RU2061224C1 - Lydar - Google Patents

Lydar Download PDF

Info

Publication number
RU2061224C1
RU2061224C1 RU93034905A RU93034905A RU2061224C1 RU 2061224 C1 RU2061224 C1 RU 2061224C1 RU 93034905 A RU93034905 A RU 93034905A RU 93034905 A RU93034905 A RU 93034905A RU 2061224 C1 RU2061224 C1 RU 2061224C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
input
output
divider
unit
key
Prior art date
Application number
RU93034905A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU93034905A (en
Inventor
Валерий Михайлович Волынкин
Вадим Борисович Знаменский
Анатолий Анатольевич Каменев
Игорь Никифорович Легомина
Александр Васильевич Лукин
Сергей Евгеньевич Саховский
Михаил Михайлович Трухин
Сергей Иванович Ханков
Анатолий Павлович Ширенко
Владимир Генрихович Янов
Original Assignee
Валерий Михайлович Волынкин
Вадим Борисович Знаменский
Анатолий Анатольевич Каменев
Игорь Никифорович Легомина
Александр Васильевич Лукин
Сергей Евгеньевич Саховский
Михаил Михайлович Трухин
Сергей Иванович Ханков
Анатолий Павлович Ширенко
Владимир Генрихович Янов
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Валерий Михайлович Волынкин, Вадим Борисович Знаменский, Анатолий Анатольевич Каменев, Игорь Никифорович Легомина, Александр Васильевич Лукин, Сергей Евгеньевич Саховский, Михаил Михайлович Трухин, Сергей Иванович Ханков, Анатолий Павлович Ширенко, Владимир Генрихович Янов filed Critical Валерий Михайлович Волынкин
Priority to RU93034905A priority Critical patent/RU2061224C1/en
Publication of RU93034905A publication Critical patent/RU93034905A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2061224C1 publication Critical patent/RU2061224C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: measurement technology. SUBSTANCE: signals of spontaneous combination dissipation are received simultaneously at two frequency ranges, and then are processed together. EFFECT: improved precision of measurement. 2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для дистанционного измерения концентраций различных атмосферных загрязнений. The invention relates to measuring technique and can be used for remote measurement of concentrations of various atmospheric pollution.

Известны многочисленные варианты газоанализаторов [1,2] в которых газовая смесь прокачивается через измерительную головку, а концентрации примесей определяются по изменению окраски цветных индикаторов. Такие газоанализаторы имеют низкую точность, кроме того, они не обеспечивают возможности дистанционного измерения атмосферных примесей, т.е. измерительный прибор должен находиться непосредственно в зоне загрязнения. Numerous versions of gas analyzers are known [1,2] in which the gas mixture is pumped through the measuring head, and the concentration of impurities is determined by the color change of the color indicators. Such gas analyzers have low accuracy, in addition, they do not provide the possibility of remote measurement of atmospheric impurities, i.e. The measuring device must be located directly in the contaminated area.

Известны также различные варианты интерферометров, позволяющих определять концентрации атмосферных примесей путем измерения показателя преломления воздуха [3] отечественные шахтные интерферометры ШИ-5, ШИ-7, газоанализаторы "Гази" (Карл Цейс Йена, ГДР), ИГА (СССР). Главный их недостаток заключается в отсутствии возможности дистанционного измерения загрязнений, т. е. измерительный прибор должен находиться непосредственно в зоне загрязнения. Кроме того, такие приборы обладают сравнительно низкой достоверностью, так как различные газовые примеси могут вызывать одинаковые изменения показателя преломления воздуха. Various variants of interferometers are also known, which make it possible to determine the concentration of atmospheric impurities by measuring the refractive index of air [3] domestic mine interferometers SHI-5, SHI-7, gas analyzers "Gazi" (Karl Zeiss Jena, GDR), IGA (USSR). Their main drawback is the lack of the ability to remotely measure pollution, i.e., the measuring device must be located directly in the pollution zone. In addition, such devices have a relatively low reliability, since various gas impurities can cause the same changes in the refractive index of air.

Известен также лидар, предназначенный для зондирования атмосферного озона [4] работа которого основана на дифференциальном поглощении. Принцип работы этого устройства заключается в определении средней концентрации газа в выбранном интервале расстояний путем анализа сигналов обратного рассеяния на двух длинах волн, настроенных соответственно на максимум и минимум спектрального поглощения исследуемого газа. Недостатки известного лидара заключаются в необходимости реализации точных значений обеих частот оптического излучения (что жестко ограничивает выбор источников излучения) и сложности обработки принятых сигналов (для получения достоверных результатов необходимо одновременно измерять профиль обратного аэрозольного рассеяния по трассе распространения зондирующих импульсов). Кроме того, при изменении типа исследуемого газа необходимо изменение обеих частот зондирующего оптического излучения, что обычно означает замену типов самих источников. Лидары такого типа обладают низкой достоверностью и точностью, так как на принимаемые сигналы могут наложиться посторонние сигналы как на частоте, соответствующей максимуму спектрального поглощения исследуемого вещества, так и на частоте, соответствующей минимуму спектрального поглощения исследуемого вещества, что приведет к искажению результатов измерений. Also known is lidar, designed to probe atmospheric ozone [4] whose work is based on differential absorption. The principle of operation of this device is to determine the average gas concentration in a selected range of distances by analyzing backscattering signals at two wavelengths, tuned respectively to the maximum and minimum spectral absorption of the test gas. The disadvantages of the known lidar are the need to implement accurate values of both frequencies of optical radiation (which severely limits the choice of radiation sources) and the complexity of processing the received signals (to obtain reliable results, it is necessary to simultaneously measure the profile of back aerosol scattering along the propagation path of the probe pulses). In addition, when changing the type of test gas, it is necessary to change both frequencies of the probe optical radiation, which usually means replacing the types of the sources themselves. Lidars of this type have low reliability and accuracy, since extraneous signals can overlap the received signals both at the frequency corresponding to the maximum spectral absorption of the test substance and at the frequency corresponding to the minimum spectral absorption of the test substance, which will lead to a distortion of the measurement results.

Наиболее близким к заявляемому является лидар [5] работа которого основана на приеме сигналов на частотах спонтанного комбинационного рассеяния. Он содержит лазер, передающую оптическую систему, блок обработки, блок регистрации, блок управления и последовательно оптически связанные приемную оптическую систему, частотный разделитель и фотоприемный блок. Выход лазера оптически связан с передающей оптической системой, первый выход блока управления соединен с управляющим входом лазера, второй выход блока управления соединен с первым входом блока обработки, выход фотоприемного блока соединен с вторым входом блока обработки, выход блока обработки соединен с входом блока регистрации. Приемная оптическая система выполнена по схеме Кассегрена. В качестве частотного разделителя использован монохроматор с дифракционной решеткой, использующейся во втором порядке. В состав фотоприемника входят фотоэлектронные умножители, регистрирующие сигналы спонтанного комбинационного рассеяния на исследуемом веществе и молекулярном азоте. Так как концентрацию и молекулярного азота, и молекулярного кислорода с достаточной для данных измерений точностью можно считать в атмосфере постоянной, то сигнал спонтанного комбинационного рассеяния на N2 (О2) используется для нормировки сигналов, соответствующих спонтанному комбинационному рассеянию на исследуемом веществе.Closest to the claimed is lidar [5] whose work is based on the reception of signals at frequencies of spontaneous Raman scattering. It contains a laser, a transmitting optical system, a processing unit, a recording unit, a control unit and sequentially optically coupled receiving optical system, a frequency splitter and a photodetector unit. The laser output is optically connected to the transmitting optical system, the first output of the control unit is connected to the control input of the laser, the second output of the control unit is connected to the first input of the processing unit, the output of the photodetector unit is connected to the second input of the processing unit, the output of the processing unit is connected to the input of the registration unit. The receiving optical system is made according to the Cassegrain scheme. A monochromator with a diffraction grating, used in the second order, is used as a frequency separator. The photodetector includes photoelectronic multipliers that record signals of spontaneous Raman scattering on the test substance and molecular nitrogen. Since the concentration of molecular nitrogen and molecular oxygen with sufficient accuracy for these measurements can be considered constant in the atmosphere, the signal of spontaneous Raman scattering by N 2 (O 2 ) is used to normalize the signals corresponding to spontaneous Raman scattering on the substance under study.

