Способ измерения скорости движения рассеивающих объектов в прозрачных средах

(51) ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ ОБРЕТЕНИЯ ПИСА ВИДЕТЕЛЬСТВ Н АВТОРСН юл. В 4 ,Ломоно ий, В.В а ов,.С,Чирк088.8)Шелколнцев(56) Гусев А.МРозанов В.В.; Сние структуры пле оптическим дром. - МетеоролВ 11, с. 114-1(54) СПОСОБ ИЗЖЕНИЯ РАССЕИВА 1 ИЗРАЧНЫХ СРЕДАХ(57) Изобретение относится к геофизике и позволяет повысить точность иинформативность измерений скоростидвижения рассеивающих объектов, Исходное лазерное излучение направляютна объектив 1, который формирует излучение, попадающее на дифракционнуюрешетку 2. Диафрагма 3 выделяет первый дифракционный максимум, а объектив 4 формирует зондирующий пучок.Излучение, рассеянное движущимисяобъектами 8, регистрируется приемнойсистемой 5, 6, 7, содержащей устройство сканирования 5. 1 ил,Изобретение относится к области геофизических исследований и может быть использовано, например, для дистанционного измерения скорости тече" 5 ний потоков в океане и атмосфере.Целью изобретения является повьппение точности измерений и увеличение их информативности за счет создания возможности регистрации профиля ско ростей объектов вдоль трассы зондирования.Способ осуществляется следующим образом.Исходный пучок когерентного излу чения с помощью объектива направляется на дифракционную решетку. Далее диафрагмнрованием выделяется один издифракционных максимумов и коллимируется, например, линзовой системой. 20 При облучении зондирующим излучением движущихся объектов, которыми могут бьггь взвешенные микрочастицы, всегда имеющиеся в морской воде и атмосфере, упруго рассеянное ими излучение, как 25 будет показано, приобретает временные пульсации, частота которых пропорциональна их скорости в поперечном ф относительно оси зондирующего пучка направлении. В процессе сканирования 30 полем приема трассы зондирования осуществляется последовательная регистрация этой частоты пульсаций, по ре,зультатам которой определяют профиль сКоростей объектов, скоростей течений 35 в океане и воздушных потоков в атмо. сфере. На чертеже дана схема устройства для реализации предлагаемого способа.40Устройствореализующее предлагаемый способ, работает, следующим образом.1Исходное лазерное излучение направляют на объектив 1, который формирует волну излучения, направляемую на дифракционную решетку 2. Диафрагма 3, установленная перед объективом 4, выделяет первый дифракционный максимум, а объектив 4 Формирует параллельный пучок излучения . Поток излучения, рассеянный движущимися объектами 8, поступает на приемную систему 5-6-7, Корреляционная Функция Фототока на выходе ФЭУ определяется рассеянием излучения на движущихся частицах и может быть представлена в виде К(оО = 2 аЛ(4 Л - 4О с 1 сИехр хх -(Пс О (410 - % О /8 аЛ соз(1)где 9 - длина волны лазерного излучения,а - размер лазерного пучка,П - скорость объектов,Я - среднее число рассеивающихобъектов, проходящих черезобласть, из которой принимается рассеянное излучение,(1 с - средний квадрат амплитудыфототока, возникающего прирассеянии от одного объекта,Л - калибровочный коэффициент,определяемый простраИственной структурой сформированного пучка.Корреляционной Функции (1 О соответствует гауссовская Форма спектраЯЯО = (2 аЛОй(4 р О" ( у)яехр(я -,)1(Ь 1)11, (2)сосредоточенная около частоты пульсаций 1, однозначно связанной соскоростью объектов (1 = П/ЛО,Д 4ширина спектра.Таким образом по измеряемой частоте 1 в реальном маспггабе временипрн помощи несложного бортового вычислительного устройства можно определить скорость объекта.Калибровка прибора (определениеЛО производится по известной скорости потока.Вращением зеркала 5 сканируют по=ле приема регистратора 6-7 вдольтрассы зондирования, а рассеянноепересекающими трассу зондированиячастицами 8 излучение Фокусируют объективом 6.Зная базу устройства, т.е кратчайшее расстояние от оси зондирующегопучка до оси вращающегося зеркала 5,и текущее значение угла поворота вращающегося зеркала 5, определяют мгновенное пространственное расположение;зондируемого объекта 8, скорость которого в данный момент и измеряется.Исследования показали, что при измерении скорости П относительную поДБгрешностьобусловленную турбу-ц Элентностью среды, можно представитьследующим .образом:ДП9- =у 4 ( - оо. ( оз +Г 2 ЬЦ г, ф 3 г,(3) сс 9 дисперсия Флуктуацийпоказателя преломленияи среды,радиус корреляцииФлуктуаций п,расстояние, пройденноев турбулентной среде,половина угла междупучками. б( - ) = 1+ -( - -) .(4). ЬП 3 г, Б 2 1. Составитель С.СкуратовТехРед Л.Сердюкова Корректор Э.Лончакова Редактор С.Пекарь Заказ 5634/39 Тираж Ь 80 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-полиграфическое предприятие, г, Ужгород, ул. Проектная 4 В предлагаемой схеме исключается вклад в погрешность измерения, связанный со вторым слагаемым в (3). При5 одинаковых параметрах сравниваемых схем в предлагаемой схеме выигрыш в точности измерения Д Б/О определяется выражением Формула изобретенияСпособ измерения скорости движения рассеивающих объектов в прозрачных средах, включающий зондирование исследуемых объектов когерентным излучением., прием рассеянного излучения и выделение частоты его пульсаций, по которой определяют скорость объектов, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности измерений и увеличения их информативности за счет создания возможности регистрации профиля скоростей объектов вдоль трассы зондирования, формируют один"зондирующий пучок путем облучения дифракционной решетки сферической волной когерентного излучения, выделения одного из дифракционных максимумов и последующего его коллимирования, а полем приема сканируют вдоль трассы зондирования.