Устройство для измерения структурной характеристики показателя преломления атмосферы
Патент 934427
Авторы
Классы МПК
Устройство для измерения структурной характеристики показателя преломления атмосферы
Иллюстрации
Реферат
(72) Авторы изобретен и.я
Р. Ш. Бвык и И. Я. Шапиро
Ф, 1
1::„-";
Специальное конструкторское бюро научного прйборостроения с
"Оптика" Сибирского отделения АН СССР Институт оптики атмосферы Сибирского отделения АН СССР р (7I) Заявители (54 ) УСТРОЙСТВО ЛЛЯ ИЗМЕ РЕНИЯ СТРУКТУРНОЙ
ХАРАКТЕРИСТИКИ ПОКАЗАТЕЛЯ ПРЕЛОМЛЕНИЯ
А ТМОСФЕ Pbl
Изобретение относится к измерительной технике и метеорологии и может быть использовано для измерения оптических характеристик атмосферы, а также для измерения степени разрушения ко5 герентности оптических пучков при распространении в атмосфере.
Известно устройство для измерения структурной характеристики показателя преломления атмосферы, содержащее ис1О точник излучения, фокусирующую линзу, в фокальной плоскости которой разлюещена вертикальная щель и фотоприемник, соединенные с блоком регистрации среднего светового потока, Физической основой измерений является изменение когерентности световой волны при распространении в турбулентной атмосфере, что приводит к раэмытию дифракционного пята в фокусе линзы по сравнению с невоэмущенной атмосферой. Степень возмущения когерентности поля определяют по величине уменьшения светового потока через вертикальную щель, расположенную в энергетическом центре тяжести дифракционного пятна $1) .
Недостатками этого устройства являются низкая точность измерения и сложность юстировки оптической системы.
Низкая точность измерения обусловлена жесткой- привязкой щели к оптической оси устройства, в то время как необходима точная установка щели в центр дифракционного изображения источника, разл ер которого составляет десятки микрометров при слабой турбулентности.
Смещение лифракционного изображения источника относительно оптической оси
an счет рефракции света или неточная установка щели приводят к значительному завышению значения измеряемой величины, причем при длительных (суточных) измерениях измеренные значения структурной характеристики показателя преломления атмосферы даже по порядку величины не соответствуют истинным.
Сложность юстировки обусловлена необходимостью установки щели размером
93442 несколько микрометров в центр дифракционного изображения источника с точностью 1-3 мкм.
Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является уст ройство для измерения структурной характеристики показателя преломления атмосферы, содержащее источник излучения, фокусирующую линзу, фотодетектор, расположенный в фокальной плоскости 10 линзы, блок управления сканированием и регистрирующий блок (2g .
Недоста гком этого устройства является то обстоятельство, что при изменении светового потока, прошедшего через 15 щель, установленную в измеренном центре дифракционного изображения, оценка структурной характеристики показателя преломления атмосферы остается грубой за счет неучета вклада в измеряемый 20 параметр фпуктуаций распределения поля в поперечном сечении оптического пучка.
Uenb изобретения - повышение точности измерения структурной характери тики показателя преломления атмосферы. 25
Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения структурной характеристики показателя преломления атмосферы, содержащее источник излучения, фокусирующую линзу, фотодетектор, расположенный в фокальной плоскости линзы, блок управления сканированием и регистрирующий блок, введены последовательно соединенные аналогоцифровой преобразователь, схема преобразования кодов, первый счетчик, блок памяти, схема совпадения кодов и второй счетчик, выход которого соединен с входом блока управления сканированием, а вход аналого-цифрового преобразоватею ля соединен с выходом фотодетектора, причем, выход первого счетчика соединен с регистрируюшим блоком и с вторым входом схемы совпадения кодов.
На фиг. 1 изображена структурная схема устройства; на фиг. 2 — осциллограммы, поясняющие работу устройства при измерении интенсивности в сечении энергетического центра тяжести изображения источника. 50
Устройство для измерения структурной характеристики показателя преломления атмосферы содержит источник 1 излучения, фокусируюшую линзу 2, фотодетектор 3, расположенный в фокальной плоскости лин- SS зы 2, блок 4 управления сканированием, регистрирующий блок 5, последовательно соединенные аналого-цифровой преобразо7 4 ватель 6, схема 7 преобразования кодов, первый счетчик 8, блок 9 памяти, схема
10 совпадения кодов и второй счетчик
11, выход которого соединен с входом блока 4 управления сканированием, а вход аналого-цифрового преобразователя
6 соединен с выходом фотодетектора 3, причем выход первого счетчика 8 соединен с регистрирующим блоком 5 и с вторым входом схемы 10 совпадения кодов, Устройство работает следующим образом.
Световой пучок, сформированный источником 1 излучения и прошедший измерительную трассу в атмосфере, фокусируется линзой 2 в плоскости сканирующего фотодетектора 3, например диссектора с щелевой апертурой равномарной прозрачности, длина которой превышает возможный размер изображения источника, а ширина значительно меньше размера изображения источника. При сканировании раскрывом щели светового пятна, сформированного на фотокатоде диссектора, на аноде формируется видеоимпульс Ос() (фиг. 2).