По сравнению с другими типами измерителей устройство, использующее сигналы на частотах спонтанного комбинационного рассеяния, имеет ряд преимуществ, главное из которых заключается в том, что нет необходимости специально подбирать длину волны излучения лазера и изменять ее при изменении типа исследуемого вещества, что обеспечивает универсальность любого выбранного для лидара типа лазера. Кроме того, так как частоты спонтанного комбинационного рассеяния отстоят от частоты зондирующего импульса на достаточном расстоянии в спектре, то сравнительно легко избавиться от влияния обратного аэрозольного и молекулярного рассеяния на частоте зондирующего импульса. Compared with other types of meters, a device using signals at spontaneous Raman frequencies has a number of advantages, the main one of which is that there is no need to specifically select the laser radiation wavelength and change it when the type of the investigated substance changes, which ensures the universality of any selected for lidar type laser. In addition, since the frequencies of spontaneous Raman scattering are far from the frequency of the probe pulse at a sufficient distance in the spectrum, it is relatively easy to get rid of the effect of back aerosol and molecular scattering at the frequency of the probe pulse.

Недостаток известного измерителя заключается в низкой достоверности и точности получаемых результатов, так как на сигнал, соответствующий спонтанному комбинационному рассеянию на исследуемом веществе, могут наложиться сигналы на той же (или близкой) частоте, обусловленные взаимодействием лазерного излучения с другими веществами, или же сигналы, обусловленные фоновым излучением, что приведет к искажению результатов измерений. A disadvantage of the known meter is the low reliability and accuracy of the results, since the signal corresponding to spontaneous Raman scattering on the test substance can be superimposed at the same (or close) frequency due to the interaction of laser radiation with other substances, or signals due to background radiation, which will lead to distortion of the measurement results.

Цель изобретения повышение достоверности и точности измерений. The purpose of the invention is to increase the reliability and accuracy of measurements.

Цель достигается тем, что в известный лидар, содержащий лазер, передающую оптическую систему, блок обработки, блок регистрации, блок управления и последовательно оптически связанные приемную оптическую систему, частотный разделитель и фотоприемный блок, в котором первый выход блока управления соединен с управляющим входом лазера, выход блока обработки соединен с входом блока регистрации, внесены усовершенствования: в него дополнительно введены частотный преобразователь, первый и второй светоделители, первый и второй фотоприемники, запоминающий блок и считывающий блок, причем выход лазера оптически связан с входом частотного преобразователя, выход частотного преобразователя оптически связан с входом первого светоделителя, первый выход первого светоделителя оптически связан через первый фильтр с первым фотоприемником, второй выход первого светодителя оптически связан с входом второго светоделителя, первый выход второго светоделителя оптически связан через второй фильтр с вторым фотоприемником, второй выход второго светоделителя оптически связан с передающей оптической системой, выход первого фотоприемника соединен с первым калибровочным входом блока обработки, выход второго фотоприемника соединен с вторым калибровочным входом блока обработки, выходы фотоприемного блока соединены с соответствующими входами запоминающего блока, выходы запоминающего блока соединены с соответствующими входами считывающего блока, первый и второй нормировочные выходы считывающего блока соединены соответственно с первым и вторым нормировочными входами блока обработки, первый и второй информационные выходы считывающего блока соединены соответственно с первым и вторым информационными входами блока обработки, второй выход блока управления соединен с первым управляющим входом запоминающего блока, третий выход блока управления соединен с первым управляющим входом считывающего блока, четвертый выход блока управления соединен с вторым управляющим входом запоминающего блока и вторым управляющим входом блока обработки, а пятый выход блока управления соединен с управляющими входами частотного преобразователя, второго фильтра и частотного разделителя, а также с первым управляющим входом блока обработки и вторым управляющим входом считывающего блока. The goal is achieved by the fact that in a known lidar containing a laser transmitting an optical system, a processing unit, a recording unit, a control unit and sequentially optically coupled receiving optical system, a frequency splitter and a photodetector unit, in which the first output of the control unit is connected to a laser control input, the output of the processing unit is connected to the input of the registration unit, improvements have been made: an additional frequency converter, first and second beam splitters, first and second photodetectors have been added to it, for an omnipotent unit and a readout unit, wherein the laser output is optically coupled to the input of the frequency converter, the output of the frequency converter is optically connected to the input of the first beam splitter, the first output of the first beam splitter is optically connected through the first filter to the first photodetector, the second output of the first beam splitter is optically connected to the input of the second beam splitter the first output of the second beam splitter is optically coupled through the second filter to the second photodetector, the second output of the second beam splitter is optically coupled to the transmitting opt system, the output of the first photodetector is connected to the first calibration input of the processing unit, the output of the second photodetector is connected to the second calibration input of the processing unit, the outputs of the photodetector unit are connected to the corresponding inputs of the storage unit, the outputs of the storage unit are connected to the corresponding inputs of the reading unit, the first and second normalization outputs the reading unit are connected respectively to the first and second normalization inputs of the processing unit, the first and second information outputs the washing unit are connected respectively to the first and second information inputs of the processing unit, the second output of the control unit is connected to the first control input of the storage unit, the third output of the control unit is connected to the first control input of the reading unit, the fourth output of the control unit is connected to the second control input of the storage unit and the second the control input of the processing unit, and the fifth output of the control unit is connected to the control inputs of the frequency converter, the second filter and the frequency section divisor, and a first control input of the processing unit and the second control input of the reading unit.

Такое построение лидара позволяет одновременно получить сигналы спонтанного комбинационного рассеяния оптического излучения на исследуемых веществах в двух частотных диапазонах и провести их совместную обработку, что приводит к повышению достоверности и точности измерений за счет устранения возможности искажения результатов измерений помехами или сигналами, обусловленными взаимодействием оптического излучения с другими веществами. Such a lidar construction makes it possible to simultaneously obtain signals of spontaneous Raman scattering of optical radiation on the studied substances in two frequency ranges and to carry out their joint processing, which leads to an increase in the reliability and accuracy of measurements by eliminating the possibility of distortion of the measurement results by interference or signals due to the interaction of optical radiation with other substances.

