская наб„д. 4i5