Способ определения параметров атмосферы

Способ определения параметров атмосферы

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИИ (51) 5 С 01 W 1/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMV CBNQETEllbCTBV с. *

i.... ñ... I

Э с с

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

IlO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (46) 15.03.93. Бю. И 10

° (21) 3378355/10 (22) 06.01 82 (71) Институт оптики атмосферы .

Томского филиала СО АН СССР (72) Н.Н. Бочкарев, Н.II. Красненко и Л.Г. Шаманаева

/ (56) Патент С8А В 4005602, кл. С 01 W 1/00, 01.02.77.

Авторское свидетельство СССР

В 839386, кл. С О1 W 1/00, 04.01.80. (54)(57) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ АТМОСФЕРЫ путем посылки в задан ную область атмосферы двух парал лельных перекрывающихся пучков лазерного излучения с частотами, отличающимися на частоту звукового диапазона, и приема возникшего акусти„SU„„1289236 А1

Ю ческого импульса, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью расши,рения функциональных возмошностей путем одновременного определения температуры, давления и относительной влажности, в заданную область атмосферы одновременно с двумя пучками лазерного излучения посылают третий лазерный пучок, параллельный и перекрывающийся с двумя первыми, с частотой, отличающейся от частот двух пучков на частоты звукового, диапазона, из принятого сигнала . выделяют три частоты акустического излучения, соответствующие максимумам в спектре принятого звукового сигнала, и по сдвигам этих частот относительно разностей между частотами лазерных пучков определяют параметры атмосферы.

1 128923

Изобретение относится к метеорологии и может найти применение для одновременного измерения температуры, давления и относительной влажности э атмосфере. 5

Известен способ определения параметров атмосферы, включающий посыпку и прием акустического излучения и определение искомого параметра путем регистрации момекта излучекия 10 и приема звуковой волны. С целью увеличения дальности источник излучения и приемник поднимают с помощью дополнительных устройств (самолетов, планеров, аэродинамических аппара-, Ю5 тов) l1).

С помощью данного способа невозможно одновременно измерять температуру, давление и относительную влажность воздуха.. 2О

Наиболее близким,по технической

1сущности и достигаемому результату к предлагаемому является способ определения параиетров атйосферы, по которому s атмосферу посыпают два параллельных перекрывающихся на за-. данной высоте лазерных импульса, частоты которых отличаются на частоту звукового диапазона, принимают возкиквий акустический импульс. По ЗО измеренному-времени црихода акусти-. ческого импульса судят об искомом параметре (21.

С помощь» данного способа невоэмож но,одновреиекное,измеренне теикера-. туры, давления и относительной влажности в атмосФере, поскольку отсутст».. вует аналитическая зависимость между давлением, относительной влажностъв Щ воздуха и измеряемой величиной.

Целью изобретения является расви- рение функциокальнык возиожностей путем одновременного дистанционнога измерения теипературы, давления и. у относительной влажности в атмосфере.

Для достижения поставленной цели в известном способе определения параиетров атмосферы путем посылки в заданную область атмосферы двух 51) параллелъных перекрывающихся пучков лазерного излучения с частотами, отличающииися на частоту звукового диапазона, .и приема возникшего акустического импулъса, в заданнув.об- 55 ласть атмосферы одновреиенно с двумя пучками лазерного излучения посыпают .третий лазерный пучок, параллелькыйи перекрывающийся с двумя первьвщ, 6 2 с частотой, отличающейся от частот двух пучков на частоты ззукового диапазона, из принятого сигнала выделяют три- частоты акустического излучения, соответствующие максимумам спектра принятого звукового сигнала, и по сдвигам этих частот относительно разностей между частотами лазерных пучков определяют параметры атмосферы.

На фиг. 1 приведена схема способа; на фиг. 2 — структурная схема устройства, реализующего предлагаемый способ.

На фиг. 1 цифрами 1, 2, 3 обозна-, чены лазерные источники, 4 - акустическая остронаправленная антенна;

Ь расстояние от акустической антенны до лазерных источников.

В атиосфере при одновреиеннои рас- . кространении мощных параллельных монохроматических лазерных излучений с близкими частотами в области их перекрытия в результате келинейного их взаимодействия будет генерировать- ся мощное акустическое излучение частоты, — 4„ (4,„ - круговая или циклическая частота,вд,„23 f ), -направление распространения которого перпендикулярно оси лазерных пучков, а фронт волны цилйидрическнй. Осуществляя посылку лазерных иипулъсов ,под углои 1 к поверхности земли, можно зарегистрировать.акустический импульс, возникший на дальности посылКи лазер- ... ных импульсов S и проведиий через атмосферу, помещая акустический прйемник на кекоторои расстоянии Ь от лазерных передатчиков è оркентируя его приеинув антенну керпендикулярно оси лазерных пучков. При этом Н ность воэникюего акустического излучения про орцнокальна произведению

:амплитуд лазерных излучений. При наихудвих условиях распространения лазерного и акустического излучений дальность зондирования будет ке менее 9 ки кри f „ 500 Гц и 45 (d " угол посылки лазерных иэлучений,. отсчитываемый от поверхности земпи).