В частном случае блок обработки содержит четыре запоминающих устройства, семь делителей, две линии задержки, два формирователя, четыре ключа, компаратор и сумматор, при этом первый вход первого запоминающего устройства соединен с выходом первого фотоприемника, первый вход второго запоминающего устройства соединен с выходом второго фотоприемника, первый вход третьего запоминающего устройства соединен с первым нормировочным выходом считывающего блока, первый вход четвертого запоминающего блока соединен с вторым нормировочным выходом считывающего блока, вторые входы запоминающих устройств соединены с четвертым выходом блока управления, первый вход третьего делителя соединен с первым информационным выходом считывающего блока, первый вход четвертого делителя соединен с вторым информационным выходом считывающего блока, выход первого запоминающего устройства соединен с вторым входом третьего делителя и вторым входом первого делителя, выход второго запоминающего устройства соединен с вторым входом четвертого делителя и вторым входом второго делителя, выход третьего запоминающего устройства соединен с первым входом первого делителя, выход четвертого запоминающего устройства соединен с первым входом второго делителя, выход первого делителя соединен с вторым входом пятого делителя, выход второго делителя соединен с вторым входом шестого делителя, выход третьего делителя соединен с первым входом пятого делителя, выход четвертого делителя соединен с первым входом шестого делителя, выход пятого делителя соединен с первым входом первой линии задержки и первым входом второго формирователя, выход шестого делителя соединен с первым входом седьмого делителя, выход седьмого делителя соединен с первым входом второй линии задержки и первым входом первого формирователя, пятый выход блока управления соединен с вторыми входами седьмого делителя, первой линии задержки, второй линии задержки, первого формирователя и второго фоpмиpователя, выход первой линии задержки соединен с первым входом первого ключа, выход первого формирователя соединен с вторым входом первого ключа, выход второй линии задержки соединен с первым входом второго ключа, выход второго фоpмиpователя соединен с вторым входом второго ключа, выход первого ключа соединен с первым входом третьего ключа и первым входом компаратора, выход второго ключа соединен с первым входом четвертого ключа и вторым входом компаратора, первый выход компаратора соединен с вторым входом третьего ключа, второй выход компаратора соединен с вторым входом четвертого ключа, выход третьего ключа соединен с первым входом сумматора, выход четвертого ключа соединен с вторым входом сумматора а выход сумматора соединен с входом блока регистрации. In a particular case, the processing unit contains four storage devices, seven dividers, two delay lines, two formers, four keys, a comparator and an adder, the first input of the first storage device connected to the output of the first photodetector, the first input of the second storage device connected to the output of the second photodetector , the first input of the third storage device is connected to the first normalization output of the reading unit, the first input of the fourth storage unit is connected to the second normalizing output of the reading unit, the second inputs of the storage devices are connected to the fourth output of the control unit, the first input of the third divider is connected to the first information output of the reading unit, the first input of the fourth divider is connected to the second information output of the reading unit, the output of the first storage device is connected to the second input of the third divider and the second the input of the first divider, the output of the second storage device is connected to the second input of the fourth divider and the second input of the second divider, the output of the third the storage device is connected to the first input of the first divider, the output of the fourth storage device is connected to the first input of the second divider, the output of the first divider is connected to the second input of the fifth divider, the output of the second divider is connected to the second input of the sixth divider, the output of the third divider is connected to the first input of the fifth divider, the output of the fourth divider is connected to the first input of the sixth divider, the output of the fifth divider is connected to the first input of the first delay line and the first input of the second shaper, the output is six the first divider is connected to the first input of the seventh divider, the output of the seventh divider is connected to the first input of the second delay line and the first input of the first shaper, the fifth output of the control unit is connected to the second inputs of the seventh divider, the first delay line, the second delay line, the first shaper and the second shaper, the output of the first delay line is connected to the first input of the first key, the output of the first driver is connected to the second input of the first key, the output of the second delay line is connected to the first input of the second key, the output d of the second shaper is connected to the second input of the second key, the output of the first key is connected to the first input of the third key and the first input of the comparator, the output of the second key is connected to the first input of the fourth key and the second input of the comparator, the first output of the comparator is connected to the second input of the third key, the second output the comparator is connected to the second input of the fourth key, the output of the third key is connected to the first input of the adder, the output of the fourth key is connected to the second input of the adder and the output of the adder is connected to the input of the register block ation.

В данном случае первый вход первого запоминающего устройства выполняет роль первого калибровочного входа блока обработки, первый вход второго запоминающего устройства выполняет роль второго калибровочного входа блока обработки, первый вход третьего запоминающего устройства выполняет роль первого нормировочного входа блока обработки, первый вход четвертого запоминающего устройства выполняет роль второго нормировочного входа блока обработки, вторые входы запоминающих устройств выполняют роль второго входа блока обработки, совокупность вторых входов первого формирователя, второго фоpмиpователя, первой линии задержки, второй линии задержки и седьмого делителя выполняет роль первого входа блока обработки, первый выход третьего делителя выполняет роль первого информационного входа блока управления, а первый вход четвертого делителя выполняет роль второго информационного входа второго делителя. In this case, the first input of the first storage device acts as the first calibration input of the processing unit, the first input of the second memory device acts as the second calibration input of the processing unit, the first input of the third memory device plays the role of the first normalization input of the processing unit, the first input of the fourth storage device acts as the second normalization input of the processing unit, the second inputs of the storage devices act as the second input of the processing unit, the total the second inputs of the first shaper, the second shaper, the first delay line, the second delay line and the seventh divider serve as the first input of the processing unit, the first output of the third divider acts as the first information input of the control unit, and the first input of the fourth divider acts as the second information input of the second divider .

На фиг. 1 приведена функциональная схема заявляемого лидара; на фиг.2 схема блока обработки. In FIG. 1 shows a functional diagram of the inventive lidar; figure 2 diagram of the processing unit.

Лидар содержит (фиг. 1) первый фотоприемник 1, второй фотоприемник 2, первый фильтр 3, второй фильтр 4, лазер 5, частотный преобразователь 6, первый светоделитель 7, второй светоделитель 8, передающую оптическую систему 9, блок 10 управления, блок 11 обработки, считывающий блок 12, запоминающий блок 13, фотоприемный блок 14, частотный разделитель 15, приемную оптическую систему 16 и блок 17 регистрации. Выход лазера 5 оптически связан с входом частотного преобразователя 6, выход частотного преобразователя 6 оптически связан с входом первого светоделителя 7, первый выход первого светоделителя 7 оптически связан через первый фильтр 3 с первым фотоприемником 1, второй выход первого светоделителя 7 оптически связан с входом второго светоделителя 8, первый выход второго светоделителя 8 оптически связан через второй фильтр 4 с вторым фотоприемником 2, второй выход второго светоделителя 8 оптически связан с передающей оптической системой 9. Приемная оптическая система 16, частотный разделитель 15 и фотоприемный блок 14 последовательно оптически связаны друг с другом. Первый выход блока 10 управления соединен с управляющим входом лазера 5, выход блока 11 обработки соединен с входом блока 17 регистрации, выходы фотоприемного блока 14 соединены с соответствующими входами запоминающего блока 13, выходы запоминающего блока 13 соединены с соответствующими входами считывающего блока 12, первый и второй нормировочные выходы считывающего блока 12 соединены соответственно с первым и вторым нормировочными входами блока 11 обработки, первый и второй информационные выходы считывающего блока 12 соединены соответственно с первым и вторым информационными входами блока 11 обработки, второй выход блока 10 управления соединен с первым управляющим входом запоминающего блока 13, третий выход блока 10 управления соединен с первым управляющим входом считывающего блока 12, четвертый выход блока 10 управления соединен с вторым управляющем входом запоминающего блока 13 и вторым управляющим входом блока 11 обработки, а пятый выход блока 10 управления соединен с управляющими входами частотного преобразователя 6, второго фильтра 4 и частотного разделителя 15, а также с первым управляющим входом блока 11 обработки и вторым управляющим входом считывающего блока 12. При этом выход первого фотоприемника 1 соединен с первым калибровочным входом блока 11 обработки, а выход второго фотоприемника 2 соединен с вторым калибровочным входом блока 11 обработки. The lidar contains (Fig. 1) a first photodetector 1, a second photodetector 2, a first filter 3, a second filter 4, a laser 5, a frequency converter 6, a first beam splitter 7, a second beam splitter 8, a transmitting optical system 9, a control unit 10, a processing unit 11 , a reading unit 12, a storage unit 13, a photodetector unit 14, a frequency splitter 15, a receiving optical system 16, and a recording unit 17. The output of the laser 5 is optically coupled to the input of the frequency converter 6, the output of the frequency converter 6 is optically connected to the input of the first beam splitter 7, the first output of the first beam splitter 7 is optically coupled through the first filter 3 to the first photodetector 1, the second output of the first beam splitter 7 is optically connected to the input of the second beam splitter 8, the first output of the second beam splitter 8 is optically coupled through the second filter 4 to the second photodetector 2, the second output of the second beam splitter 8 is optically coupled to the transmitting optical system 9. The receiver I optical system 16, the frequency divider 15 and the light receiving unit 14 are optically connected in series with each other. The first output of the control unit 10 is connected to the control input of the laser 5, the output of the processing unit 11 is connected to the input of the registration unit 17, the outputs of the photodetector unit 14 are connected to the corresponding inputs of the storage unit 13, the outputs of the storage unit 13 are connected to the corresponding inputs of the read unit 12, the first and second normalization outputs of the reading unit 12 are connected respectively to the first and second normalizing inputs of the processing unit 11, the first and second information outputs of the reading unit 12 are connected respectively with the first and second information inputs of the processing unit 11, the second output of the control unit 10 is connected to the first control input of the storage unit 13, the third output of the control unit 10 is connected to the first control input of the reading unit 12, the fourth output of the control unit 10 is connected to the second control input of the storage unit 13 and the second control input of the processing unit 11, and the fifth output of the control unit 10 is connected to the control inputs of the frequency converter 6, the second filter 4 and the frequency splitter 15, as well as the first directs processing the input unit 11 and a second control input of the reading unit 12. In this case, the first output of the photodetector 1 is connected to a first input of the calibration processing unit 11, and the output of the second photodetector 2 is connected to a second input of the calibration processing unit 11.

