Способ измерения профиля границы раздела двух сред

"у г ЕЛЬСТВ Н АВТОРСКОМУ СВ длительн л 11- (Ь +11С 1 а где в - димый дл необх фаз п промежуток измерения потоков вид излучения,ают достаточ сти в водеен разност имого и нфраь импуль сно ощн а выбир свещенн нои для п108- 1 О ения ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СС ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНР(56) 1. Авторское свидетельство СССРВ 1091020, кл. С 01 С 13/00, 07.01,83(54)(57) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПРОФИЛЯГРАНИЦЫ РАЗДЕЛА ДВУХ СРЕД по авт.св. Ф 1091020, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью увеличениядальности действия в воде и повышенияпомехозащищенности, в направленииизмеряемого профиля вдоль оптическойоси приемной системы дополнительноизлучают импульсы лазерного излученияна частоте, превышающей частоту видимой составляющей зондирующего излучения на величину, соответствующую диапазону частот комбинационного резонанса в воде, причем измерения производят через промежуток времени ю 1 смомента начала испускания импульса г = - г г г, (л , ,е С - скорость света в возд- расстояние, проходимое допонительно излучаемым импульсои в воздухе;заданное расстояние, проходмое дополнительно излучаемымимпульсом в воде;- показатель преломления водыдля видимой составляющейзондирующего излучения; - показатель преломления водыдля излучения дополнительноизлучаемых импульсов,ость импульсаИзобретение относится к океанографическим исследованиям и может быть использовано, например, для определения рельефа дна океана и расстояния между дном и поверхностью.По основному авт.св, 9 1091020 известен способ измерения профиля границы раздела двух сред, связанный с измерением разности фаз одновременно испускаемых в направлении границы раздела излучений в видимом и инфра" красном диапазонах спектра. При сканировании излучения в направлении приема в направлении этого зондирующего излучения дополнительно иэлу чают импульсы стимулирующего излуче ния на частоте, превышающей частоту видимой составляющей зондирующего излучения на величину, соответствующую диапазону частот комбинационного 20 резонанса в воде с интенсивностью, достаточной для получения освещенности в воде 10 - 1 О" Вт/см. Дополнительно излучаемые импульсы стимулирующего излучения распространяются в воде в там же направлении, что и зондирующее излучение, и в области их перекрытия возникает нелинейное оптическое взаимодействие, Это приводит к повь 1 шбнию уровня полезного 30 сигнала по отношению к однократно рассеиваемой составляющей зондирующего излучения, поступающей в приемное устройство, а также к повышению монохроматичности зондирующего излу" чения, В результате достигается относительное уменьшение уровня шумов, обусловленных однократным рассеянием зондирующего излучения в области перекрещенных полей приема и эонди рующего излучения, увеличение помехозащищенности и дальности действия в воде 13. Однако способ характеризуется недостаточно высокими дальностью45 действия и помехозащищенностью, Эти недостатки обусловлены многократным рассеянием зондирующего излучения в воде. Многократно рассеянное зондирующее излучение принимается вдоль всего поля приема в воде, что приводит к увеличению уровня шумов при увеличении глубины и снижению помехозащищенности. При глубинах 30-40 м уровень двухкратнорассеянного излу чения, возникающего при распространении зондирующего излучения от поверхности воды до морского дна и поступающего в приемную систему,может превысить по мощности уровеньполезного сигнала, отраженного отморского дна.Цель изобретения - повышение помехоэащищенности и увеличение дальности действия в воде за счет подавления уровня шумов, обусловленныхмногократным (в частности двухкратным) рассеянием зондирующего излучения в воде относительно уровня полезного сигнала,Поставленная цель достигаетсятем, что согласно способу измеренияграницы раздела двух сред в направлении измеряемого профиля вдольоптической оси приемной системы дополнительно излучают импульсы лазерного излучения на частоте, превышающей частоту видимой составляющейзондирующего излучения на величину,соответствующую диапазону частот комбинационного резонанса в воде, причем измерения производят через промежуток времени с момента начала