Способ измерения лучевых скоростей в атмосфере солнца

ДЯЯ ОПИСА К АВТОРСН НИЯ ОБРЕ СВИДЕТЕЛЬСТВ ГОСУДАРСТВЕННЬЗЙ НОМИТЕТ СС ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬ(46) 23.03,84. Бюл. Р 11 (72) С.а. Дружинин и Ю.Д. Жугжда (71) Сибирский институт. земного магнетизма, нонасФеры и распростра" кения радиоволн СО АН СССР (53) 535,8(688.8)(56) 1. 1)авторское свидетельство ССС 9 879330 р кл, О 01 Ю 3/Обр 19792. Авторское свидетельство СССР 9 957009 кл.01 7 3/06, 1981. (54)(57) СПОСОБИЗМЕРЕНИЯ ЛУЧЕВИХ СХОРОСйЕй В ййОСФЕРЕ СОН 1(й, основанный на регистрации допплеров- г ского смещения спектральной линии в разных пространственных точках поверхности Солнца дифференциальным методом, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повьааения пространственной избирательности, произ" водят последовательную регистрацию допплеровского смещения спектральной линии в равноотстоящих точках, рас-положенных вдоль прямой линки, усредняют результаты четных и нечет" ных измерений и по разности резуль, татов усреднения судят о лучевой скорости излучакщих частиц в атмосфере Солнца.Изобретение относится к способамизмерения допплеровского смещенияспектральных линий, в частности,спектральных линий солнечного спектра, и предназначено для выделенияколебаний с заданной длиной волюПри наблюдении лучевых скоростейна Солнце были обнаружены их колебания, временной период которых близок к пяти минутам. Установлено чтоколебания имеют пространственныймасштаб, т.е. на поверхности Солнцанаблюдаются волны.Известны способы измерения лучевых скоростей по допплеровскомусмещению спектральных линий, например, дифференциальный способ измерения, основанный на измерении сдвигов солнечной спектральной линии(СЛ) относительно некоторой опорной СЛ Г 13.Этот способ значительно снижаетвклад шумов спектрографа в регистрируемый сигнал, но не обладаетизбирательностью по длинам пространственных волн.Наиболее близким к изобретениюпо технической сущности и достигаемому результату является способизмерения лучевых скоростей излучающих частиц в атмосфере Солнца,основанный на регистрации допплеровского смещения спектральной линиив разных пространственных точкахповерхности Солнца дифференциальнымметодом 123.Недостатком известного способаявляется низкая пространственнаяизбирательность.Целью изобретения является повышение пространственной избирательности,Эта цель достигается тем, чтосогласно способу измерения лучевыхскоростей излучающих частиц в атмосфере Солнца, основанному на регистрации допплеровского смещенияспектральной линии н разных пространственных точках поверхностиСолнца дифференциальным методом,производят последовательную регистрациюдопплеровского смещения спектральной линии в равноотстоящих точках, расположенных вдоль прямой линии, усредняйт результаты четных инечетных измерений и по разностирезультатов усреднения судят о лучевой скорости излучающих частиц ватмосфере Солнца,На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства для реализации способа 1 на фиг. 2 - временные диаграммы поясняющие метод измерения лучевых скоростей.Спектрограф 1 содержит входнующель 2, коллиматор 3, дифракциоииуюрешетку 4, камерное зеркало 5, ивераж иие спектральной линии 6, дис" сектор 7 с фокусирующей-отклоняющейсистемой, демодуляторы 8 и 9, интеграторы 10 и 11, дифференциальный усилитель 12, коммутатор 13,14 синхронизации блок 15 управлення отклоняющей системой (ОС) по х-направлению, блок 16 формирования сигнала отклонения по у-направлению, блок 17 управления ОС по у-направлению.Камерное зеркало 5 спектрографа1 в фокальной плоскости строит изоб. ражение исследуемой СЛ, При высокой входной щели 2 снектрографа 1изображение СЛ по высоте спектра 15 имеет зигзагообразную форму вследствие разных локальных лучевых скоростей на поверхности Солнца. Навходной щели 2 наблюдают суперпозицию пространственных гармоник с раз 20 ными длинами волн. Иэображение исследуемой СЛ 6 направляют на фотокатод диссектора 7.Сканирующие свойства диссекторапозволяют измерять интенсивностисвета в крыльях СЛ. Для этого диссектор 7 устанавливают так, чтобысканирование в х-направлении совпадало с направлением дисперсии спектрографа 1.На ОС диссектора при этом с блока 15 управления подают сигнал переключения крыльев 3 прямоугольной формы (фиг. 2). Амплитуду 5 уста-, навливают в соответствии с йолушириной СЛ.Если изображение СЛ на фотокатоде диссектора 7 расположено так,что при.сканировании опрашивают точки фотокатода, соответствующие средним участкам крыльев СЛ, то на выхо 40 де диссектора переменный сигнал начастоте 5 равен нулю.Возможные смещения изображенийСЛ относительно опрашиваемых точекфотокатода вызывают появление пере менного сигнала на частоте 5, таккак в опрашиваемых точках расположены участки контура СЛ с неодинаковой интенсивностью. Этот переменныйсигнал демодулируют и интегрируютв измерительных каналах.Демодулятор 8 и интегратор 10образуют первый, а демодулятор 9 иинтегратор 11 второй измерительныеканалы. Демодуляторы 8 и 9 работаютпоочередно: один период 5 работаетдемодулятор 8,. а в следующий периоддемодулятор 9. Выходные сигналы сдемодуляторов 8 и 9 поступают наинтеграторы 10 и 11. Состояния интеграторов 10 и 11 изменяются только 60 при наличии входных сигналов, Еслисигналы с.