Лидар работает следующим образом. Lidar works as follows.

По сигналу, передаваемому с первого выхода блока 10 управления на управляющий вход лазера 5, лазер 5 формирует импульс когерентного оптического излучения с длиной волны λ1. При прохождении через частотный преобразователь 6 часть оптического излучения преобразуется в оптическое излучение с длиной волны λ2=λ1/k, где k положительное число. Таким образом, на входе частотного преобразователя 6 оптическое излучение представляет собой совокупность двух оптических сигналов с длинами волн λ1 и λ2. При прохождении оптического излучения через первый светоделитель 7 часть излучения ответвляется и через первый выход первого светоделителя 7 проходит через первый фильтр 3, который пропускает только излучения с длиной волны λ1, и попадает на первый фотоприемник 1. Сигнал с выхода первого фотоприемника 1 поступает на первый калибровочный вход блока 11 обработки. После выхода из первого светоделителя 7 оптическое излучение проходит через второй светоделитель 8, где часть излучения ответвляется и через первый выход второго светоделителя 8 направляется к второму фильтру 4, который пропускает к второму фотоприемнику 2 оптическое излучение только с длиной волны λ2. Сигнал с выхода второго фотоприемника 2 поступает на второй калибровочный вход блока 11 обработки. После второго светоделителя 8 оптическое излучение проходит через передающую оптическую систему 9, которая формирует требуемую диаграмму направленности и посылает оптическое излучение в заданном направлении.According to the signal transmitted from the first output of the control unit 10 to the control input of the laser 5, the laser 5 generates a pulse of coherent optical radiation with a wavelength of λ 1 . When passing through the frequency Converter 6, part of the optical radiation is converted into optical radiation with a wavelength of λ 2 = λ 1 / k, where k is a positive number. Thus, at the input of the frequency Converter 6, the optical radiation is a combination of two optical signals with wavelengths λ 1 and λ 2 . When optical radiation passes through the first beam splitter 7, part of the radiation branches off and passes through the first output of the first beam splitter 7 through the first filter 3, which passes only radiation with a wavelength of λ 1 , and enters the first photodetector 1. The signal from the output of the first photodetector 1 is fed to the first calibration input of the processing unit 11. After exiting the first beam splitter 7, the optical radiation passes through the second beam splitter 8, where a part of the radiation branches off and passes through the first output of the second beam splitter 8 to the second filter 4, which passes optical radiation only with a wavelength of λ 2 to the second photodetector 2 . The signal from the output of the second photodetector 2 is fed to the second calibration input of the processing unit 11. After the second beam splitter 8, the optical radiation passes through the transmitting optical system 9, which forms the desired radiation pattern and sends the optical radiation in a given direction.

При взаимодействии оптического излучения с компонентами воздушной среды за счет спонтанного (рамановского) комбинационного рассеяния в спектре принимаемого оптического излучения кроме линий, характеризующих падающий свет, наблюдаются добавочные линии, сопровождающие каждую из линий падающего излучения. Различие в частотах возбуждающей первичной линии и появляющихся с спектре добавочных линий характерно для каждого рассеивающего вещества и равно частотам собственных колебаний молекул. Далее будут приняты следующие обозначения: λ1н, λ11, λ12, λ1i. длины волн оптического излучения, соответствующие спонтанному комбинационному рассеянию излучения с длиной волны λ1 на молекулярном азоте (молекулярном кислороде), первом, втором, 1-м, исследуемых веществах, соответственно, а λ2н, λ21, λ22, λ2i, длины волн оптического излучения, соответствующие спонтанному комбинационному рассеянию излучения с длиной волны λ2 на молекулярном азоте (молекулярном кислороде), первом, втором, 1-м, исследуемых веществах, соответственно.When optical radiation interacts with air components due to spontaneous (Raman) Raman scattering in the spectrum of the received optical radiation, in addition to the lines characterizing the incident light, additional lines are observed that accompany each of the lines of the incident radiation. The difference in the frequencies of the exciting primary line and the additional lines appearing from the spectrum is characteristic of each scattering substance and is equal to the frequencies of the natural vibrations of the molecules. Next, the following notation will be accepted: λ 1n , λ 11 , λ 12 , λ 1i . wavelengths of optical radiation corresponding to spontaneous Raman scattering of radiation with a wavelength of λ 1 on molecular nitrogen (molecular oxygen), the first, second, 1st, studied substances, respectively, and λ 2n , λ 21 , λ 22 , λ 2i , length optical radiation waves corresponding to spontaneous Raman scattering of radiation with a wavelength of λ 2 on molecular nitrogen (molecular oxygen), first, second, 1st, studied substances, respectively.

Приемная оптическая система 16 направляет оптическое излучение в частотный разделитель 15, который осуществляет пространственное разделение спектральных линий принятого света. Спектральные составляющие с выхода частотного разделителя 15 попадают на вход фотоприемного блока 14, сигналы с выхода фотоприемного блока 14 попадают на соответствующие входы запоминающего блока 13. На первый управляющий вход запоминающего блока 13 поступают сигналы с второго выхода блока 10 управления, осуществляющие стробирование принятых сигналов, т.е. выбор требуемого участка трассы, на котором производится определение концентрации исследуемых веществ. После завершения цикла измерений на второй управляющий вход запоминающего блока 13 поступают сигналы с четвертого выхода блока 10 управления, которые осуществляют стирание сигналов в запоминающем блоке 13. Сигналы с выходов запоминающего блока 13 поступают на соответствующие входы считывающего блока 12. После завершения операции стробирования на первый управляющий вход считывающего блока 12 поступают сигналы, осуществляющие запуск считывающего блока 12, который передает сигналы, записанные в запоминающем блоке 13, на нормировочные и информационные входы блока 11 обработки, причем на первый нормировочный вход блока 11 обработки подается сигнал, соответствующий спонтанному комбинационному рассеянию света с длиной волны λ1 на молекулярном азоте (или молекулярном кислороде), на второй нормировочный вход блока 11 обработки подается сигнал, соответствующий спонтанному комбинационному рассеянию света с длиной волны λ1 на молекулярном азоте (или молекулярном кислороде), на первый информационный вход блока 11 обработки поступают сигналы, сформированные при считывании спектра, полученного при спонтанном комбинационном рассеянии света с длиной волны λ2 на исследуемых веществах, а на второй информационный вход поступают сигналы, сформированные при считывании спектра, полученного при спонтанном комбинационном рассеянии света с длиной волны λ2 на исследуемых веществах. Сигналы, поступающие на калибровочные входы блока 11 обработки, позволяют провести учет мощности генерируемого излучения как на длине волны λ1, так и на длине волны λ2. Сигналы, поступающие на первый и второй ноpмиpовочные входы блока 11 обработки, позволяют провести нормировку исследуемых сигналов по спонтанному комбинационному рассеянию света на эталонном газе (молекулярном азоте или молекулярном кислороде). Блок 11 обработки с учетом калибровочных и нормировочных сигналов осуществляет сравнение сигналов, соответствующих спонтанному комбинационному рассеянию излучения на исследуемых веществах с учетом различия их сечений рассеяния на длинах волн λ1 и λ2. Получение сигналов спонтанного комбинационного рассеяния на двух длинах волн и совместная обработка этих сигналов в блоке 11 обработки позволяет повысить достоверность и точность измерений. Сигнал с выхода блока 11 обработки поступает на выход блока 17 регистрации. После завершения цикла измерений сигнал, поступающий с четвертого выхода блока 10 управления на второй управляющий вход блока 11 обработки, приводит блок 11 обработки в исходное состояние.The receiving optical system 16 directs the optical radiation to the frequency splitter 15, which performs spatial separation of the spectral lines of the received light. The spectral components from the output of the frequency separator 15 go to the input of the photodetector unit 14, the signals from the output of the photodetector unit 14 go to the corresponding inputs of the storage unit 13. The signals from the second output of the control unit 10, performing the gating of the received signals, are received at the first control input .e. selection of the required section of the route on which the concentration of the studied substances is determined. After completing the measurement cycle, the second control input of the storage unit 13 receives signals from the fourth output of the control unit 10, which erase the signals in the storage unit 13. The signals from the outputs of the storage unit 13 are sent to the corresponding inputs of the reading unit 12. After the completion of the gating operation, the first control the input of the reading unit 12 receives signals that trigger the reading unit 12, which transmits the signals recorded in the storage unit 13 to normalization and information inputs of the processing unit 11, and a signal corresponding to spontaneous Raman scattering with a wavelength of λ 1 on molecular nitrogen (or molecular oxygen) is supplied to the first normalizing input of the processing unit 11, and a signal corresponding to spontaneous Raman scattering is supplied to the second normalizing input of the processing unit 11 light with a wavelength of λ 1 on molecular nitrogen (or molecular oxygen), the signals generated by reading the spectrum are received at the first information input of the processing unit 11 signal during spontaneous Raman scattering of light with a wavelength of λ 2 on the studied substances, and signals generated by reading the spectrum obtained by spontaneous Raman scattering of light with a wavelength of λ 2 on the studied substances are fed to the second information input. The signals supplied to the calibration inputs of the processing unit 11 allow accounting for the generated radiation power both at a wavelength of λ 1 and a wavelength of λ 2 . The signals supplied to the first and second normalization inputs of the processing unit 11 allow normalization of the studied signals by spontaneous Raman scattering of light on a reference gas (molecular nitrogen or molecular oxygen). The processing unit 11, taking into account the calibration and normalization signals, compares the signals corresponding to spontaneous Raman scattering of radiation on the substances under study, taking into account the difference in their scattering cross sections at wavelengths λ 1 and λ 2 . The receipt of signals of spontaneous Raman scattering at two wavelengths and the combined processing of these signals in the processing unit 11 allows to increase the reliability and accuracy of measurements. The signal from the output of the processing unit 11 is fed to the output of the registration unit 17. After completing the measurement cycle, the signal from the fourth output of the control unit 10 to the second control input of the processing unit 11, brings the processing unit 11 to its original state.