испускания импульса дг. = -2 Е"+ Е,(п+и ),где С - скорость света в воздухе;Е ф - расстояние, проходимое допол"нительно излучаемым импульсом в воздухе; Х - заданное расстояние, проходимое дополнительно излучаемым импульсом в воде (ориентировочное, заранее известное значение глубины);и, - показатель преломления воды длявидимой составляющей зондирующегоизлучения; и - показатель преломления воды для излучения дополнительноизлучаемых импульсов, длительностьимпульса 7 3 -"-(и+ и ) + а С, где аС -интервал времени, необходимый для измерения разности фаз принимаемых потоков видимого и инфракрасного излучения, а мощность дополнительно излучаемого импульса выбирают достаточной для получения освещенности в воде10 - 1 О Вт/см . На чертеже показана принципиальная схема аппаратуры для реализации предлагаемого способа.Передающая система 1 направляет промодулированное по амплитуде зондирующее излучение в видимом и инфракрасном диапазонах. Одновременно передающая система 2 формирует мощные импульсы стимулирующего излучения, С помощью вращающегося зеркала1150433 обеспечивается одновременное сканирование зондирующего излучения и импульсов стимулирующего излучения в направлении поля приема, определяемого приемной системой 4. Зондирующее и стимулирующее излучения распространяются в одном и том же направлении. Разность частот стимулирующего и зондирующего излучений равна диапазону частот комбинационного резонан са в воде. Зондирование в видимом и инфракрасном диапазонах позволяет определить профиль границ 5 воздух - вода и профиль дна 6, поскольку инфракрасное излучение практически не про никает в толщу воды, а ослабление видимого излучения в воде сравнительно невелико. Передающая система 7 Формирует импульсы лазерного излучения, которые направлены вдоль оптичесО кой оси приемной системы и заполняют поле приема (заштриховано). Совпадение оптической оси приемной системы с направлением распространения дополнительно излучаемых импульсов 25 достигается, например при помощи светоделительной пластины 8. Система 9 синхронизации регулирует совместную работу во времени приемной и передающей систем 4 и 7. Разность частот импульсного излучения, формируемого передающей системой 7, и видимого излучения, формируемого передающей системой 1, выбирается равной частоте комбинационного резонанса в воде, те. равна 9,6 10 "-1,08 1 О"ф Гц, или дЯ/2%С3200-3600 см , где ьЯ. - раэностная круговая частота излучений; С - скорость света в вакууме (см/с). Прием ведется в спектральной области зондирующего излучения.40Дополнительно излучаемые импульсы должны испускаться передающей системой 7 в моменты появления освещен 76ного зондирующим излучением пятна на дне в поле приемной системы. Зтот момент времени регистрируется системой 9 синхронизации по увеличению уровня полезного сигнала, поступающего в приемную систему. Кроме выполнения функций вырабатывания сигнала запуска передающей системы 7 система 9 синхронизации через промежуток времени а= -22 Е(п+ и )1 с момента начала испускания импульса системой 7 вырабатывает сигнал, посылаемый в приемную систему, по которому осуществляется измерение разности фаз принимаемых видимого и инфракрасного излучений. Скорость вращения зеркала сканирующего устройства 3 должна быть выбрана в соответствии с быстродействием системы 9 синхронизации, передающей системы 7 и приемной системы 4. В случае необходимости увеличения интервала времени измерений можно связать в замкнутую следящую систему сканирующее устройством 3 и приемную систему 4 так, чтобы сканирующее устройство отслеживало изменения рельефа дна исходя из критерия получения максимального уровня полезного сигнала. Дополнительно излучаемые передающей системой 7 импульсы распространяются во встречном направлении по отношению к отраженному от дна полезному сигналу. В результате возникает нелинейное оптическое взаимодействие между этими излучениями.Как показывают расчеты, отношение сигнал/шум при измерении предлагаемым способом примерно на порядок повышается по сравнению с измеряемыми по известному способу. Кроме того, достигается значительное уси" ление полезного сигнала, что позволяет увеличить дальность действияв воде.Заказ 2093/3 ент", г. Ужгород ул. Проектная, 4 иал ППП "Па Тираж 65 ВНИИПИ Государс по делам изо 113035, Москва