Устройство для измерения флуктуации угла прихода излучения точечного источника

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTGPCKGhAY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

Зависимое от авт. свидетельства №

Заявлено 11.1 1/.1969 (№ 1,326446/26-25) с присоединением заявки №

Приоритет

Опубликовано 14.111.1972. Бюллетень № 10

Дата опубликования описания 6Л/.1972

М. Кл. G Olj 1/34

G 01) 1/44

Комитет па делам изобретений и открытий при Совете Министров

СССР

УДК 535.242.2(088.8) Авторы изобретения Л. Н. Преснухин, Г. Н. Воробьев, В. М. Прокопьев и Й. В. Воробье

Московское высшее техническое училище им. Н Э. Баумана

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ФЛУКТУАЦИЙ УГЛА

ПРИХОДА ИЗЛУЧЕНИЯ ТОЧЕЧНОГО ИСТОЧНИКА

Изобретение относится к технике приема и обработки электромагнитного излучения в оптическом диапазоне длин волн и может быть применено в устройствах, предназначенных для исследования турбулентных свойств приземного слоя атмосферы.

Известные устройства для измерения флуктуаций угла прихода излучения точечного иссточника не обеспечивают однозначного соответствия между измеряемым углом и регистрируемым сигналом, поскольку величина последнего зависит от мгновенного значения интенсивности светового потока источника.

Предложенное устройство наряду с оптической разделительной призмой и двумя фотоприемниками содержит приводимый во вращение двигателем стабильной скорости периферийный растровый модулятор с радиальными штрихами, которые расположены, как и разделительное ребро призмы, в фокальной плоскости объектива.

В электронную схему обработки сигнала введена суммо-разностная схема и усилителиограничители суммарного (опорного) и разностного напряжений, уровень ограничения напряжения сигнала в которых ниже возможного уровня флуктуаций эгих напряжений, вызванных флуктуациями интенсивности лучистого потока от источника. Суммарное и разностное напряжения сигнала поступают в фазовый детектор, напряжение на ьыходе которого пропорционально утлу прихода излучения с наложенными на него высокочастотными пульсациями, определяемыми высшими гармониками модуляции, которые фильтруются в фильтре низких частот. Сглаженное папряжсние поступает в частотный анализатор, ьыделяющий заданные частотные компоненты флуктуаций угла прихода, которые затем реги1о стрируются соответствующей аппаратурой (самописцем, фотоприставкой к осциллографу)

На фпг. 1 представлена функциональная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2— анализатор изображения; на фиг. 3 показано произвольное относительно делительного ребра положение изображения точечного источника на гранях разделительной призмы; на фиг.

4 представлена зависимость фазового сдвига между суммарны;I и разностным напряже гаями от величины смещения кружка рассеяния в горизонтальной плоскости; на фиг. 5 — зависимость амплитуды напряжения 41 на выходе фазового детектора горизонтального канала от величины смещения кружка рассея.шя в горизонтальной плоскости; на фиг. б †зависимос амплитуды А2 разностного напряжения, снимаемого с суммо-разностной схемы, от величины смещения кружка рассеяния в горизонтальЭО ной плоскости.

332336

Функциональная схема устройства (фиг. 1) включает в себя объектив 1, анализатор изображения, состоящий из растрового модулятора 2, с приводным двигателем 8 и разделительной призмы 4, два фотоприемника 5, сумморазностную схему б, два усилителя-ограничителя 7, фазовый детектор 8, фильтр 9 нижних частот, частотный анализатор 10, регистрирующую аппаратуру 11.

Устройство работает следующим образом.

Объектив 1 принимает световой поток от точечного источника излучения и фокусирует его в виде кружка рассеяния на растровом модуляторе 2 и делительном ребре разделительной призмы 4. Рисунок штрихов растрового модулятора и делительное ребро располагаются в фокальной плоскости объектива. Растровый модулятор вращается с постоянной скоростью, обеспечиваемой двигателем 8. Фотоприемники

5 преобразуют попадающие на них с соответствующих граней разделительной призмы, промодулированные растром световые потоки в электрические сигналы переменного тока I@<

I@ . Эти сигналы поступают в трансформаторную суммо-разностную схему б, в которой формируются два сигнала: первый — пропорциональный сумме токов, .снимаемых с фотоприемников, второй — пропорциональный их р аз но сти.

Амплитуда суммарного сигнала не зависит от положения кружка рассеяния в плоскости анализа, а зависит от интенсивности светового потока, попадающего во входное окно объектива. Амплитуда разностного сигнала лишь незначительно изменяется (при постоянном входном потоке) от положения кружка рассеяния в плоскости анализа (см. фиг. 7) и зависит так же, как и амплитуда суммарного сигнала, от интенсивности входного потока. Фазовый сдвиг между суммарным и разностным сигналами пропорционален смещению кружка рассеяния в плоскости анализа (см. фиг. 5) и не зависит от флуктуаций интенсивности потока. Эти обстоятельства позволяют избавиться от флуктуаций суммарного и разностного напряжений, вызванных флуктуациями светового потока, попадающего во входной зрачок объектива, путем введения в суммарный и разностный каналы усилителей-ограничителей 7 с таким порогом ограничения, чтобы эти флуктуации не сказывались на выходном напряжении уси5

50 лителей-огр аничителей. Поскольку фазовый сдвиг между суммарным и разностпым сигналами пропорционален смещению изображения точечного источника от оптической оси, то напряжение, получаемое па выходе фазового детектора 8, пропорционально этому смещению, а поскольку смещение изображения вызывается флуктуациями угла прихода излучения, то это напряжение в определенном масштабе пропорционально углу прихода светового потока.

Для нормальной работы устройства необходимо, чтобы ось вращения растрового модулятора была расположена в плоскости, образованной центральной оптической осью и делительным ребром призмы (модуляция кужка рассеяния справа налево или слева направо— см. фиг. 2 направление V,-). При этом штрихи растрового модулятора при пересечении делительного ребра будут пр имерно совпадать с ним по направлению (небольшая непараллельность из-за радиального направления штрихов не имеет практического значения) .

При размещении оси вращения в плоскости, параллельной описанной, причем так, что модуляция кружка рассеяния осуществляется сверху вниз либо снизу вверх, фазовый сдвиг между суммарным и разностным напряжениями равен нулю при любых положениях кружка рассеяния в плоскости анализа, и нормальная работа устройства невозможна.

Фильтр 9 сглаживает высокочастотные пульсации, кратные частоте модуляции кружка рассеяния растровым модулятором. Затем сигнал, пропорциональный углу прихода, поступает в частотный анализатор 10, который выделяет заданные частотные компоненты флуктуаций угла прихода и фиксирует их с помощью регистрирующей аппаратуры 11.

Предмет изобретения

Устройство для измерения флуктуаций угла прихода излучения точечного источника, содержащее объектив, разделительную призму, диск с прорезями, два фотоприемника, электронную схему обработки сигнала, регистрирующую аппаратуру, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения угла прихода, два фотоприемника подключены в суммо-разностной схеме, выходы которой подключены к фазовому детектору.

332336 Рыг 5 ьюй Риг. Р

Составитель E. Афанасьев

Редактор Т. Орловская

Техред 3. Тараненко Корректор Е. Исакова

Типография, пр. Сапунова, 2

Заказ 1156/15 Изд. № 500 Тираж 448 Подписное

ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР

Москва, Ж-35, Раушская иаб., д. 4 5