Устройство для измерения структурной характеристики показателя преломления атмосферы

(72) Авторы изобретен и.я Р, Ш. Цвык и И, Я. ШапироФ,Специальное конструкторское бюро научного приборостроенияс"Оптика" Сибирского отделения АН СССР Институт оптикиатмосферы Сибирского отделения АН СССРт ЪС ъ Ф(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СТРУКТУРНОЙХАРАКТЕРИСТИКИ ПОКАЗАТЕЛЯ ПРЕЛОМЛЕНИЯАТМОСфЕ РЫ Изобретение относится к измерительной технике и метеорологии к может быть использовано для измерения оптических характеристик атмосферы, а также для измерения степени разрушения ко 5 герентности оптических пучков при рас- пространении в атмосфере.Известно устройство для измерения структурной характеристики показателя преломления атмосферы, содержащее ис 1 О точник излучения, фокусирукчцую линзу, в фокальной плоскости которой размещена вертикальная щель и фотоприемник, соединенные с блоком 1 егистрации среднего светового потока, Физической основой измерений является изменение когерентности световой волны при распространении в турбулентной атмосфере, что приводит к раэмытию дифракционного пята в фокусе линзы по сравнению с невоэмушенной атмосферой. Степень возмущения когерентности поля определяют по величине уменьшения светового потока через вертикальную щель, расположенную в энергетическом центре тяжести дифракционного пятна 1Недостатками этого устройства являются низкая точность измерения и сложность юстировки оптической системы. Низкая точность измерения обусловлена жесткой. привязкой щели к оптической оси устройства, в то время как необходима точная установка щели в центр дифракционного изображения источника, разл 1 ер которого составляет десятки микрометров при слабой турбулентности. Смешение лифракционного изображения источника относительно опткческой оси эа счет рефракции света или неточная установка цели приводят к значительному завышению значения измеряемой величины, причем при длительных (суточных) измерениях измеренные значения структурной характеристики показателя преломления атмосферы даже по порядку величины не соответствуют истинным. Сложность юстировки обусловлена необходкмостью установки щели размером93442несколько микрометров в центр дифракционного изображения источника с точностью 1-3 мкм.Наиболее близким к предлагаемому по технической сушности является уст ройство для измерения структурной характеристики показателя преломления атмосферы, содержащее источник излучения, фокусирующую линзу, фотодетектор, расположенный в фокальной плоскости 1 О линзы, блок управления сканированием и регистрирующий блок 23Недостагком этого устройства является то обстоятельство, что при изменении светового потока, прошедшего через 15 шель установленную в измеренном центре дифракционного изображения, оценка структурной характеристики показателя преломления атмосферы остается грубой за счет неучета вклада в измеряемый 20 параметр фпуктуаций распределения поля в поперечном сечении оптического пучка.Цель изобретения - повышение точности измерения структурной характери- тики показателя преломления атмосферы. 2 Поставленная цель достигается тем,что в устройство для измерения структурной характеристики показателя преломления атмосферы, содержащее источникизлучения, фокусируюшую линзу, фотодетектор, расположенный в фокальной плоскости линзы, блок управления сканированием и регистрируюший блок, введеныпоследовательно соединенные аналогоцифровой преобразователь схема преобразования кодов первый счетчик, блокпамяти, схема совпадения кодов и второй счетчик, выход которого соединен свходом блока управления сканированием,а вход аналого-цифрового преобразоватеаоля соединен с выходом фотодетектора,причем, выход первого счетчика соединенс регистрируюшим блоком и с вторымвходом схемы совпадения кодов,На фиг. 1 изображена структурнаясхема устройства;на фиг. 2 - осциллограммы, поясняющие работу устройствапри измерении интенсивности в сеченииэнергетического центра тяжести изображения источника. 50Устройство для измерения структурнойхарактеристики показателя преломленияатмосферы содержит источник 1 излучения,фокусируюшую линзу 2, фотодетектор 3,расположенный в фокальной плоскости лин зы 2, блок 4 управления сканированием,регистрирующий блок 5, последовательносоединенные аналого-цифровой преобразо 7 4ватель 6, схема 7 преобразования кодов, первый счетчик 8, блок 9 памяти, схема 10 совпадения кодов и второй счетчик 11, выход которого соединен с входом блока 4 управления сканированием, а вход аналого-цифрового преобразователя 6 соединен с выходом фотодетектора 3, причем выход первого счетчика 8 соединен с регистрирующим блоком 5 и с вторым входом схемы 10 совпадения кодов,Устройство работает следукнцим образом.