В блоке 4 управления сканированием формируется напряжение кадровой развертки
Ор 0(фиг. 2), кадровые синхроимпульсы и импульсы тактовой частоты, с помощью которых осуществляется привязка во времени всех блоков устройства. Формируемый на выходе фотодетектора 3 при сканировании дифракционного изображения видеосигнал в виде импульсов положительной полярности с частотой кадров поступает на вход восьмиразрядного аналого-цифрового преобразователя 6, работающего по схеме поразрядного кодирования. В результате преобразования с выхода аналого-цифрового преобразователя 6 поступает информация о распределении интенсивности в дифракционном изображении в виде двоичного восьмиразрядного параллельного кода. Эта информация поступает на схему преобразования кодов, где осуществляется преобразование параллельного двоичного кода в числоимпульсный код, который накапливается в первом счетчике 8 в течение кадра. На выходе первого счетчика 8 измеряют число импульсов, пропорциональное полной интенсивности 3д. та информация заносится в регистрирующий блок 5, По окончании кадра передним фронтом кадрового синхроимпульса половина информации на BbIxoAe первого счет чика S записывается в блок 9 памяти и поступает нв первый вход схемы 10 совпадения кодов. Задним фронтом кадрового синхрокмпульсв первый. счетчик 8 обнуляется, В следующем кадре информация, поступающая с первого счетчика 8 на второй вход схемы 10 совпадения кодов, сравнивается с информацией, поступающей с блока 9 памяти на первый вход схемы 10 совпадения кодов. При совка- 10 денни кодов на выходе схемы 10 совпадения кодов формируется логический перепад, фиксирующий момент времени 1 в который совмещается сканирующая щелевая апертура фотодетектора 3 с 1S сечением энергетического центра тяжести иэображения источника 1 излучения. Этот логический перепад запрещает счет тактовых импульсов который производится во втором счетчике 11 от начала кадра рр до появления логического перепада на выходе схемы 10 совпадения кодов. Накопленное число тактовых импульсов соответствует координате энергетического
° ° ентра тяжести, по окончании счета вто- 2S
ro счетчика 1 1 на вход блока 4 упавления сканированием поступает им.пульс запрета развертки. При этом щелеввя апертура фотодетектора 3 фиксируется в сечении энергетического центра тяжести иэображения источника на время, соответствующее длительности импульса запрета развертки, В течение этого промежутка времени разрешается измерение интенсивности светового потска через
3S щелевую апертуру 3„ц первым счетчиком
8 и занесение информации в регистрирующий блок 5.
Таким образом, происходит запись в регис1рирующем блоке 5 значений пол40 ного светового потока 3п и потока 3„ через щель, постоянно совмещенную с
I непрерывно отслеживаемым сечением
:энергетического центра тяжести изобра жения источника 1 излучения. В регкст45 рирующем блоке 5 вычисляется отношение 3,„ / tt и определяется структурная характеристика показателя преломления атмосферы в соответствии с выражением
3 4Qd à — р ехр -D (Ж) х п it lF
О
1 х (агссав y-y (q-y))
ГДе Э„(R)=9,,9 С К х ЯЯ) ;
R - радиус фиксирующей лабазы;
К =- — — волновое число;
5 934427 б
- длина волны источника иэ лучения;
à — фокусное расстояние фокуси» рующей линзы, х - длина измери1ельной трассы в атмосфере;
Ь - ширина щелевой апертуры.
Предлагаемое устройство позволяет повысить точность измерения структурной характеристики показателя преломления атмосферы за счет исключения tt решностей, связанных с горизонтальной рефракцией света, с флуктуациями углов прихода света, а также с флуктуациями положения энергетического центра тяжести в сечении светового пучка.
Необходимо отметить, что в предлагаемом устройстве значительно уцрощв-. ется процесс юстировкк оптического тракта, так как сканирующая апертура Itttcсектора автоматически устанавливается в энергетический центр тяжести дифракционного изображения источника, причем точность установки щели определяется соотношением тактовой и кадровой частот, При формировании в блоке управления напряжения развертки в цифровом виде с тактовой частотой 2560 At и с кадровой частотой 10 At число значащих дискретов при сканировании изображения равно 256, что дает верхний предел пог решности установки щели + 0,5%.
Ф ормула иэобре тен ия
Устройство для измерения структурной характеристики показателя преломления атмосферы, содержащее источник излуче« ния, фокусирующую линзу, фотодетектор, расположенный в фокальной плоскости линзы, блок управления сканированием и регистрирующий блок, о т л и ч а ю щ ее с я тем. что, с целью повышения точности, в него введены последовательно соединенные аналого-цифровой преобразователь, схема преобразования кодов, пер вый счетчик, блок памяти, схема совпадения кодов и второй счетчик, выход которого соединен с входом блока управле ния сканированием, а вход аналог цифрового преобразователя с ое пкнен с выходом
50 фотодетектора,причем выхоа первого счетчика соединенн с регистрируыцкм блоком к с вторым вхопом схемы совпавения копов.
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе
1. Авторское свидетельство СССР
SS ¹ 386325, кл. Q 01 Ж 1/00, 14.06.73, 2. Авторское свидетельство СССР
¹ 744242, кл. Q 01 Х 1/44, 30.06,80 (прототип).
Составитель В, Агапова
Редактор Н. Гришанова ТехредМ. Надь Корректор А. шипенко
Заказ 3931/43 Тираж 717 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета СССР
rr0 делам изобретений и открытий
1) 3035, Москва, Ж-35, Раушская наб., a. 4/5
Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4