Способ определения внутреннего масштаба турбулентности

 

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВНУТРЕННЕГО МАСШТАБА ТУРБУЛЕНТНОСТИ, согласно которому в атмосферу посылают два пучка оптического излучения, прини- 'мают его фотоприемником через точечную диафрагму, измеряют в каждом пучке излучения дисперсию флуктуации интенсивности и по отношению дисперсий определяют внутренний масштаб турбулентности, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и чувствительности, один из посыпаемых в атмосферу пучков широко коллимирован, а другой - расходящийся, и оба пучка посылают по трассам одинаковой длины.J3 X ^L_ Шт ^111>&1^^1 II ««Ш .,(Н ^< СФиг.!(ЛсS*^00 СО •vl

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

По ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н 4BTOPGKDMV СВИДЕТВЪСТВУ a)

Я (21) 2631698/18-25 (22) 20.06.78 (46) 30 ° 08,83. Бюл. М 32 (72) A.Ô, Жуков, И.П, Лукин и Р Ш. Цвык (71 институт оптики атмосферы Сибирского отделения AH СССР (53) 535 ° 322.4(088.8) (56) 1. Артемьев А.В., Гурвич А.С.

"Экспериментальное изучение спектров функции когерентности", "Иэв.вузов - Радиофизика", 1971, 14, Р 5, с. 734-738.

2 ° P.M.Livingston "Proposed Method

of Jnner Scale Measurement in a Turbulent Atmosphere",app1ied. optics",1972, Ц„Р 3, р. 684-687 (прототип).

„.,ЯО„„711837 A

Ц5П; d 01 N 21/47; 0 01 W 1/00 (54)(57) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВНУТРЕННЕГО ИАСШТАБА ТУРБУЛЕНТНОСТИ, согласно которому в атмосферу посыпают два пучка оптического излучения, принимают его фотоприемником через точечную диафрагму, измеряют в каждом пучке излучения дисперсию флуктуаций интенсивности и по отношению дисперсий определяют внутренний масштаб турбулентности, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и чувствительности, один иэ посылаемых в атмосферу пучков широко коллимнрован, а другой - расходящийся, и оба: пучка посылают по трассам одинаковой длины. ю е

1 7118

Ъ

Изобретение относится к области атвюсферной ойтики и мдтеорологии и

Мзжет быть использовано для дистанционного-определения внутреннего масштаба турбулентности. Внутренним масштабом турбулентности называют такой масштаб пространственного спектра турбу*ентных пульсаций иэ всей совокупности масштабов неоднородностей, который ограничивает сверху интервал диссипации. Интервал диссипации - 10 тот интервал пространственных масшта,бов, где происходит весь расход энергии турбулеитных пульсаций, Внутренний масштаб турбулентности является важным параметром для задач атмосферной оптики, так как от него зависят все статические характеристики флуктуаций интенсивности (или логарифма амплитуды) волны, распространяющейся в турбулентной атмосфере, Известен целый ряд способов определения внутреннего масштаба турбулентности по измерениям статических характеристик флуктуаций оптического излучения, прошедшего слой турбулент- 5 ной атмосферы.

Один иэ известных способов опре» деления внутреннего масштаба турбу лентности заключается в измерении пространственного спектра функции взаимной когерентности (1 ). 30

Недостатками метода являются сложность аппаратуры и низкая чувствитель но ст ь.

Наиболее близким техническим решением к данному изобретению является З5 способ определения внутреннего масштаба турбулентности, согласно которому в атмосферу посылают два пучка оптического излучения, принимают его отоприемником через точечную диа- 40 рагму, .измеряют в каждом пучке излу чения дисперсию флуктуаций интенсивности и по отношению дисперсий определяют внутренний масштаб турбулентности (.2) 45

Недостатком, этого способа является использование трасс различной длины что приводит к снижению точ» ности .за счЕт неоднородности турбулентности вдоль трасс распростране ния. Кроме того, использование двух трасс требует оборудования трех аппаратурных пунктов, Целью изобретения является повышение точности и чувствительности определения внутреннего масштаба турбулентности.

Поставленная цель достигается тем что один иэ посылаемых в атмо- сферу пучков широко коллимирован, а другой - расходящийся, а оба пучка 60 посылают по трассам одинаковой длины.

В отличие от известного в данном способе посылают два оптических пуч- ка с различной геометрией, например рарокий коллимированный пучок (диа- 65 метр источника больше,, чем ЬЛ3:, где 3 - длина волны света, L — - длина трассы) и расходящийся пучок (диаметр источника меньше, чем 0,2AT.), однако пучки проходят равные расстояния в. атмосфере до фотоприемников. При этом на длину измерительной трассы не накладываются какие-либо специальные условия, кроме малости дисперсий флуктуаций интенсивности по сравнению с 1.

На фиг. 1 изображена схема реали эации данного crroco6a; на фиг,2 графики, представляющие зависимость внутреннего масштаба турбулентиости гроот отношения дисперсий флуктуаций ийтенсивности плоской и сферической, волн.

Устройство, реалиэукщее да."..з способ, содержит лазер 1, дающий расходящийся пучок (сферическую волну), и лазер с коллимирующей сис- темой 2, дающий широкий коллимированный пучок (плоскую волну). Оба пучка направляют в атмосферу по измерительной трассе З.и принимают фотоприемниками 4,5, которые устанавливают за диафрагмами 6,7 и интер-,, Ференционными светофильтрами 8, 9 настроенными на длину волны лазеров. Электрические сигналы с фотоприемников 4,5, пропорциональные флуктуациям интенсивности оптического излучения, принимают устройством 10, измеряющим дисперсии флуктуаций интенсивности в плоской и сферической волнах и их отношение.

Изобретение осуществляется следующим образом.

По величине отношения дисперсии флуктуаций интенсивности в плоской волне к дисперсии Флуктуаций интенсивности в сферической волне и расчетной зависимости этого бтношения от 9$(см. Фиг.2) определяют внутренний масштаб турбулентности.

На фиг. 2 представлены графикИ зависимости внутреннего масштаба турбулентности от отношения дисперсий флуктуаций интенсивности плоской и сферической волн у.=Й (Д при различных значениях па амет à k L e

6 М,гд

k = 29Г(Л/1- И = 10 6 2- d"= 2 10 6

3 - Ф= 4.10 6 р 4 - У= б . 10-.6Ф .5-Ф=10, б- аР"= 210"

7 - сР"-. 10"4, Использование данного способа позволяет увеличить точность, чувствительность и упростить определение параметра Р по следукщим причинамс .

1, измерения могут проводиться на одинаковых трассах, что исключает влияние неоднородности турбулентности, возникающие при использовании трасс различной протяженйости, и повышает точность измерения С ;

2. так как на длину измерительной трассы не накладываются ограничения, Ф

711837

Редактор П. Горькова Техредй..Кастелевич Корректор " рдейи

Заказ 8037/2 Тираж 673 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 существенные в прототипе и связанные с необходимостью выполнения соотношения- независимости дисперсии флуктуаций интенсивности от 0В на более длин-. ной трасс4 .,то выбором протяженности трассы можно повысить значения диспер-5 сии флуктуаций интенсивности и, следовательно, увеличить чувствительность

3. этот факт также расширяет возможности при выборе измерительной трассы, а также требует оборудования лишь двух наблюдательных пунктов, вместо трех, необходимых в прототипе.