Способ измерения флуктуаций угла прихода излучения

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 868496

Союз Советскик

Социалмстмческмк

Республик (72) Авторы изобретения

С. М. Горский и И. Е. Кожеватов

Горьковский ордена Трудового Красного Знамени -научноисследовательский радиофизический институт (7I ) Заявитель (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ФЛУКТУАЦИЙ УГЛА ПРИХОДА

ИЗЛУЧЕНИЯ

Изобретение относится к экспериментальной радиооптике и может быть использовано для измерения как непосредственно флуктуаций угла прихода излучения в радиолокации, радионавигации„ радиоастрономии и т.д., так и для измерения флуктуаций коэффициента преломпения жидкостей и газов.

Известен способ определения флуктуаций угла прихода излучения, в котором излучение от источника света определенной формы пропускают через среду с флуктуирующими параметрами.

Иэображение источника проецируют на теневую диафрагму, форма которой совпадает с формой изображения, о флуктуациях угла прихода излучения судят по току фотодетектора, расположенно= го эа диафрагмой 1 1.

Недостатком способа является малая точность измерений, обусловленная зависимостью тока фотодетектора от неконтролируемых свойств среды, например поглощения в ней излучения, что приводит к неоднозначности интерпретации полученных данных.

Наиболее близким к предлагаемому является способ измерения флуктуаций угла прихода излучения, основанный на пропускании излучения от точечного источника света через среду с флуктуирующиии параметрами и формировании изображения источника.

О флуктуациях угла прихода излучения судят по изменению положения изображения источника света. Положение иэображения регистрируется путем сканирования его относительно щели, размер которой того же порядка, что и размер иэображения (2 ).

Недостатком известного способа является низкая точность измерений, 20 вызванная сглаживающим действием щели, и как следствие этого невозможность измерения малых флуктуаций и исследования сред малой протяженности.

868496

Цель изобретения — повышение точности измерений флуктуаций угла прихода излучения.

Поставленная цель достигается тем, что в способе измерения флуктуаций угла прихода излучения, основанном на пропускании излучения от точечного источника света через среду с флуктуирующими параметрами и формировании . изображения источника, преобразуют из- о лучение от точечного источника так, чтобы параллельный пучок лучей, пропущенный через среду с флуктуирующими параметрами, разлагался на монохроматические спектральные составляющие, для которых формируют изображение источника, выделяют участок изображений источника, по которому формируют интерференционную картину и измеряют ее фазу при фиксированной раз— ности хода лучей.

На чертеже представлен вариант блок-схемы устройства, реализующего предлагаемый способ.

Устройство содержит оптически связанные точечный источник 1 света, коллиматор 2, диспергирующий элемент 3, объектив 4,щелевую диафрагму 5 и интерферометр 6 Майкельсона. Источник

1 света имеет равномерную спектральную яркость в интервале длин волн где jL о — центральная длина волны. Между коллиматором 2 и диспергирующим элементом 3 располагается среда 7 с флуктуирующими парамет; рами. Интерферометр 6 содержит подвижное 8, делительное 9 и неподвижное IO зеркала и электрострикционный элемент 11, который обеспечивает перемещение подвижного зеркала 8 по пило- 40 образному закону с амплитудой Ap/2. Элемент 11 соединен с генератором 12 пилообразного напряжения который под1 ключен к генератору 13 опорного сигнала. На выходе интерферометра 6 последовательно расположены линза 14

Фабри, фотодетектор 15, селективный усилитель 1: и фазометр 17. Селективный усилитель настроен на частоту, f обратную периоду пилообразного напряжения. Один из входов фазометра

17 соединен с выходом селективного усилителя 16, а второй — с генератором 13 опорного сигнала. Выход фазо/ метра подключен к регистрирующему 55 устройству 18.

Способ осуществляется следующим образом.

