Устройство для измерения атмосферной рефракции

ОП ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН ИЯ Союз СоветскихСоциалистическихРеслубликОпубликовано 05.06.80. Бюллетень21 ао делам изобретений и открытийДата опубликования описания 15.06.80(72) Авторы изобретения В. Ф. Барышников, И. И. Плюснин и кт. Я. Шапиро Специальное конструкторское бюро научного приборостроения Оптика СО АН СССР(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ АТМОСФЕРНОЙ РЕФРАКЦИИИзобретение относится к атмосферной оптике, в частности к фотоэлектрическим измерительным устройствам, и может быть использовано при изучении распространения света в атмосфере, в геофизике, при определении координат излучающих объектов.Известны фотоэлектрические устройства, предназначенные для исследования (учета) влияния атмосферной рефракции на параметры светового потока и содержащие источник излучения, приемное устройство с оптикой, формирующей изображение источника, и анализатор изображения 11),Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство с полудисковым модулятором светового потока и двухкоординатными оптическими клиновыми компенсаторами, в качестве исполнительных элементов 12, Для управления клиновыми компенсаторами, обеспечивающими компенсацию регулярной рефракции при измерении случайной рефракции, в этом устройстве применен узел компенсации углового отклонения, выполненный по схеме непрерывного отслеживания отклонений светового пучка. Для обеспечения заданного угла поворота вала асинхронного двигателя, ис 1 пользуемого в качестве привода клинового компенсатора, узел компенсации углового отклонения содержит модулятор на 400 Гц (преобразователь напряжения), магнитный усилитель мощности и редуктор. Для стабилизации схемы применена отрицательная тахометрическая обратная связь, основанная на введении в схему двух дополнительных составляющих: тахогенератора постоянного тока и сумматора.Применение схемы непрерывного отсле живания отклонения светового пуска исключает возможность измерения регулярной рефракции, значительно усложняет конструкцию, снижает надежность устройства, так как требует частой калибровки уровня отрицательной тахометрической обратной связи ввиду возможности возбуждения магнитного усилителя мощности.Целью изобретения является расширениефункциональных возможностей устройства, а также повышение его надежности, 20 Поставленная цель достигается тем, чтов известном устройстве для измерения атмосферной рефракции, содержащем последовательно расположенные источник светового излучения, клиновый компенсатор, прием739384 35 4 О у= 2 К а(п) яп И у,45 ный объектив, анализатор положения светового пучка, фотоприемник, усилитель, узел : .: компенсации углового отклонения световогопучка и регистрирующий прибор, узел компенсации углового отклонения светового пучка выполнен в виде схемы дискретного действия, включающей схему сравнения, шаговый двигатель со схемой управления и схему счета числа дискретов, причем выход схемы сравнения соединен со входом схемы управления шаговым двигателем, выходами подключенной к шаговому двигателю и к схеме счета числа дискретов, при этом вал шагового двигателя посредством зубчатой пере" дачи соединен с клиновым компенсатором,а выход схемы счета числа дискретов подключен к входу регистрирующего прибора.Углы рефракции измеряются по смещению светового пятна в фокальной плоскости приемного объектива. Помещенный в фокальной ,.;.,плоскости анализатор положения световогопучка преобразует линейные смешения пос леднего по координатам Х и У в соответствующие электрические сигналы. Например,-. при использовании в качестве анализатораположения светового пучка полудискового модулятора, пучку, направление которого совпадает с осью вращения ротора модулятора, соответствует постоянный электрический сигнал, а смещение пучка по одной из координат приводит к появлению переменного сигнала с частотой вращения ротора модулятора. Смещение по другой координате приводит к сдвигу фазы соответствующего электрического сигнала на - "Изобретение поясняется чертежом.Устройство для измерения атмосфернойрефракции, содержащий источник светового излучения (например лазер) 1, модулятор 2 светового пучка с приводом, клиновый компенсатор 3, приемный объектив 4, анализатор 5 положения светового пучка (например, полудисковый двигатель-генератор с полым ротором, в котором установлен нож-полу- диск), фотоприемник 6, усилитель 7, узел компенсации углового отклонения (на чертеже обведен пунктирной линией), содержащий схему сравнения 8, схему 9 питания шагового двигателя, шаговый двигатель 10 и схему 11 счета числа дискретов, а также регистрирующий прибор 12.