Система для измерения поглощения лазерного излучения атмосферой

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛ И СТИЧ Е С КИ Х

РЕСПУБЛИК уц Г 01 J 3/02, Г О1 И 21/00

ОПИСАН И Е ИЗОБРЕТЕ Н И Я"",., Н ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

СФЕРпй, включающая источник лазерного излучения и прожектор, на оптических осях которых установлены приемные антенны, о т л и ч а ющ а я с я тем, что, с целью повышения точности измерений, лазер и прожектор установлены таким образом, что их оптические оси пересекаются, а в точке пересечения установлен зеркальный контротражатель, имеющий такие размеры отражающего поля, что отраженное от него излучение полностью перехватывается приемными антеннами, причем поля зрения и диаметры приемных антенн равны между собой. ленные таким образом, чтобы излучение от передатчика к приемнику проходило через исследуемую среду.

Известна система для обнаружения компонентов воздуха, которая содержит источник излучения и детектор, принимающий прошедшее через воздух излучение. Интенсивность прошедшего через слой воздуха излучения зависит от количества поглощающего газа, что позволяет определить его концентрацию.

Описанные выше системы позволяют, как правило, измерять поглощение посылаемого излучения исследуемыми средами в лабораторных условиях. Причем, обычно база системы не превыша" ет нескольких метров. Все это ограничивает чувствительность указанных приборов и их использование в

ГОСУДАРСТВ Е Н Н ОЕ ПАТЕ НТНО Е

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) (21) 24417?3/25 (22) 07.01.77 (46) 07.02.93. Бюл. Н 5 (71) Институт оптики атмосферы

СО AH СССР (72) В,Н.Маричев и A.В.Соснин (56) Патент Великобритании

N 1290903, кл. Г. 1 А, 1969.

Патент С !А Н 3702397, кл. 250-43-, 5 R, 1972, Byes R.Å. и др, Известия АН СССР, серия "Физика атмосферы и океана", т,4, 0 1, 1968. (54)(57) СИСТЕМА пЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПОГЛОЩЕНИЯ ЛАЗЕРНОГО ИЗПУЧЕНИЯ АТМОИзобретение относится к области исследования и анализа атмосферы с помощью оптических методов и может быть использовано для определения газового состава атмосферы базисным методом:

Известна система лля определения вещества по спектральному анализу, при котором через последующую среду пропускают два пучка перпендикулярно поляризованного света, один из пучков имеет узкую полосу частот и лежит в полосе поглощения, а другой - в полосе, где среда не поглощает. Поглощение определяют, сравнивая интенсивность прошедших через вещество компонентов. Система включает источник излучения перпендикулярно поляризованного света и приемники этого излучения, установ„;; . Ж „„680402 А1

680402 измерениях поглощения исследуемого спектрального излучения на длинных трасах в реальной атмосфере, Наиболее близкой по своей технической сущности является система для измерения поглощения лазерного излучения атмосферой, включающая прожектор, лазерный источник, на оптических осях которых установлены 10 приемные антенны. При этом проходящие через слой атмосферы излучение регистрируют и сравнивают электрические сигналы, пропорциональные интенсивностям этих излучений, Из сравнения сигналов определяют поглощение лазерного излучения атмосферой, Недостатком описанной системы является возникновение ошибок измерений в поглощении лазерного излучения, величины которых будут зависеть от соотношения геометрических параметров приемных антенн и пере.датчиков, а также тои метеорологи- 25 ческой ситуации на трассе, при которо" проводятся измерения. Pw устранения этого недостатка необходимо в лазерном и прожекторном каналах сделать равными расходимости пучков 30 излучения: поля зрения и диаметры приемных антенн.

Выполйение этих требований наталкивается на следующие трудности, При работе .в режиме полного перехвата угловые размеры луча лазера можно сделать такими, чтобы луч полностью перехватывался приемной антенной.

Однако, невозможно провести коллимирование прожекторного луча до угловых размеров луча лазера. А это ведет к возникновению ошибок. в определении количественного поглощения излучения лазера.

При работе в режиме неполного перехвата излучения приемными антеннами можно выровнить угловые размеры световых. пучков путем расширения ла50 зерного луча ло размеров прожекторного луча. Но это ведет к существенному снижению величины принимаемых сигналов по лазерному каналу и к увеличению ошибок измерении. При этом 55 изменение распределения. интенсивности излучения лазера по сечению пучка, что часто имеет место на практике, будет дополнительным источником ошибок измерений, Целью изобретения является повышение точности измерения поглощения лазерного излучения атмосферой при различных метеорологических ситуациях.

Поставленная цель достигается тем, что в известно" системе для измерения поглощения лазерного излучения атмосферой лазер и прожектор установлены таким образом, что их оптические оси пересекаются, а в точке пересечения установлен зеркальный контротражатель, имеющий такие размеры отражаю-. щего поля, отраженное от него излучение полностью перехватывается приемными антеннами, причем поля зрения и диаметры приемных антенн равны между собой.

Располагают приемные антенны и передатчики так, чтобы оптические оси соответствующих приемных антенн являлись зеркальным отражением оптических осей передатчиков, полученных контротражателем.

Принципиальным отличием предлагаемой системы от известной является то, что в ней установлен отражатель с ограниченным полем отражения, дающий возможность вырезать из прожекторного луча такую часть, которая полностью принимается антенной и расходимость которой равна расходимости лазерного луча.

На фиг 1 изображена система (вид сверху),. на фиг.2 - пересечение оптических осей приемных антенн и перелатчиков с плоскостью, параллельной плоскости контротражателя.

Система состоит из контротражателя, включающего зеркало 1 с установленной перед ним кольцевой диафрагмой 2; лазерного и прожекторного перелатчиков излучения 3 и 4, приемных антенн 5 и 6 с установленными в них диафрагмами поля зрения 7 и 8.

Работает система следующим образом.

Излучения лазерного 3 и прожекторного 4 источников направляются на контротражатель 1, который с помощью ограниченного поля, создаваемого диафрагмой 2, вырезает из прожекторного пучка луч, условные размеры которого равны условным размерам лазерного луча, и посылает оба луча в соответствующие приемные антенны

5 и 6. Лучи полностью перехватываются ими и собираются на Эотоприемник, по величине сигналов которых определяют поглощение лазерного излучения атмосферой.

При реализации предлагаемой сис-. темы возникает возможность устранить ошибки измерений поглощений лазерного излучения атмосферой, что достигается за счет создания одинаковых условий рассеяния излучений в обоих каналах. ,дополнительно по наводке отраженного излучения одного из каналов

68040

15

2 6 в соответствующую приемную антенну можно автоматически завести излучение второго канала в свою приемную антенну, если элементы приемо-передающей системы и контротражателя расположить согласно фиг,2. Здесь оптические оси приемников и передатчиков f . пересекаются в центре контротражателя.

Приемные антенны расположены относительно передатчиков таким образом, чтобы их оптические оси являлись отражением оптических осей лучей передатчиков, полученных контротражателем.

F80402

Корректор А.Мотыль

Редактор П.Филиппова Техред М.Моргентал

Заказ 1093 тираж Подписное

8НИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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