демодуляторов 8 и 9 отсутствучт, то интеграторы 10 и 11сохраняют свои состояния. Сигналыс интеграторов 10 и 11 через комму татор 13 поступают на блок 15 управления в виде сигналов обратнойсвязи, где они суммируются с 5 иобразуют следящую обратную связь.Постоянные времени интеграторов 10н 11 равны, переходные процессы вобоих измерительных каналах протекают одинаково. Разйбсть между выходными напряжениями интеграторов10 и 11 регистрируют через дифференциальный усилитель 12.Управление отклонением потока 10электронов в 5 - направлении перпендикулярно к направлению дисперсии спектрографа позволяет измерятьинтенсивности в крыльях СЛ в разныхточках на высоте спектра, т.е. в 15разных пространственных точках изображения Солнца, расположенных вдольвходной щели 2 спектрографа .1,Задав ступенчатую форму сигнала5(отклонение в у-направлении фиг,2), 20иоследовательно измеряют интенсив-.ности СЛ в равноотстоящих точках повысоте спектра. Форму 5 задают сблока 1 б, который состоит из двоичного счетчика и цифроаналоговогопреобразователя (ЦАП). Выходной сигнал с ЦАП через блок 17 управленияподают на ОС. Период 5 задают многопостоянной времени интеграторов 10и.11, в конкретной реализации пример"но в 50 раз. Синхронизацию временнойпоследовательности работы всех элементов устройства осуществляет блок14 синхронизации.ПеРед началом измеРения производят настройку рЕжима ОС, В этб времяобкладки конденсаторов интеграторов8 и 9 замкнуты и выходные сигналыс них равны нулю, а на ОС подают.При этом сигнал постоянной составляющей на выходе диссектора должен 40соответствовать центральным участкам крыльев СЛ.В режиме измерения обкладки конденсаторов размыкают и, если естьсмещения изображения СЛ, то переменный сигнал с выхода диссектора после демодуляции воздействует на интеграторы 10 и 11, т,е. возникаетсигнал обратной связи, который изменяет уровень постоянной состав Оляющей 5 таким образом, что переменный сигнал (сигнал ошибки) уменьшается до нуля. Сигнал обратной связи меняется только при смещенияхизобРажений СЛ, т.е. он как бы следит за СЛ. При Э 0 оба измерительных канала следят за одним иэображением СЛ. Разностный сигнал на выходе дифференциального усилителя 1.2равен нулю, так как лучевая скорость,турбуленция воздуха в спектрографе 60и механические деФормации элементовспектрографа дают я измерительныхканалах одинаковые сигналы.Для пояснения процесса измеренияс пространственной избирательностью 65 рассмотрим случай, когда зу имеетступенчатую форму (фиг, 2) и экстремумы пространственной волны лучевой скорости совпадают с точкамиизмерения, Причем максимумы волны(скорость источника излучения направлена по лучу зрения к наблюдателю) совпадают с нечетными точкамиизмерения, а минимумы (скорость источника излучения направлена по лучузрения от наблюдателя) - с четными.Управление демодуляторами 8 и 9разделяют по каналам сигнал лучевойскорости. Демодулятор 8 усредняет.сигналы смещения СЛ в максимумах фволны, а демодулятор 9 усредняет сигналы смещения СЛ в минимумах волны.В динамике первый измерительный канал следит, за средней величиной смещения СЛ в четырех нечетных точкахизмерениЪ, а второй - в четырех четных точках измеренияПри движении пространственныхволн вдоль щели 2 через точки измерения поочередно проходят максимумы,узлы и минимумы волн. В результатена выходе дифференциального усилителя 12 регистрируется переменныйсигнал, который можно описать гармонической Функцией, например, едз юФ,где ш - - круговая частота, Т - пе 2риод,- время,Пространственная волна характеризуется амплитудой Эо, длиной волныЪи и фазовой скоростью Чф . Через этипарайетры можно выразить Ш . Поскольку для наблюдателя Т=(,Чф, тош:3 - "- В случае совпадения точек измерения с экстремумами волн мы имееммаксимальные значения амплитуды выходного сигнала. При движении волнэкстремальные значения амплитуд регистрируют в моменты времени.1 = 7 в , где Ю - номер точки изме.еренияИ изменяется от 0 до й, обфщее число точек измерения М+1),расстояния между соседними точкамиизмерения, Ч - фазовая скоростьВолны (фит2)Для экстремальных значений амплитуд можно записать, заменив м) и( через Параметры пространственной волны, число точек измерения и расстоФНЙе между двумя соседними точкамиЭ:Э соз --2 Гл 9.и о ВЬУчитывая, что в измерительных каналах .отдельно усредняют результаты измерений в четных и нечетных точках измерения, а на выходе дифРедакто грыше каэ 153,6/3 Подписнта СССРтий Тираж 823Государственного комите елам изобретений и откры сква, Ж, Раушская наб ВНИИП по 113035, 4/ Филиал ППП Патент, 1, ужгород, ул. Проектная,ференциального усилителя 12 имеют разность результатов усреднения, то для экстремального значения амплитуды регистрируемого сигнала справедРэ+ -"1 н ( о 1 г" +-1 м 3:й+1 Эта формула отражает пространственную избирательную способностьпредлагаемого способа измерения,Зарегистрированное амплитудное значение Э зависит от отношения К/М иот ь - числа точек измерения, т,е.числа усредняемых значений.Предлагаемый способ измерения лучевых скоростей позволил в реальноработающем приборе повысить прост О ранственную избирательность пример"но в 7 раз. 9 рядеицС йюф-, тйб ИМЯ юйОИ Уройал деяс- ф 4 ВИЮ Ьр и. ярчтеыямкаа, ФУ