Величина k выбирается, исходя из конкретных условий эксплуатации лидара. В простейшем случае k может быть равно целому числу, например двум (трем, четырем, ), в этом случае частотный преобразователь 6 пропускает основную гармонику с длиной волны λ1 и формирует вторую (третью, четвертую,) гармонику. Изменение величины k производится по команде, поступающей с пятого выхода блока 10 на управляющий вход частотного преобразователя 6. Этот же сигнал поступает на управляющие входы второго фильтра 4 и частотного разделителя 15 и перестраивает их на новое значение λ2. Сигнал с пятого выхода блока 10 управления также поступает на второй управляющий вход считывающего блока 12, в результате чего скорости считывания первого и второго спектров изменяются в соответствии с новым значением k. Кроме того, сигнал с пятого выхода блока 10 управления поступает на первый управляющий вход блока 11 обработки, этот сигнал позволяет блоку 11 обработки учесть изменение величины сечения спонтанного комбинационного рассеяния при изменении длины волны λ2 (величина сечения рассеяния пропорциональна четвертой степени длины волны).The value of k is selected based on the specific operating conditions of the lidar. In the simplest case, k can be equal to an integer, for example, two (three, four,), in which case the frequency converter 6 passes the fundamental harmonic with a wavelength of λ 1 and forms a second (third, fourth,) harmonic. The value of k is changed according to the command received from the fifth output of block 10 to the control input of the frequency converter 6. The same signal is supplied to the control inputs of the second filter 4 and the frequency splitter 15 and rebuilds them to a new value of λ 2 . The signal from the fifth output of the control unit 10 also enters the second control input of the reading unit 12, as a result of which the read speeds of the first and second spectra are changed in accordance with the new value of k. In addition, the signal from the fifth output of the control unit 10 is supplied to the first control input of the processing unit 11, this signal allows the processing unit 11 to take into account the change in the cross section of spontaneous Raman scattering when the wavelength λ 2 changes (the cross section is proportional to the fourth power of the wavelength).

Выходы первого фотоприемника 1 и второго фотоприемника 2 могут быть снабжены индикаторами, с помощью которых возможен контроль (например, визуальный) за режимом работы лазера 5 и частотного преобразователя 6, что позволит определить наличие внештатного режима работы лазера 5 или частотного преобразователя 6, например, при падении мощности принимаемого излучения второй гармоники до значения, соизмеримого с пороговой чувствительностью фотоприемного блока 14. The outputs of the first photodetector 1 and the second photodetector 2 can be equipped with indicators, with which it is possible to control (for example, visual) the operating mode of the laser 5 and the frequency converter 6, which will determine the presence of an external mode of operation of the laser 5 or frequency converter 6, for example, when a drop in the power of the received radiation of the second harmonic to a value commensurate with the threshold sensitivity of the photodetector unit 14.

Конструктивная реализация заявляемого лидара не вызывает затруднений. Например, частотный разделитель 15 может быть выполнен на основе дисперсионной призмы или дифракционной решетки либо их комбинации. В качестве фотоприемного блока 14 может быть использована, например, линейка (матрица) фотоприемников или ПЗС-линейка (матрица). The constructive implementation of the inventive lidar is straightforward. For example, the frequency splitter 15 may be made based on a dispersive prism or diffraction grating, or a combination thereof. As the photodetector unit 14, for example, a line (matrix) of photodetectors or a CCD line (matrix) can be used.

В частном случае (фиг.2) блок 11 обработки содержит четыре запоминающих устройства 18, 19, 20 и 21, семь делителей 22, 23, 24, 25, 26, 27 и 28, две линии 29 и 30 задержки, два формирователя 31 и 32, четыре ключа 33, 34, 35 и 36, компаратор 37 и сумматор 38. In the particular case (figure 2), the processing unit 11 contains four storage devices 18, 19, 20 and 21, seven dividers 22, 23, 24, 25, 26, 27 and 28, two delay lines 29 and 30, two formers 31 and 32, four keys 33, 34, 35 and 36, a comparator 37 and an adder 38.

