Автоматическое интерференционное устройство для измерения структурной характеристики показателя преломления атмосферы

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИН 9) (И) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯН АВТОРСКОМУ( СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(72) В.Н.Гришин и )0.В.Мищенко (71) Московский ордена Ленина и ордена Октябрьской Революции энергетический институт(56) 1. Семенов А,А., Арсеньян Т.И. Флуктуации электромагнитных волн на призменных трассах. М., "Наука", 1978, с. 190.2. Авторское свидетельство СССР М 509767, кл. О 01 В 9/02, 1969 (прототип).(54)(57) АВТОМАТИЧЕСКОЕ ИНТЕРФЕРЕНЦИОННОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СТРУКТУРНОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПОКАЗАТЕЛЯ ПРЕЛОМЛЕНИЯ АТМОСФЕРЫ, содержащее двухлучевой интерферометр, в одном из плеч которого установлен оптический элемент модулятора, выполненного в Ш С 01 Б 21 41 0 01 В 9/02 виде "генератора пилообразного напряжения, выйод которого подключен кпьезоприводу оптического элемента,фотопреобразователь, установленныйза щелью, расположенной в плоскостианализа, причем выход фотопреобразователя подключен к входу фазометра,другой вход которого соединен с выходом пилообразного напряжения, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с цельюповышения точности измерений, в устройство введены генератор импульсови блок управления генератором пилообразного напряжения, один входкоторого подключен к выходу генератора импульсов, второй вход подключен к выходу фотопреобразователя, )выход соединен с управляющим входомгенератора пилообразного напряжения фрмодулятора, а оптический элемент ЪЮ Умодулятора выполнен в виде прозрачной плоско-параллельной пластины, 1068782Изобретение относится к атмосфернОй оптике и может быть использовано для измерения оптическиххарактеристик атмосферы.Известно интерференционноеустройство для измерения структурной характеристики показателя преломления атмосферы, содержащеедвухлучевой интерферометр и средстварегистрации на кинопленку, установленные эа щелью, расположенной вплоскости анализа 11.Недостатками устройства являютсяограниченная точность измерения,обусловленная несовершеннйм методомрегистрации смещений интерференционной картины в плоскости анализа,а также высокая трудоемкость процесса проявления пленки и обработкиполученной информации.Наиболее близким техническимрешением к изобретению являетсяавтоматическое интерференционноеустройство для измерения структурной характеристики показателя преломления атмосферы, содержащее;двухлучевой интерферометр, в одномиз плеч которого установлен оптический элемент модулятора, выполненного в виде генератора пилообразногонапряжения, выход которого подключен к пьеэоприводу оптического элемента, фотопреобразователь, установленный за щелью, расположеннойв плоскости,анализа, причем выходФотопреобразователя подключен к выходу Фазометра, другой вход которогосоединен с выходом генератора пилообразного напряжения 23,Недостатком известного устройства является ограниченная точностьизмерения, обусловленная тем, чтопод действием различных влияющихфакторов может изменяться амплитудаинтерФеренционной развертки, чтовлечет за собой появление дополнительной постоянной составляющей(носящей случайный характер) в сигнале Фототока на выходе Фотопреобраэователя и, как следствие, искажение Фазы при измерении фазометром.Цель изобретения - повышениеточности измеренийДля достижения указанной цели вавтоматическое интерференционноеустройство для измерения структурной характеристики показателя преломления атмосферы, содержащеедвухлучевой интерферометр, в одномиз плеч которого установлен оптический. элемент модулятора, выполненного в видегенератора пилообразного напряжения, выход которогоподключен к пьеэоприводу оптическогоэлемента, фотопреобразователь. установленный эа щелью, расположеннойв плоскости анализа, причем выходфотопреобразователя подключен х. входуфазометра, другой вход которого соедичен с выходом генераторапилообразного напряжения, введеныгенератор импульсов и блок управления генератором пилообразного напря жения,-один вход которого подключенк выходу генератора импульсов, второйвход подключен к выходу Фотопреобраэователя, выход соединен с управляющим входом генератора пилообразного 3 О напряжения модулятора, а оптическийэлемент модулятора выполнен в видепрозрачной плоскопараллельной пластины.На чертеже показана структурнаясхема устройства.устройство содержит двухлучевойинтерферометр 1, в одном иэ плечкоторого установлен оптическийэлемент 3 модулятора 2, выполненногов виде генератора 4 пилообразногонапряжения, выход которого подключенк пьеэоприводу 5 оптического элемента 3, фотопреобразователь б, установленный эа щелью 7, расположенной 25 в плоскости анализа причем в ходФотопреобразователя б подключенк входу Фаэометра 8, другой вход которого соединен с выходом генератора4 пилообразного напряжения, Устройство также содержит генератор 9импульсов и блок 10 управлениягенератором пилообразного напряжения,один вход которого подключен к выходу генератора 9 импульсов, второйвход подключен к выходу фотопреоб разователя б, выход соединен с управляющим входом генератора 4 пилооб,разного напряжения модулятора 2,оптический элемент 3 модулятора 2выполнен в виде прозрачной плоскопа"раллельной пластины.Схема двухлучевого йнтерферометра,1 может быть, в частности, представлена оптической схемой модифицированного интерферометра Жамена, состоящего из лазера, светоделительнойпластины 12 и оборотной призмы 13.