При распространении акустического импульса через атмосферу будет проис-, ходить его частотный сдвиг вследствие частотной зависииости атмосферно.го поглощения, поскольку различные компоненты частотного спектра акустического импульса поглощаются no-pesному. Величина этого сдвига записы3 12892 вается для прямоугольного звукового импульса длительности в виде:

36 ных излучений. Звуковой импульс в об-. ласти перекрытия лазерных пучков возникает и оканчивается с моментом на- чала и прекращения посылки лазерных излучений. Поскольку скорость звука много меньше скорости света, то передний и задний фронты возникающего звукового импульоа будут достаточно крутыми, чтобы считать форму возникшего звукового импульса прямоугольной .

Работа способа осуществляется с по" мощью устройства, изображенного на фиг. 2, где 1 — СО, -лазер, работающий на частоте д, = 18,22 ° 1О рад/с (что соответствует 4 = !0 6 мкм);

2 — С02 -лазер, работающий на частоте ад >, + 3!40, 3 — С02 -лазер, работающий на частоте > M +d«d, +

+ 4396, 5 — синхронизатор; 4 — остронаправленная антенна акустического приемника, в качестве которой может быть использована решетка электроакустических преобразователей; 6аналого-цифровой преобразователь, например, Ф4222; 7 — вычислительное устройство, в качестве которого можно испольэовать мини-ЭВИ "Электроника-60".

Лазерные источники нзлу!.-..ют импульс энергии в узкие параллельные пучки, перекрывающиеся между собой.

Возникший акустический импульс, nðîходя через слой атмосферы, действует на электроакустические преобразователи антенны 4. Возникающий в элект. роакустических преобразователях ан- . тенны 4 электрический сигнал поступает на вход аналого-цифрового преобразователя 6, где преобразуется в цифровую форму. С выхода аналого-цифрового преобразователя 6 на вход вы-, числительного устройства 7 поступает оцифрованный сигнал. В вычислительном устройстве 7 производится расчет спектра частот принятого акустнческого сигнала и определение максимумов этого спектра. С синхронизатора 5 в вычислительное устройство 7 поступает информация о длительности импульсов излучения лазерных источников. Данные о возникших акустических частотах закладываются в вычислительное устрой" (ство 7 как известные, исходя иэ известных частот излучения лазерных источникови), Ы, <д . Окончательный расчет проводится йо системам из трех уравнений типа (1-8) в вычислитель-! ном устройстве 7. ц)м ==(! +

12 - г а, а> 2 а о!2+ f 2 а !)2+! 2 5 +а ){!)

2 -! 5 где а. (4,2425 10 +8,8168 10 T +

+5,4834. 10 Тг ) /(2(1 30560. hü, ) (2) а 1/(20 30560. P h 5 (3) а 1,7 IO /(1+0,00366 Т)", !О

° 4Б h Р); (4) а „= 2,77-10 /(4tl Ьг Рг ) (5)

a * 9,12 10 (1+0,001" Т)/Р.; (6)

h - 2 (— ) - (273, 15+T)

Р (20, 5 3 <3 - !2 ?? ???? >

P — давление, атм;

Т вЂ” температура, С;

RH — относительная влажность, Я;

T - расстояние, проходное зву- 20

KoBblM импульсом, r=h.sin d l(à)

vl — частота возникшего акустического импульса.

Измеряя сдвиг частоты, соответствующий максимуму в спектре принятого 25 акустического импульса относительно частоты возникшего. акустнческого импульса, можно определить одно иэ не, известных уравнения (1), Т, Р или RH, имея априорное знание о двух других. 36 . Дая одновременного определения Р, Т, Rll необходимо наличие, «ак минимум, трех акустических частот, для чего в втмосферу посылается дополнительно, «а« мнннмум, однй лазерный импульс, частота .«оторого 1 отличается от . частот первых лазерных импульсов на частоты звукового диапазона

«и Ы м.1 -!!t, Ы

- 40

Измеряя сдвиги частот, соответст- . вуша(нх максимумам в спектре частоты . прннятого акустического импульса относнтельно возникших частот >„, „,, яка ад я решая систему иэ трех уравнений 45 тнйа уравнения (1) для каждого иэ измеренных сдвнгов, можно получить информацию однов теменно î T, P u RH.

Иинимальная длительность возникаего акустического импульса в направ- 50 .ленин 90 относительно посылаемых лазерных пучков будет определяться шириной области перекрытия лазерных пуЧ«ов на данной высоте Н от поверхности земли. 55

Иакснмальная длительность воэникшего анустнческого импульса будет определяться длительностью посылки лаэер5

Таким образом, предлагаемый способ позволяет оперативно сле дить эа величинами давления, т

12S9236 6 пературы и относительной влажности атмосферы вплоть до высот ем 9 км.

Составитель В. Агапова

Техред А.Кравчук Корректор M. Пожо

Редактор Т. Зубкова

Заказ 1958 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Иосквар Ж-35, Рауиская иаб., д. 4/5

Ю аб Ю ° В эа е аве å ее ююююеюаеаеаю

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4