Система для измерения поглощения лазерного излучения атмосферой

(5)5 С 01 Л 3/02, с О 1 И 21/ ГОСУДАРСТВ Е Н Н О ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР ОЕ АТ ТЕНИ н двторском ИДЕТЕЛЬСТ юл У 5тики атмосФер н и А,В,Сосникобритании1 А, 1969.3702397,1972,р, Известиямосйеры и ок ПОГ(21) 2441723/25(71) Институт опСО АН СССР(56) Патент ВелиН 1290903, кл. ГПатент СНА юкл, 250-43, 5 К,Зуев В.Е, и дсерия "Физика атт,4, 8 1, 1968,4)(57) СИСТЕМА ЛЛЯ ИЗМЕРЕ ЦЕНИЯ ЛАЗЕРНОГО ИЯЛУЦЕНИЯ Изобретение относится к области исследования и анализа атмосФеры с помощью оптических методов и может быть использовано для определения газового состава атмосФеры базисным методом:Известна система лля определения вещества по спектральному анализу, при котором через последующую среду пропускают два пучка перпендикулярно поляризованного света, один из пуцков имеет узкую полосу частот и лежит в полосе поглощения, а другой - в полосе, где среда не поглощает. Поглощение определяют, сравнивая интенсивность прошедших через вещество компонентов. Система включает источник излуцения перпендикулярно поляризованного света и приемники этого излучения, установСФЕРГ 1 й, включаюного излучениятических осях кприемные антеннщ а я с я тем,шения точностипрожектор устанчто их оптическа в точке перезеркальный конттакие размеры оотраженное от нностью перехватантеннами, прицдиаметры приемнду собой. щая источник лазер- и прожектор, на опоторых установлены ы о т л и ц а юцто, с целью повыизмерений, лазер и овлены таким образом, ие оси пересекаются, сечения установлен ротражатель, имеющий тражающего поля, цто его излучение полывается приемными ем поля зрения и ых антенн равны межленные таким образом, цтобы излучение от передатчика к приемнику проходило церез исследуемую среду..Известна система для обнаружения компонентов воздуха, которая содержит источник излуцения и детектор, принимающий прошедшее через воздух излучение, Интенсивность прошедшего церез слой воздуха излучения зависит от количества поглощающего газа, цто позволяет определить его концентрацию.Описанные выше системы позволяют, как правило,измерять поглощение посылаемого излуцения исследуемыми средами в лабораторных условиях. При чем, обычно база системы не превыша" ет нескольких метров. Все это ограничивает чувствительность указанных приборов и их использование визмерениях поглощения исследуемогоспектрального излучения на длинныхтрасах в реальной атмосфере,Наиболее близкой по своей технической сущности является системадля измерения поглощения лазерногоизлучения атмосФерой, включающаяпрожектор, лазерный источник, наоптических осях которых установлены 10приемные антенны. При этом проходящие через слой атмосферы излучениерегистрируют и сравнивают электрические сигналы, пропорциональныеинтенсивностям этих излучений, Изсравнения сигналов определяют поглощение лазерного излучения атмосферой,Недостатком описанной системыявляется возникновение ошибок измерений в поглощении лазерного излучения, величины которых будут зависеть от соотношения геометрическихпараметров приемных антенн и пере.датчиков, а также тои метеорологической ситуации на трассе, при которой проводятся измерения. для устранения этого недостатка необходимов лазерном и прожекторном каналахсделать равными расходимости пучков 30излучения: поля зрения и диаметрыприемных антенн.Выполйение этих требований наталкивается на следующие трудности.При работе .в режиме полного перехвата угловые размеры луча лазераможно сделать такими, цтобы луч полностью перехватывался приемной антенной,40Однако, невозможно провести коллимирование прожекторного луча до угловых размеров луча лазера, А это ведет к возникновению ошибок в определении количественного поглощения излучения лазера.При работе в режиме неполного перехвата излучения приемными антеннами можно выровнить угловые размеры световых. пучков путем расширения ла 50зерного луча до размеров прожекторного луча Но это ведет к существенному снижению величины принимаемых сигналов по лазерному каналу и к увеличению ошибок измерении. При этом 55 изменение распределения. интенсивности излучения лазера по сечению пучка, что часто имеет место на практике,будет дополнительным источником ошибок измерений,11 елью изобретения является повышение точности измерения поглощениялазерного излучения атмосферой приразличных метеорологических ситуациях,Поставленная цель достигается тем,что в известной системе для измеренияпоглощения лазерного излучения атмосферой лазер и прожектор установленытаким образом, что их оптические осипересекаются, а в точке пересеченияустановлен зеркальный контротражатель, имеющий такие размеры отражаю-.щего поля, отраженное от него излучение полностью перехватывается приемными антеннами, причем поля зренияи диаметры приемных антенн равны между собой,Располагают приемные антенны и передатчики так, цтобы оптические осисоответствующих приемных антенн являлись зеркальным отражением оптических осей передатчиков, полученныхконтротражателем,Принципиальным отличием предлагаемой системы от известной является то, что в ней установлен отражатель с ограниченным полем отражения, дающий возможность вырезать изпрожекторного луча такую часть, которая полностью принимается антенной и расходимость которой равна расходимости лазерного луча.На фиг 1 изображена система (вид.сверху),. на фиг.2 - пересечение оптических осей приемных антенн и переедатчиков с плоскостью, параллельной плоскости контротражателя.Система состоит из контротражателя, включающего зеркало 1 с установленной перед ним кольцевой диафрагмой 2; лазерного и прожекторного передатчиков излучения 3 и 1, приемных антенн 5 и 6 с установленнымив них диафрагмами поля зрения 7 и 8.Работает система следующим образом.Излучения лазерного 3 и прожекторного 1 источников направляются на контротражатель 1, который с помощью ограниченного поля, создаваемого диафрагмой 2, вырезает из прожекторного пучка луч, условнье размеры которого равны условным размерам лазерного луча, и посылает оба лучав соответствующие приемные антенны5 и 6. Луци полностью перехватываются ими и собираются на отоприемник,по величине сигналов которых определяют поглощение лазерного излучения атмосферой,При реализации предлагаемой сис-.темы возникает возможность устранитьошибки измерений поглощений лазерного излучения атмосферой, цто достигается за счет создания одинаковыхусловий рассеяния излучений в обоихканалах.дополнительно по наводке отраженного излуцения одного из каналов68040 1 О 15 2 6в соответствующую приемную антеннуможно автоматически завести излучение второго канала в свою приемнуюантенну, если элементы приемо-передающей системы и контротражателя расположить согласно фиг,2, Здесь оптицеские оси приемников и передатчиков.пересекаются в центре контротражателя.Приемные антенны расположены относительно передатчиков таким образом,цтобы их оптические оси являлись отражением оптических осей лучей передатчиков, полученных контротражателем.Ю 0102 Корректор А.Мотыл Филиппова д М.Моргента еда ГКНТ СССР гарина, 1 зводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород Заказ 1093 тираж 8 НИИПИ Государственного комите 113035, Москвпо из иПодписноеретениям и открытиямаушская наб., д. М 5