Автоматическое интерференционноеустройство для измерения структурнойхарактеристики показателя преломленияатмосферы функционирует следующимобразом.1Луч лазера 11 падает на плоскопараллельное зеркало 12 интерферометра. Жамена, имеющее значительнуютолщину. Отражаясь от передней(полупрозрачной) и задней (посеребренной) поверхностей, он разделяетсяна два когерентных луча. Пройдя атмосферную трассу длиной ь, оба лучапопадают на оборотную призму 13, азатем возвращаются на зеркало 12..Здесь они,отражаются от разных поверхностей, но меняются местами,так что каждый луч один раз отражается от посеребренной поверхности ,65 и один раэ от полупрозрачной. Витоге интенсивности оказываютсяравными, и в плоскости анализа,куда лучи попадают после второгоотражения от зеркала 12, наблюдаетсяинтерференционная картина в виде полосравного наклона. Узкая щель 7 ориентируется в перпендикулярном направлениипо отношению и полосам интерференционной картины.Измерение разности фаэ ь междудвумя световыми лучами осуществляется путем определения целой Б идробной д частей интерференционнойполосы в фиксируемом сдвиге интерференционной картины в плоскостианализа. В данном устройстве измере-.ния величины сдвига интерференцион-ной картины осуществляется методоминтерференциОнной модуляции. Реали-зация этого метода предполагаетиспользование в оптической схемеинтерферометра Жамена 1 интерференционного модулятора 2, с помощьюкоторого осуществляется периодичес,кое изменение оптической разностихода между двумя световыми лучамипо линейному закону, В качествеоптического элемента модулятора 2в данном случае предлагается использовать пюзрачную плоскопараллелвную,пластину 3, которая устанавливаетсяна пути распространения одногоиз еветовых пучков и может свободноповорачиваться с изменением угланаклона плоскости пластины к направлению распространения пучка. Поворот пластины 3 осуществляется спомощью пьезопривода 5, которыйпреобразует сигнал пилообразногонапряжения, поступающий с выходагенератора 4 пилообразного. напряжения модулятора 3, в изменение угланаклона пластины к направлениюраспространения светового пучка,При линейном характере измененияоптической разности хода (применениепилообразного сигнала напряженияразвертки) интерференционные полосыв плоскости анализа будут равномерносмещаться в направлении, совпадающемс направлением ориентации узкойщели 7, и на вход фотопреобразователя б будет поступать переменныйсветовой поток, наложенный на посто"янную фоновую составляющую. Сигналс выхода Фотопреобраэователя 6 поступает на информационный вход фазометра 8. На опорный вход фазометра 8 поступает сигнал с выхода генератора 4 пилообразного напряжения модулятора 2. Определение дробной части интерференционной полосы д в сдвиге .интерференционной картины осуществл,- ется путем измерения временного интервала между началом развертки и первым переходом через средний уровень в сигнале на выходе фото- преобразователя б. Определение це лых интерференционных полос в сдвиге интерференционной картины осуществляется по методу "трех зон".Затем в фаэометре 8 определяется магнитное значение разности фаэ 5 Ьф =2 к(П д) и по рассчитанным втечение каждого периода развертки значениям АОК рассчитывается вель- чина дисперсии флуктуации фазы ААЯ 1 10 где Ю - число измерений ау.Данная величина структурной характеристики показателя преломленияатмосферы - С расчитывается посоотношению расстояние между световымипучками,исходный диаметрсветовогопучка,длина волны света,2,91 при Е)1 БС1,46 при ФЯГ где С -25 30Сигнал с выхода фотопреобраэователя 6 поступает на первый вход блока 10 управления генератором 4 пилообразного напряжения, на второй 35 вход которого поступает сигнал свыхода генератора 9 импульсовБлок10 управления генератором 4 пилообразного напряжения предназначаетсядля управления амплитудой сигнала40 интерференционной развертки. С этойцелью сигнал управления с выходаблока 10 управления подается науправляющий вход генератора 4 пилообразного напряжения. Последее поз-. 45 воляет разворачивать за один период развертки ровно целое число периодов интерференции, что исключаетпоявление дополнительной постояннойсоставляющей в сигнале Фототока наинформационном. входе Фаэометра 8.Последнее позволяет реализоватьточность измерения дробной частиинтерференционной полосы порядка0,01-0,001 полосы (по сравнению с0,05-0,1 полосы для известного 55 устройства), а достижение подобных, точностных уровней измерения (2 позволяет соответственно повысить напорядок точность определения 0 ф посравнению с известным устройством и 60 довести ее до уровня 10см.Процесс подстройки амплитудыгенератора 4 пилообразного напряжения осуществляется следующим образом.Блок 10 управления осуществляет 65 выделение разности между периодом.По комитета С открытий кая наб., сн ВНИИПИ Государстве по делам иэобрет113035, Москва, Ж,ог ий 4"Патен г. Ужгород, ул, Проектная,Филиа сигнала, имеющем место на выходе фотопреобраэователя б и целым числомпериодов генератора 9 импульсов,храктериэующимся высоко стабильнымпериодом следования импульсов. Наосновании полученного результатаФормируется управляющий сигнал,поступающий на управляющий входгенератора 10 пилообразного напряжения. Предлагаемое устройство позволяет на порядок повысить точностьизмерения структурной характеристикипоказат.ля преломления атмосферы идовести ее до 10 см"9 Э . В свою 5 очередь повышение точности измерения позволяет расширить динамическийдиапазон измерений Си осуществлять определение атмосферных параметров в условиях слабой турбулентности атмосферы.