Устройство оптического зондирования атмосферы

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПТИЧЕСКОГО ЗОНДИРОВАНИЯ АТМОСФЕРЫ, содержащее источник направленного излучения, оптическая ось которого лежит в одной плоскости с оптической осью, расположенной рядом с ним приемной системы, включающей в себя объектив, светоделительную пластину, оптически связанную с двумя фотоприемниками , подключенными к блоку регистрации и размещенную перед одним из фотоприемников щелевую диафрагму, отличающ е а с .я тем, что, с целью обеспечения возможности оперативного определения профиля турбулентных неоднороднсстей атмосферы по любому направлению, в нем источник направленного излучения выполнен импульсным, а диафрагма установлена за фокальной плоскостью объектива, причем ширина щели выполнена в 2-3 раза меньше предполагаемой величины изображения рассеивающего объема. 2. Устройство по п. 1, отличающее с я тем, что, с целью упрощения юстировки устройства, в нем светоделительная пласт 1на совмещена с диафрагмой путем выполнения ее с полуотражающим покрытием на сл одной стороне и поглощающим покрытием с со щелью на другой.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР)

ОГ)ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ"

- ! ! г 4

Ы)

Со

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 2734066/10 (22) 11.03.79 (46) 30,12.92, Бюл. ¹ 48 (71) Институт оптики атмосферы Томского филиала СО АН СССР (72) С.A. Даничкин и P. LO. Цвык (56) Захаров В.М., Костко О,К. Метеорологическая лазерная локация, Гидрометеоиздат, 1977, с. 24 — 61. . Авторское свидетельство СССР

М 568876, кл. G 01 N 21/46, 1976. (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПТИЧЕСКОГО

ЗОНДИРОВАНИЯ АТМОСФЕРЫ, содержащее источник направленного излучения, оптическая ось которого лежит в одной плоскости с оптической осью, расположенной рядом с ним приемной системы, включающей в себя объектив, светоделительную пластину, .оптически связанную с двумя фотоприемникаИзобретение относится к технике оптического зондирования атмосферы и может быть использовано в метеорологии для определения оптических параметров турбулентных неоднородностей, в частности, структурной характеристики показателя преломления атмосферы.

Цель изобретения — разработка устройства для оптического зондирования, с помощью которого возможно оперативное определение профилей турбулентных неоднородностей атмосферы по любому направлению.

На чертеже представлена блок-схема устройства для оптического зондирования.

Устройство содержит источник направленного излучения 1 с оптической осью 00, „„5U „, 772389 А1 сяу G 01 W 1/00 G 01 N 21/41 ми, подключенными к блоку регистрации и размещенную перед одним из фото и риемников щелевую диафрагму, о т л и ч а ющ е е с,я тем, что, с целью обеспечения возможности оперативного определения профиля турбулентных неоднородностей атмосферы по любому направлению, в нем источник направленного излучения выполнен импульсным, а диафрагма установлена за фокальной плоскостью объектива, причем ширина щели выполнена в 2-3 раза меньше предполагаемой величины иэображения рассеивающего объема.

2, Устройство по и. 1, о тл и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью упрощения юстировки устройства, в нем светоделительная пластина совмещена сдиафрагмой путем выполнения ее с полуотражающим покрытием на одной стороне и поглощающим покрытием со щелью на другой, . Расположенную рядом приемную систему

2, включающую объектив 3 (изображен в виде линзы) с оптической осью 0 0 > светоделительную пластину 4, оптически связанную с фотоприемником 5, диафрагму

6 со щелью, изображенной по продольной оси OzO 2, фотоприемник 7, блок регистрации 8, к которому подсоединены фотоприемники 5 и 7. Оптические оси 00, 010 1 и продольная ось симметрии щели OzO g размещены в одной плоскости. Оптические оси 00 и 010 1 могут быть параллельными или составлять между собой некоторый угол р, Устройство работает следующим образом.

772389 ф

R2 — f (2) (3) 20 а=

Р.R — f (4) ) Я вЂ” у!! (5) а = агру-!8 (6) 2 R! (7) 50 ао +%1 я (8) Источник 1 направляет импульс оптического излучения в атмосферу. Рассеянное в обратном направлении излучение из зондируемого объема принимается приемной системой 2, ее объективом 4, который формирует изображение рассеивающего объема. При этом часть принимаемого потока расщепляется светоделительной пластиной 4 на две части. Одна часть отражается от пластины на фотоприемник 5, другая часть проходит через пластину 4 на диафрагму 6. В плоскости диафрагмы 6, на щели, формируется изображение рассеивающего объема. В зависимости от дальности до рассеивающего объема от устройства, его изображение будет смещено на разную величину от фокальной плоскости обьектива

3 и от оптической оси О!О . Ho диафрагма

6 установлена так, что изображение рассеивающего объема независимо от дальности до него будет находиться на щели. Поскольку размеры изображения больше в 2 — 3 раза ширины, то на фотоприемник 7. установленный за щелью, поступает часть потока, формирующего изображение. В зависимости от влияния оптических неоднородностей атмосферы на параметры изображения рассеивающего обьема, будет изменяться интенсивность излучения, проходящего через щель, что приведет к изменению величины сигнала с фотоприемника 7. Сигнал фотоприемника 5 при этом не зависит от параметров иэображения, Сигналы с обоих фотоприемников 5 и 7 обрабатываются в блоке регистрации 8 по определенным алгоритмам до получения искомых данных о параметрах турбулентных оптических неоднородностей и их профиля на трассе зондирования.

Место установки диафрагмы и размеры щели выполнены исходя из следующих расчетов. В оптически стационарной атмосфере импульс излучения источника освещает некоторый рассеивающий обьем. Для начальной дальности R! нахождения рассеивающего объема, его изображение S имеет размеры, рассчитываемые по известному из геометрической оптики соотношению где ао — началo íûé диаметр пучка источника излучения;  — угол расходимости пучка:

f — фокусное расстояние обьектива.

На максимальной дальности измерительной трассы R2 размер изображения будет равен величине

При но = 1 см, а 0= 3 10 р, сц< gR! (( бй2, а f «R i и, следовательно, соотношения (1) и (2) принимает простой вид, показывающий независимость размера иэображения от дальности

Для некоторой дальности положения

15 рассеивающего объема изображение оказывается от фокальной поверхности объектива на расстояние, рассчитываемое по формуле а центр иэображения смещен от оптической оси О!О на расстояние где  — расстояние между оптическими осями источника и приемной системы в месте их расположения; р- угол между оптическими осями. Перемещение центра изображения относительно фокальной поверхности и оси объектива, в зависимости от дальности

35 до рассеивающего объема, дает прямую траекторию, наклоненную к оси объектива под углом, находимым с помощью формул (4), (5) и равным

Под этим углом установлена диафрагма.

Причем центр щели оказывается смещен45 ным отфокальной поверхности на величину, определяемую по формуле а величина смещения центра щели от оптической оси 00 находится по формуле

Поскольку иэображение перемещается вдоль щели, то для исключения дополнительного виньетирования на концах щели и для осуществления измерений в заданном, 772389

Составитель

Редактор Л,Письман Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор M,Màêñèìèøèíåö

Заказ 570 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 диапазоне дальностей от R1 до Я2, длина щели выбрана равной сумме длины траектории центра изображения, которая рассчитывается по формуле

Ь = (9) и удвоенного размера самого изображения, равного 2S, 5