Лидар

 

СОК)3 СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 G 01 N 21/39

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3545113/25 (22) 17.12.82 (46) 15;09.92. Бюл. N 34 (71) Институт оптики атмосферы СО АН

СССР (72) В.Н.Маричев и А.В.Ельников (53) 536.35(088.8) (56) Зуев В,Е. Лазер-метеоролог. Л.: Гидрометеоиздат, 1974, с. 26.

Соснин А,В., Хмельницкий Г.С. Айпара тура и методика измерений газовых загрязнений атмосферы. Вопросы дистанционного зондирования атмосферы. Томск. Изд.

ИОА СО. АН СССР, 1975, с. 37. (54)(57) ЛИДАР, содержащий передатчик с

"источником многочастотного непрерывного оптического излучения, приемный телескоп, установленный в непосредственной близости от передатчика. фотоприемное устрой-. ство и устройство обработки сигналов, о т -. л ич а ю щи и с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем измерения пространственных и временных параметров атмосферы, он дополнительно содержит спектральное дисИзобретение относится к оптическим устройствам зондирования атмосферы и может быть использовано для дистанционного измерения метеорологических характеристик, прозрачности и газового состава, Известно устройство для измерения параметров атмосферы., содержащее источник непрерывного излучения. приемное устрой ство и систему регистрации.

Недостатком этого устройства является сложность отслеживания области пересече„„Я2„„1127424 А1 пергирующее устройство, входная щель которого совмещена с плоскостью изображе-. ния приемного телескопа, прйчем приемный телескоп выполнен с возможностью перемещения по направляющим, расположенным под углом: а = агстд b/f, где b — расстояние между приемным телескопом и передатчиком, f — фокусное расстояние приемного телескопа, к оси симметрии входной щели спектрального диспергирующего устройства. а длина направляющих равна Z - Z<.

I, ы где Z = . — координата в плоскости

Rmin изображения приемного телескопа, соответствующая минимальному расстоянию зондирования Rmü, Z< — координата фокуса приемного телескопа в плоскости изображения, причем приемный телескоп с помощью механизма передачи соединен с двигателем. ния излучаемого и принимаемого оптического потока.

Наиболее близким техническим решением является лидар, состоящий из пере-датчика с источником многочастотного непрерывного оптического излучения, зеркального отражателя, приемного телескопа, расположенного в непосредственной близости от передатчика, фотоприемного устройства и устройства обработки сигналов.

Недостатком этого устройства является . то, что оно позволяет определять только ин1127424

15

30

35 тегральные параметры исследуемого слоя атмосферы, толщина которого определяется расстоянием между передатчиком и приемником.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей путем измерения пространственных и временных параметров атмосферы.

Для достижения поставленной цели в лидар, содержащий передатчик с источником многочасготного непрерывного оптического излучения, приемный телескоп, установленный в непосредственной близости от передатчика, фотоприемное устройство и устройство обработки сигналов, дополнительно включено спектральное диспергирующее устройство, входная щель которого совмещена с плоскостью изображения прИемного телескопа, причем приемный телескоп выполнен с возможностью перемещения по направляющим, расположенным под углом а = arcing b/f, где b — расстояние между приемным телескопом и передатчиком;

f — фокусное расстояние приемного телескопа, к оси симметрии входной щели спектрального диспергирующего устройства, а длина направляющих равна

Z - 2о, где Z = — координата в плоскости

bf

Rmin иэображения телескопа. соответствующая минимальному расстоянию зондирования

R min, Z0 — координата фокуса приемного телескопа в плоскости изображения, причем приемный телескоп с помощью механизма передачи соединен с двигателем.

На чертеже схематически изображен предлагаемый лидар.

Лидар содержит передатчик 1 с источником многочастотного непрерывного оптического излучения, приемный телескоп 2, спектральное диспергирующее устройство

3, платформа 4, направляющие 5, световоды

6. фотоумножители 7, усилители постоянного тока 8, электромотор 9, самописец 10.

Устройство работает следующим образом.

Излучение, посылаемое передатчиком

1, проходя через атмосферу, рассеивается и часть рассеянного излучения, попадая на приемный телескоп 2, фокусируется в плоскости изображения 11. Небольшой участок этого изображения, соответствующий расстоянию зондирования R, приходящийся на входную щель 12 спектрального дисперги40

55 рующего устройства 3, разлагается в спектр.

Затем излучение попадает на световоды 6, а через них на фотоумножители 7, усилители постоянного тока 8 и затем регистрируется на самописце 10, В ходе измерений электромотор 9, включенный с помощью тумблера 13, приводит в движение платформу 4, которая двигает приемный телескоп 2, вместе с которым перемещается и изображение 14 эондируемого участка 15, После перемещения теле- . скопа на щель 12 попадает излучение с другого зондируемого участка 16.

В качестве источника излучения используется непрерывный гелий — неоновый лазер, генерирующий излучение на длине волны А 0,63 мк, Телескоп имеет диаметр 300 мм и фокус

670 мм, он расположен на расстоянии от передатчика Ь = 3 м и направлен параллельно передатчику, Последнее позволяет сопоставить с каждым зондируемым участком его отображение в плоскости изображения телескопа. Перемещение телескопа осуществляется следующим образом.

Платформа 4 двигается по направляющим 5, расположенным под углом а к оси симметрии входной щели 12, Для того, чтобы привести эту платформу в движение, используется электромотор 9 (например: СД-54). Расстояние, на которое перемещается платформа, определяется расстоянием до зондируемого участка, так, чтобы любой участок изображения мог попасть на входную щель. 12 (например, f 670 мм, Ь = 3 м, Rmin = 40 м, достаточно перемещения на 60 мм).

В двух. предельных положениях платформы на входную щель монохроматора попадает излучение от зондируемого участка, соответствующего бесконечно удаленному расстоянию, либо от участка, соответствующего минимальному расстоянию Rmin. При таком расположении телескопа движение платформы приводит к тому, что плоскость иэображения телескопа перемещается по входной щели монохроматора. Направление перемещения телескопа изменяется переключателем 17, При работе передатчика 1 одновременно на двух длинах волн i4 и Лг лидар может применяться для определения концентраций газовых компонентов атмосферы с пространственным разрешением. Для этого используется формула:

С. = (-Z (с — og )(R f — R2) In (4,(R 1)/4„(R2))— — tn(I. „(R 1)l g,(Rã))), где С вЂ” концентрация исследуемого газа;

1 f27424

Составитель

Редактор Е.Гиринская Техред М.Моргентал Корректор О.Кравцова

Заказ 4062 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент". г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 о N og соответствующие коэффици45 енты поглощения на длинах волн,ili и Ар;

R), Rz — расстояния, между которыми определяется концентрация;

I)<(R I), I gz(Rz) Igz(Ra)- 1,(Вг) — соответст- 5 вующие сигналы для длин волн ib и Лр расстояний В1 и Rz.

Кроме того, в этом случае можно определить и пропускание атмосферы для длин волн А1 и А2 . 10

Лидар может применяться для практи-, ческих и научных исследований в атмосферной оптике.

Он позволяет получить пространственное распределение измеряемых параметров атмосферы, Кроме того, он может применяться для наблюдения за динамикой атмосферных процессов.

Преимуществом лидара является также более широкая область применения, поэтому он может применяться не только для измерения прозрачности атмосферы и аэрозольных загрязнений, но и для определения концентраций различных газовых компонентов атмосферы и для наблюдения за динамикой атмосферных процессов.