Первый вход первого запоминающего устройства 18 соединен с выходом первого фотоприемника 1, первый вход второго запоминающего устройства 19 соединен с выходом второго фотоприемника 2, первый вход третьего запоминающего устройства 20 соединен с первым нормировочным выходом считывающего блока 12, а первый вход четвертого запоминающего устройства 21 соединен с вторым нормировочным выходом считывающего блока 12. Вторые входы запоминающих устройств 18, 19, 20 и 21 соединены с четвертым выходом блока 10 управления, первый вход третьего делителя 24 соединен с первым информационным выходом считывающего блока 12, первый вход четвертого делителя 25 соединен с вторым информационным выходом считывающего блока 12, выход первого запоминающего устройства 18 соединен с вторым входом третьего делителя 24 и вторым входом третьего делителя 22, выход второго запоминающего устройства 19 соединен с вторым входом четвертого делителя 25 и вторым входом второго делителя 23, выход третьего запоминающего устройства 20 соединен с первым входом первого делителя 22, а выход четвертого запоминающего устройства 21 соединен с первым входом второго делителя 23. Выход первого делителя 22 соединен с вторым входом пятого делителя 26, а выход второго делителя 23 соединен с вторым входом шестого делителя 27. Выход третьего делителя 24 соединен с первым входом пятого делителя 26, выход четвертого делителя 25 соединен с первым входом шестого делителя 27, выход пятого делителя 26 соединен с первым входом первой линии 29 задержки и первым входом второго формирователя 32, выход шестого делителя 27 соединен с первым входом седьмого делителя 28, выход седьмого делителя 28 соединен с первым выходом второй линии 30 задержки и первым входом первого формирователя 31, а пятый выход блока 10 управления соединен с вторыми входами седьмого делителя 28, первой линии 29 задержки, второй линии 30 задержки, первого фоpмиpователя 31 и второго формирователя 32. Выход первой линии 29 задержки соединен с первым входом первого ключа 33, выход первого фоpмиpователя 31 соединен с вторым входом первого ключа 33, выход второй линии 30 задержки соединен с первым выходом второго ключа 34, выход второго формирователя 32 соединен с вторым входом второго ключа 34, выход первого ключа 33 соединен с первым входом третьего ключа 35 и первым входом компаратора 37, а выход второго ключа 34 соединен с первым входом четвертого ключа 36 и вторым входом компаратора 37. Первый выход компаратора 37 соединен с вторым входом третьего ключа 35, второй выход компаратора 37 соединен с вторым входом четвертого ключа 36, выход третьего ключа 35 соединен с первым входом сумматора 38, выход четвертого ключа 36 соединен с вторым входом сумматора 38, а выход сумматора 38 соединен с входом блока 17 регистрации. The first input of the first storage device 18 is connected to the output of the first photodetector 1, the first input of the second storage device 19 is connected to the output of the second photodetector 2, the first input of the third storage device 20 is connected to the first normalization output of the reading unit 12, and the first input of the fourth storage device 21 is connected to the second normalization output of the reading unit 12. The second inputs of the storage devices 18, 19, 20 and 21 are connected to the fourth output of the control unit 10, the first input of the third divider 24 is connected connected to the first information output of the reading unit 12, the first input of the fourth divider 25 is connected to the second information output of the reading unit 12, the output of the first storage device 18 is connected to the second input of the third divider 24 and the second input of the third divider 22, the output of the second storage device 19 is connected to the second the input of the fourth divider 25 and the second input of the second divider 23, the output of the third storage device 20 is connected to the first input of the first divider 22, and the output of the fourth storage device 21 is connected is connected to the first input of the second divider 23. The output of the first divider 22 is connected to the second input of the fifth divider 26, and the output of the second divider 23 is connected to the second input of the sixth divider 27. The output of the third divider 24 is connected to the first input of the fifth divider 26, the output of the fourth divider 25 is connected with the first input of the sixth divider 27, the output of the fifth divider 26 is connected to the first input of the first delay line 29 and the first input of the second shaper 32, the output of the sixth divider 27 is connected to the first input of the seventh divider 28, the output of the seventh divider 28 is connected to the first output of the second delay line 30 and the first input of the first driver 31, and the fifth output of the control unit 10 is connected to the second inputs of the seventh divider 28, the first delay line 29, the second delay line 30, the first shaper 31 and the second shaper 32. The output of the first delay line 29 connected to the first input of the first key 33, the output of the first shaper 31 is connected to the second input of the first key 33, the output of the second delay line 30 is connected to the first output of the second key 34, the output of the second shaper 32 is connected to the second input of the second key 34, the output of the first key 33 is connected to the first input of the third key 35 and the first input of the comparator 37, and the output of the second key 34 is connected to the first input of the fourth key 36 and the second input of the comparator 37. The first output of the comparator 37 is connected to the second input of the third key 35, the second output of the comparator 37 is connected to the second input of the fourth key 36, the output of the third key 35 is connected to the first input of the adder 38, the output of the fourth key 36 is connected to the second input of the adder 38, and the output of the adder 38 is connected to the input of the registration unit 17.

В данном случае (фиг.2) первый вход первого запоминающего устройства 18 выполняет роль первого калибровочного входа блока 11 обработки, первый вход второго запоминающего устройства 19 выполняет роль второго калибровочного входа блока 11 обработки, первый вход третьего запоминающего устройства 20 выполняет роль первого нормировочного входа блока 11 обработки, первый вход четвертого запоминающего устройства 21 выполняет роль второго нормировочного входа блока 11 обработки, вторые входы запоминающих устройств 18, 19, 20 и 21 выполняют роль второго входа блока 11 обработки, совокупность вторых входов первого формирователя 31, второго формирователя 32, первой линии 29 задержки, второй линии 30 задержки и седьмого делителя 28 выполняет роль первого входа блока 11 обработки, первый вход третьего делителя 24 выполняет роль первого информационного входа блока 11 управления, а первый вход четвертого делителя 25 выполняет роль второго информационного входа блока 11 обработки. In this case (Fig. 2), the first input of the first storage device 18 serves as the first calibration input of the processing unit 11, the first input of the second storage device 19 acts as the second calibration input of the processing unit 11, the first input of the third storage device 20 serves as the first normalization input of the unit 11, the first input of the fourth storage device 21 acts as the second normalization input of the processing unit 11, the second inputs of the storage devices 18, 19, 20 and 21 act as the second input the ode of the processing unit 11, the combination of the second inputs of the first driver 31, the second driver 32, the first delay line 29, the second delay line 30 and the seventh divider 28 serves as the first input of the processing unit 11, the first input of the third divider 24 acts as the first information input of the control unit 11 , and the first input of the fourth divider 25 serves as the second information input of the processing unit 11.

Такой вариант блока 11 обработки работает следующим образом. Such an embodiment of the processing unit 11 operates as follows.

На первый вход первого запоминающего устройства 18 поступает сигнал, пропорциональный мощности уходящего излучения с длиной волны λ1, а на первый вход второго запоминающего устройства 19 поступает сигнал, пропорциональный мощности уходящего излучения с длиной волны λ2. На первый вход третьего запоминающего устройства 20 поступает сигнал, соответствующий излучению с длиной волны λ1н, т.е. сигнал, соответствующий спонтанному комбинационному рассеянию уходящего излучения с длиной волны λ1 на эталонном газе, а на первый вход четвертого запоминающего устройства 21 поступает сигнал, соответствующий излучению с длиной волны λ2н, т.е. сигнал, соответствующий спонтанному комбинационному рассеянию уходящего излучения с длиной волны λ2 на эталонном газе. Запоминающие устройства 18, 19, 20 и 21 поддерживают на своих выходах поданные на их первые входы сигналы до тех пор, пока на их вторые входы не поступит сигнал стирания с четвертого выхода блока 10 управления. Сигнал с первого информационного выхода считывающего блока 12, соответствующий оптическим сигналам с длинами волн λ11, λ12, λ1i, поступает на первый вход третьего делителя 24 в виде временной последовательности импульсов, причем амплитуда каждого импульса пропорциональна концентрации соответствующего данному импульсу исследуемого вещества. Третий делитель 24 делит сигнал, поступающий на его первый вход, на сигнал, поступающий на его второй вход с выхода первого запоминающего устройства 18, и тем самым осуществляет калибровку спектра, полученного при рассеянии излучения с длиной волны λ1, на исследуемых веществах. Сигнал с второго информационного выхода считывающего блока 12, соответствующий оптическим сигналам с длинами волн λ21, λ22, λ2i, поступает на первый вход четвертого делителя 25, который делит этот сигнал на сигнал, поступающий с выхода второго запоминающего устройства 19 на второй вход четвертого делителя 25, и тем самым осуществляет калибровку спектра, полученного при рассеянии излучения с длиной волны λ2 на исследуемых веществах. Первый делитель 22 делит поступающий на его первый вход с выхода третьего запоминающего устройства 20 нормировочный сигнал, соответствующий рассеянию излучения с длиной волны λ1 на эталонном газе, на поступающий с выхода первого запоминающего устройства 18 сигнал, тем самым осуществляя калибровку первого нормировочного сигнала. Второй делитель 23 делит поступающий на его первый вход с выхода четвертого запоминающего устройства 21 сигнал на поступающий с выхода второго запоминающего входа 19 сигнал, тем самым осуществляя калибровку второго нормировочного сигнала.A signal proportional to the power of the outgoing radiation with a wavelength of λ 1 is supplied to the first input of the first storage device 18, and a signal proportional to the power of the outgoing radiation with a wavelength of λ 2 is received at the first input of the second storage device. A signal corresponding to radiation with a wavelength of λ 1n , i.e., a signal corresponding to spontaneous Raman scattering of outgoing radiation with a wavelength of λ 1 on a reference gas, and a signal corresponding to radiation with a wavelength of λ 2n is supplied to the first input of the fourth storage device 21, i.e. a signal corresponding to spontaneous Raman scattering of outgoing radiation with a wavelength of λ 2 on a reference gas. The storage devices 18, 19, 20 and 21 support at their outputs the signals supplied to their first inputs until an erasure signal from the fourth output of the control unit 10 arrives at their second inputs. The signal from the first information output of the reading unit 12, corresponding to optical signals with wavelengths λ 11 , λ 12 , λ 1i , is supplied to the first input of the third divider 24 in the form of a time series of pulses, the amplitude of each pulse being proportional to the concentration of the substance under study. The third divider 24 divides the signal arriving at its first input by the signal arriving at its second input from the output of the first storage device 18, and thereby calibrates the spectrum obtained by scattering radiation with a wavelength of λ 1 , on the studied substances. The signal from the second information output of the reading unit 12, corresponding to optical signals with wavelengths λ 21 , λ 22 , λ 2i , is fed to the first input of the fourth divider 25, which divides this signal into a signal from the output of the second storage device 19 to the second input of the fourth divider 25, and thereby calibrates the spectrum obtained by scattering radiation with a wavelength of λ 2 on the investigated substances. The first divider 22 divides the normalization signal arriving at its first input from the output of the third storage device 20, corresponding to the scattering of radiation with a wavelength of λ 1 on the reference gas, by the signal coming from the output of the first storage device 18, thereby calibrating the first normalization signal. The second divider 23 divides the signal arriving at its first input from the output of the fourth storage device 21 by the signal arriving from the output of the second storage input 19, thereby calibrating the second normalization signal.