Световой пучок, сформированный источником 1 излучения и прошедший измери,тельную трассу в атмосфере, фокусируется линзой 2 в плоскости сканирующего фотодетектора 3, например диссектора с щедевой апертурой равномерной прозрачности, длина которой превышает возможный размер изображения источника, в ширина значительно меньше размера изображения источника. При сканировании раскрывом щели светового пятна сформиро-. ванного на фотокатоде диссектора, на аноде формируется видеоимпульс Ос( ) (фиг. 2). В блоке 4 управления сканированием формируется напряжение кадровой развертки Ор(фиг, 2), кадровые синхроимпульсы и импульсы тактовой частоты, с помощью которых осуществляется привязка во времени всех блоков устройства. формируемый на выходе фотодетектора 3 при сканировании дифракционного изображения видеосигнал в виде импульсов положительной полярности с частотой кадров поступает на вход восьмиразрядного аналого-цифрового преобразователя 6, работающего по схеме поразрядного кодирования, В результате преобразования с выхода аналого-цифрового преобразователя 6 поступает информация о распределении интенсивности в дифрвкционном изображении в виде двоичного восьмиразрядного параллельного кода, Эта информация поступает на схему преобразования кодов, где осушествляется преобразование параллельного двоичного кода в числоимпульсный код, который накапливается в первом счетчике 8 в течение кадра. На выходе первого счетчика 8 измеряют число импульсов, пропорциональное полной интенсивности ЭЭта информация заносится в регистрирующий блок 5, По окончании кадра передним фронтом кадрового синхроимпульса половина информации на выходе первого счет- чика 8 записывается в блок 9 памяти ипоступает нв первый вход схемы 10 совпадения кодов, Задним фронтом кадровогосинхрокмпульсв первый. счетчик 8 обнуляется,В следующем кадре информация, поступаюшая с первого счетчика 8 на второй вход схемы 10 совпадения кодов,сравнивается с информацией, поступающей с блока 9 памяти на первый входсхемы 10 совпадения кодов. При совкаденни кодов на выходе схемы 10 совпадения кодов формируется логическийперепад, фиксирующий момент времени 1 ц,в который совмещается сканирующаяшелевая апертура фотодетектора 3 с 15сечением энергетического центра тяжестииэображения источника 1 излучения. Этотлогический перепад запрещает счет тактовых импульсов который производитсяво втором счетчике 11 от начала кадра ррдо появления логического перепада навыходе схемы 10 совпадения кодов, Накопленное число тактовых импульсов соответствует координате энергетическогоентра тяжести, по окончании счета втого счетчика 1 1 на вход блока 4 упавления сканированием поступает им.пульс запрета развертки. При этом шелеввя апертура фотодетектора 3 фиксируется в сечении энергетического центратяжести изображения источника нв время,соответствующее длительности импульсазапрета развертки, В течение этого промежутка времени разрешается измерениеинтенсивности светового потасв через35шелевую апертуру Эц первым счетчиком8 и занесение информации в регистрируюший блок 5.Таким образом, происходит запись врегис 1 рируюшем блоке 5 значений поп 40ного светового потока Зп и потока 3через щель, постоянно совмещенную с1непрерывно отслеживаемым сечениемэнергетического центра тяжести изображения источника 1 излучения, В регкст 45рируюшем блоке 5 вычисляется отношение 3 / Лп и определяется структурнаяхарактеристика показателя преломленияатмосферы в соответствии с выражением 3 4 йь Гф = - дехр -Э Ж) хъ хг 1Охагссав -, г 1) Н)Ге Э(1 Й)ф 1,91 С К х ЯЯ); й - радиус фиксирующей лайзы;К:- -- волновое число; 23 5 934427 б - длина волны источника излучения; Г - фокусное расстояние фокусирующей линзы, х - длина измери 1 ельной трассыв атмосфереЬ - ширина шелевой апертуры.Предлагаемое устройство позволяет повысить точность измерения структурной характеристики показателя преломления атмосферы зв счет исключения пою решностей, связанных с горизонтальной рефракцией света, с фпуктуациями углов прихода света, в также с фпуктуациями положения энергетического центра тяжести в сечении светового пучка.Необходимо отметить, что в предлагаемом усчройстве значительно уцрощв-. ется процесс юстировкк оптического тракта, так как сканирующая апертура диссектора автоматически устанавливается в энергетический центр тяжести дифракционного изображения источника, причем точность установки щели определяется соотношением тактовой и кадровой частот, При формировании в блоке управления напряжения развертки в цифровом виде с тактовой частотой 2560 1 Ъ и с кадровой частотой 10 Ъ число значаших дискретов при сканировании изображения равно 256, что дает верхний предел пог решности установки щели + 0,5%, ф ормула иэобре тен ияУстройство для измерения структурной характеристики показателя преломления атмосферы, содержащее источник излуче ния, фокусирующую линзу, фотодетектор, расположенный в фокальной плоскости линзы, блок управления сканированием и регистрирующий блок, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью повыпения точности, в него введены последовательно соединенные аналого-цифровой преобразователь, схема преобразования кодов, пер вый счетчик, блок памяти, схема совпадения кодов и второй счетчик, выход которого соединен с входом блока управле ния сканированием, а вход аналогцифрового преобразователя с ое акнен с выходом 50 фотодетектора,причем выхоа первогосчетчикв соеаинен с регистрируыцкм блоком и с вторым входом схемы совпавения копов,Источники информации, принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССР 55 Хо 386325, кл.01 Ж 1/00, 14,06,73,2. Авторское свидетельство СССР % 744242, кл. 9 011 1/44, 30,06,80 ( прототип),А)34 4 37 Фис.г 3 Тираж ВНР РПИ Государстпо делам изобрете 13035, Москва, Ж 717 Подписное енного комитета ий и открытий 35, Раушская на к 4/5 Филиал ППП "Патент", г, Ужгород, ул. Проектная, 4 Составитель В, АгаповаРедактор Н, Гришанова ТехредМ, Иапь Корректор А. авицен