Устройство работает следующим образом. Случайная рефракция светового пучка при его распространении в атмосфере приво" дит к малым поперечным перемещениям светового пятна в фокальной плоскости приемного объектива 4, После преобразования в анализаторе 5 положения светового пучка и в фотоприемнике 6 соответствующий этим перемещениям электрический сигнал усиливается и синхройно детектируется усилителем 7 (опорный сигнал поступает с анализатора 5). Продетектированный сигнал поступает на регистрирующий прибор 12; в ка 4 честве которого может служить любой вольт метр или самописец.Рабочая зона анализатора положения,обеспечивающая линейность преобразования пространственного отклонения в электричес кий сигнал, обычно достаточно узкая и непозволяет измерять регулярную рефракцию.Применение клинового компенсатора снимает эту трудность. Соответствующий поворот "оптических клиньев смещает световой пучок и позволяет удерживать световое пят 1 о но в рабочей зоне анализатора положения.В предлагаемом устройстве узел компенсации углового отклонения управляет поворотом оптиЧеских клиньев. Опорный сигнал, который поступает на второй вход схемы сравнения 8, характеризует рабочую зону, соответствуюйсую максимальной амплитуде случайной рефракции. Если пучок смешается к границе рабочей зоны, т.е. проявляется регулярная рефракция, сигнал с усилителя 7 достигнет значения опорного сигнала и сра 2 о батывает схема сравнения 8. Формируетсякоманда включения схемы 9 управления шаговым двигателем. Последняя вырабатывает определенное число тактовых импульсов, обеспечивая за счет вращения вала шагового двигателя и перемещения клинового компенсатора сигнал на входе схемы сравнения по величине значительно меньше опорного сигнала, при этом изображениеисточника разместится вблизи центра рабочей зоны.5 о Количество тактов, выработанных схемой управления шаговым двигателем 9, и посчитанное схемой,11 счета числа дискретов, характеризует в цифровом виде величину регулярной рефракции. Цифровая информация поступает на регистрирующий прибор 12.Таким образом, информация о регулярной рефракции выдается в виде числа дискретов шагового двигателя в цифровом коде. Угол регулярной рефракции рассчитываетсяпо формуле: где у - угол рефракции;К - число шагов;а - угол оптического клина;п - показатель преломления клина;1 Ч - коэффициент передачи шаговыйдвигатель-клиновый компенсатор;р - угловая величина шага.Узел компенсации углового отклоненияв предлагаемом устройстве не только служит для удержания изображения источника в рабочей зоне,но и для измерения регулярной составляющей рефракции, причем измерение случайной рефракции происходит в момент остановки шагового двигателя и клинового компенсатора, что определяет высокую точность измерения случайной рефракции. Практически точность определяется раз739384 Формула изобретения Составитель А. Гусева Редактор И, Гохфельд Техред К. Шуфрич Корректор М. Шароши Заказ 2914/37 Тираж 109 Подписное ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж - 35, Раушская наб., д. 4/5 Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4решением анализатора 5 положения.светового пучка. Значение регулярной рефракции отсчитывается от некоторого нулевого состояния, за которое принято положение, когда световой пучок проходит через компенсатор без углового смещения,Надежность устройства увеличивается за счет работы элементов схемы управления 9, схемы 11 счета числа дискретов и схемы сравнения 8. (выполненных на полупроводни" ковых элементах) в релейных режимах. Надежность увеличивается также за счет применения зубчатой передачи, которая состоит только из двух шестерен, одна из которых установлена на валу шагового двигателя, а другая - на клиновом компенсаторе (на чертеже не показаны). Устройство для измерения атмосферной рефракции, содержащее последовательно расположенные источник светового излучения, клиновый компенсатор, приемный объектив, анализатор положения светового пучка, фотоприемник, усилитель, узел компенсации углового отклонения светового пучкаи регистрирующий прибор, отличающеесятем, что, с целью расширения функциональных возможностей устройства, а также повышения его надежности, узел компенсацииуглового отклонения светового пучка выполнен в виде схемы дискретного действия, включающей схему сравнения, шаговый двигатель со схемой управления и схему счетачисла дискретов, причем выход схемы срав 1 й нения соединен со входом схемы управленияшаговым двигателем, выходами подключенной к шаговому двигателю и к схеме счетачисла дискретов, при этом вал шаговогодвигателя посредством зубчатой передачисоединен с клиновым компенсатором, а выход схемы счета числа дискретов подключЕнк входу регистрирующего прибора.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССР2 е Мв 197259, кл. С 01 М 21/46, 1966,2. Сабинин Л. И. Фотоэлектрические следящие системы. М., Энергия, 969, с. 128