Пятый делитель 26 осуществляет деление поступающего на его первый вход с выхода третьего делителя 24 сигнала на поступающий с выхода первого делителя 22 сигнал, тем самым осуществляя нормировку спектра, полученного при спонтанном комбинационном рассеянии излучения с длиной волны λ1 на исследуемых веществах. Шестой делитель 27 осуществляет деление поступающего на его первый вход с выхода четвертого делителя 25 сигнала на поступающий с выхода второго делителя 23 сигнал и тем самым осуществляет нормировку спектра, полученного при спонтанном комбинационном рассеянии излучения с длиной волны λ2 на исследуемых веществах.The fifth divider 26 divides the signal arriving at its first input from the output of the third divider 24 into the signal coming from the output of the first divider 22, thereby normalizing the spectrum obtained by spontaneous Raman scattering of radiation with a wavelength of λ 1 on the studied substances. The sixth divider 27 divides the signal arriving at its first input from the output of the fourth divider 25 into the signal coming from the output of the second divider 23 and thereby normalizes the spectrum obtained by spontaneous Raman scattering of radiation with a wavelength of λ 2 on the studied substances.

Сигнал с выхода шестого делителя 27 поступает на первый вход седьмого делителя 28, на второй вход которого поступает сигнал с пятого выхода блока 10 управления. Так как величина сечения спонтанного комбинационного рассеяния пропорциональна четвертой степени длины волны зондирующего импульса, то для дальнейшей обработки необходимо в описываемом варианте конструктивного исполнения блока 11 обработки выравнивание амплитуд сигналов, соответствующих первому и второму спектрам. Седьмой делитель 28 осуществляет эту операцию. При изменении режима работы частотного преобразователя 6 (т.е. при изменении числа k, задающего соотношение между λ1 и λ2) изменяется также и величина сигнала, поступающего на второй вход седьмого делителя 28, в результате чего изменяется коэффициент деления седьмого делителя 28.The signal from the output of the sixth divider 27 is fed to the first input of the seventh divider 28, the second input of which receives a signal from the fifth output of the control unit 10. Since the cross-sectional spontaneous scattering cross-sectional value is proportional to the fourth power of the probe pulse wavelength, for further processing, it is necessary to equalize the amplitudes of the signals corresponding to the first and second spectra in the described embodiment of the processing unit 11. The seventh divider 28 performs this operation. When changing the operating mode of the frequency converter 6 (i.e., when changing the number k setting the relation between λ 1 and λ 2 ), the value of the signal supplied to the second input of the seventh divider 28 also changes, as a result of which the division coefficient of the seventh divider 28 changes.

Сигнал с выхода седьмого делителя 28 поступает на первые входы первого формирователя 31 и второй линии 30 задержки, а сигнал с выхода пятого делителя 26 поступает на первые входы первой линии 29 задержки и второго формирователя 32. Формирователи 31 и 32 формируют импульсы требуемой длительности, открывающие первый 33 и второй 34 ключи соответственно. Если на первые входы первого 33 и второго 34 ключей во время открытого состояния этих ключей синхронно поступают импульсы, то они проходят на первый и второй входы компаратора 37 соответственно. Если в данный момент времени присутствует сигнал только в одном из спектров, например в первом, то он не пройдет на первый вход компаратора 37 и первый вход третьего ключа 35, так как в этот момент времени первый ключ 33 будет закрыт. Если же сигнал присутствует только во втором спектре, то он не пройдет на второй вход компаратора 37, так как второй ключ 34 будет в это время закрыт. Таким образом, дальнейшей обработке подвергаются только те сигналы, которые одновременно присутствуют в обоих спектрах, т. е. занимающие определенные заранее известные участки спектра. Если же импульс присутствует только в одном спектре, а во втором отсутствует, то это не сигнал, а помеха, следовательно, описываемый вариант конструктивного исполнения блока 11 обработки обеспечивает повышение достоверности измерений. The signal from the output of the seventh divider 28 is supplied to the first inputs of the first driver 31 and the second delay line 30, and the signal from the output of the fifth divider 26 is fed to the first inputs of the first delay line 29 and the second driver 32. The drivers 31 and 32 generate pulses of the required duration, opening the first 33 and 34 second keys, respectively. If the first inputs of the first 33 and second 34 keys during the open state of these keys synchronously receive pulses, then they pass to the first and second inputs of the comparator 37, respectively. If at a given moment of time a signal is present in only one of the spectra, for example, in the first, then it will not pass to the first input of the comparator 37 and the first input of the third key 35, since at this moment of time the first key 33 will be closed. If the signal is present only in the second spectrum, then it will not pass to the second input of the comparator 37, since the second key 34 will be closed at this time. Thus, only those signals that are simultaneously present in both spectra, i.e., occupying certain predefined sections of the spectrum, are subjected to further processing. If the pulse is present in only one spectrum and is absent in the second, then this is not a signal, but a hindrance, therefore, the described embodiment of the structural unit of the processing unit 11 provides an increase in the reliability of measurements.