Расходящийся пучок лучей от источника 1 преобразуют в параллельный ,пучок с помощью коллиматора 2. Затем пропускают параллельный пучок лучей через среду 7 с флуктуирующими параметрами. С помощью диспергирующего элемента 3 преобразуют параллельный пучок лучей, прошедший через среду 7, в набор монохроматических лучей с фиксированным направлением распространения для каждой спектральной составляющей, В фокальной плоскости объектива 4 строят набор изображений источника 1, причем каждой спектральной составляющей соответствует свое изображение источника. При прохождении излучения через среду 7 с флуктуирующими параметрами угол падения лучей на диспергирующий элемент 3 непрерывно меняется. При этом положение изоб-. ражения источника 1, соответствующее каждой спектральной составляющей, также непрерывно изменяется. С помощью щелевой диафрагмы 5 выделяют по оси

X участок спектра(Л << .+ Д 1.), где

). 4 =Ъ (0(,4 ) Л „— центральная длина волны излученйя, прошедшего через щелевую диафрагму 5; с(4 — угол паде— ния лучей на диспергирующий элемент 3.

С помощью интерферометра 6 Майкель— сона формируют из этой части спектра интерференционную картину. Измеряют .фазу интерференционной картины при фиксированной разности хода лучей.

Для измерения фазы считывают участок интерференционной картины, равный одному периоду. Для этого с помощью электрострикционного элемента 11 перемещают подвижное зеркало 8 интерферометра 6 по пилообразному закону с амплитудой 3 /2. Управляющее напряжение на электрострикционный элемент 11 подают с генератора 12 пилообразного напряжения, синхронизируемого генератором 13 опорного сигнала. Полученный световой сигнал при помощи линзы 14 собирают на приемной площадке фотодетектора 15. Переменная составляющая сигнала на выходе фотодетектора представляет собой синусоидальный сигнал, фаза которого. пропорциональна фазе интерференционной картины при фиксированном значении разности хода лучей. Изменение фазы интерференционной картины измеряют с помощью электронного фазометра 17. Для этого сигнал с выхода селективного усилителя 16 сравнивают по фазе с сигналом генератора 13.

368496

Результирующий сигнал на выходе фазометра пропорционален изменению фазы интерференционной картины при фиксированной разности хода лучей.

Для излучения, прошедшегб через 5 щелевую диафрагму 5, со спектральным составом

Р(< =А 04>-<о11 фаза интерференционной картины 91 рав" У„ д„а;д О-Q„)%=ãàü;G.„, где функция Ъ ((У) опйсывает форму спектральной линии со средним Gpj p = tlat. — волновое число;

G.- 1I Ац1 j

6,О- фиксированная разность хода лучей;

А — постоянный коэффициент.

Поскольку )1 „- — b (с(„.), то изменение фазы интерферейционной картины при фиксированной разности хода лучей характеризует изменение угла прихода излучения и 1д,a.,wb(8-61)= + a х „< д 1

Для определения флуктуаций угла рихода излучения шкалу регистрируюдего устройства 18 непосредственно градуируют в единицах углов.

Предлагаемый способ обеспечивает измерение с выосокой точностью флуктуаций угла прихода излучения по спектральному составу излучения, прошедmего через щелевую диафрагму, независимо от степени поглощения излуче1 ния в среде, а также возможность,исследования среды малой протяженности.

Формула изобретения

Способ измерения флуктуации угла прихода излучения, основанный на пропускании излучения от точечного источника света через среду с флуктуирующими параметрами и формировании изображения источника, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью повышения точности измерений, преобразуют излучение от точечного источника так, чтобы параллельный пучок лучей, пропущенный через среду с флуктуирующими параметрами, разлагался на монохроматические спектральные составляющие, для которых формируют изображение источника, выделяют участок иэображений источника, по которому формируют интерференционную кар ину и измеряют ее фазу при фиксированной разности хода лучей.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Стасенко В. Н. Применение теневого прибора для определения характеристик турбулентности. "ПМГФ", 1970, ¹ 3, с. 152.

2. Бовшеверов В. М ° Гурвич А.С

Каллистратова M. A,. Экспериментальное исследование "дрожания" искусственного источника света. "Радиофизика", 1961, т. 4, № 5, с. 886 (прототип).

868496

Составитель K. Рогожин

Редактор Т. Мермелштайн Техред М. Рейвес корректор у.Пономаренко

Заказ 8309/58 Тираж 910 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4