Компаратор 37 сравнивает по амплитуде сигналы, соответствующие первому и второму спектрам. Компаратор 37 работает следующим образом. Если сигнал на его первом входе меньше или равен сигналу на его втором входе, то на его первом выходе формируется сигнал, достаточный для открывания третьего ключа 35, а на его втором выходе сигнал отсутствует, т.е. четвертый ключ 36 оказывается закрытым. Если же сигнал на первом входе компаратора 37 больше сигнала на его втором входе, то на его первом выходе сигнал отсутствует, в результате чего третий ключ 35 закрывается, а на втором выходе компаратора 37 формируется сигнал, достаточный для открывания четвертого ключа 36. Таким образом, при поступлении на первый и второй входы компаратора 37 одинаковых сигналов (т. е. когда помехи отсутствуют в обоих спектрах) на первый вход сумматора 38 через третий ключ 35 поступает сигнал, соответствующий первому спектру, а сигнал на втором входе сумматора 38 отсутствует. Если сигнал на втором входе компаратора 37 больше сигнала на его первом входе (т.е. когда в сигнале во втором спектре присутствует помеха), то на первый вход сумматора 38 через третий ключ 35 поступает сигнал, соответствующий первому спектру, а на втором входе сумматора 38 сигнал отсутствует. Если сигнал на первом входе компаратора 37 больше сигнала на его втором входе (т.е. когда в сигнале первого спектра присутствует помеха), то на второй вход сумматора 38 поступает сигнал, соответствующий второму спектру, а сигнал на первом входе сумматора 38 отсутствует. The comparator 37 compares in amplitude the signals corresponding to the first and second spectra. Comparator 37 operates as follows. If the signal at its first input is less than or equal to the signal at its second input, then a signal sufficient to open the third key 35 is generated at its first output, and there is no signal at its second output, i.e. the fourth key 36 is private. If the signal at the first input of the comparator 37 is larger than the signal at its second input, then there is no signal at its first output, as a result of which the third key 35 is closed, and a signal sufficient to open the fourth key 36 is generated at the second output of the comparator 37. Thus, when the same signals are received at the first and second inputs of the comparator 37 (i.e., when interference is absent in both spectra), the signal corresponding to the first spectrum and the signal at the second input of the adder 38 are sent to the first input of the adder 38 through the third key 35 is missing. If the signal at the second input of the comparator 37 is greater than the signal at its first input (i.e., when there is interference in the signal in the second spectrum), then the signal corresponding to the first spectrum and the second input of the adder are supplied to the first input of adder 38 through the third key 35 38 no signal. If the signal at the first input of the comparator 37 is larger than the signal at its second input (i.e., when interference is present in the signal of the first spectrum), then the signal corresponding to the second spectrum is received at the second input of the adder 38, and the signal at the first input of the adder 38 is absent.

Таким образом, описываемый вариант конструктивного исполнения блока 11 обработки обеспечивает повышение достоверности и точности измерений. Thus, the described embodiment of the structural unit 11 processing provides an increase in the reliability and accuracy of measurements.

При изменении режима работы частотного преобразователя 6 (т.е. при изменении числа k, задающего соотношение между λ1 и λ2) с пятого выхода блока 10 управления на вторые входы первого формирователя 31, первой линии 29 задержки, второго формирователя 32 и второй линии 30 задержки поступают сигналы, изменяющие их паpаметpы в соотношении с новым значением k.When changing the operating mode of the frequency converter 6 (i.e., when changing the number k setting the ratio between λ 1 and λ 2 ) from the fifth output of the control unit 10 to the second inputs of the first driver 31, the first delay line 29, the second driver 32 and the second line 30 delays signals are received that change their parameters in relation to the new value of k.

Claims (2)

1. Лидар, содержащий лазер, передающую оптическую систему, блок обработки, блок регистрации, блок управления и последовательно оптически связанные приемную оптическую систему, частотный разделитель и фотоприемный блок, при этом первый выход блока управления соединен с управляющим входом лазера, выход блока обработки соединен с входом блока регистрации, отличающийся тем, что в него дополнительно введены частотный преобразователь, первый и второй светоделители, первый и второй фотоприемники, запоминающий блок и считывающий блок, причем выход лазера оптически связан с входом частотного преобразователя, выход частотного преобразователя оптически связан с входом первого светоделителя, первый выход первого светоделителя оптически связан через первый фильтр с первым фотоприемником, второй выход первого светоделителя оптически связан с входом второго светоделителя, первый выход второго светоделителя оптически связан через второй фильтр с вторым фотоприемником, второй выход второго светоделителя оптически связан с передающей оптической системой, выход первого фотоприемника соединен с первым калибровочным входом блока обработки, выход второго фотоприемника соединен с вторым калибровочным входом блока обработки, выходы фотоприемного блока соединены с соответствующими входами запоминающего блока, выходы запоминающего блока соединены с соответствующими входами считывающего блока, первый и второй нормировочные выходы считывающего блока соединены соответственно с первым и вторым нормировочными входами блока обработки, первый и второй информационные выходы считывающего блока соединены соответственно с первым и вторым информационными входами блока обработки, второй выход блока управления соединен с первым управляющим входом запоминающего блока, третий выход блока управления соединен с первым управляющим входом считывающего блока, четвертый выход блока управления соединен с вторым управляющим входом запоминающего блока и вторым управляющим входом блока обработки, а пятый выход блока управления соединен с управляющими входами частотного преобразователя, второго фильтра и частотного разделителя, а также с первым управляющим входом блока обработки и вторым управляющим входом считывающего блока. 1. A lidar containing a laser, a transmitting optical system, a processing unit, a recording unit, a control unit and sequentially optically coupled receiving optical system, a frequency splitter and a photodetector unit, wherein the first output of the control unit is connected to a laser control input, the output of the processing unit is connected to the input of the registration unit, characterized in that it additionally includes a frequency converter, first and second beam splitters, first and second photodetectors, a storage unit and a reading unit, and the laser path is optically connected to the input of the frequency converter, the output of the frequency converter is optically connected to the input of the first beam splitter, the first output of the first beam splitter is optically connected through the first filter to the first photodetector, the second output of the first beam splitter is optically connected to the input of the second beam splitter, the first output of the second beam splitter is optically connected through a second filter with a second photodetector, the second output of the second beam splitter is optically coupled to the transmitting optical system, the output of the first photodetector the nickname is connected to the first calibration input of the processing unit, the output of the second photodetector is connected to the second calibration input of the processing unit, the outputs of the photodetector unit are connected to the corresponding inputs of the storage unit, the outputs of the storage unit are connected to the corresponding inputs of the reading unit, the first and second normalization outputs of the reading unit are connected respectively to the first and second normalization inputs of the processing unit, the first and second information outputs of the reading unit are connected respectively o with the first and second information inputs of the processing unit, the second output of the control unit is connected to the first control input of the storage unit, the third output of the control unit is connected to the first control input of the reading unit, the fourth output of the control unit is connected to the second control input of the storage unit and the second control input of the unit processing, and the fifth output of the control unit is connected to the control inputs of the frequency converter, the second filter and the frequency splitter, as well as to the first control input m processing unit and a second control input of the reading unit. 2. Лидар по п. 1, отличающийся тем, что блок обработки содержит четыре запоминающих устройства, семь делителей, две линии задержки, два формирователя, четыре ключа, компаратор и сумматор, при этом первый вход первого запоминающего устройства соединен с выходом первого фотоприемника, первый вход второго запоминающего устройства соединен с выходом второго фотоприемника, первый вход третьего запоминающего устройства соединен с первым нормировочным выходом считывающего блока, первый вход четвертого запоминающего блока соединен с вторым нормировочным выходом считывающего блока, вторые входы запоминающих устройств соединены с четвертым выходом блока управления, первый вход третьего делителя соединен с первым информационным выходом считывающего блока, первый вход четвертого делителя соединен с вторым информационным выходом считывающего блока, выход первого запоминающего устройства соединен с вторым входом третьего делителя и вторым входом первого делителя, выход второго запоминающего устройства соединен с вторым входом четвертого делителя и вторым входом второго делителя, выход третьего запоминающего устройства соединен с первым входом первого делителя, выход четвертого запоминающего устройства соединен с первым входом второго делителя, выход первого делителя соединен с вторым входом пятого делителя, выход второго делителя соединен с вторым входом шестого делителя, выход третьего делителя соединен с первым входом пятого делителя, выход четвертого делителя соединен с первым входом шестого делителя, выход пятого делителя соединен с первым входом первой линии задержки и первым входом второго формирователя, выход шестого делителя соединен с первым входом седьмого делителя, выход седьмого делителя соединен с первым входом второй линии задержки и первым входом первого формирователя, пятый выход блока управления соединен с вторыми входами седьмого делителя, первой линии задеожки, второй линии задержки, первого и второго формирователей, выход первой линии задержки соединен с первым входом первого ключа, выход первого формирователя соединен с вторым входом первого ключа, выход второй линии задержки соединен с первым входом второго ключа, выход второго формирователя соединен с вторым входом второго ключа, выход первого ключа соединен с первым входом третьего ключа и первым входом компаратора, выход второго ключа соединен с первым входом четвертого ключа и вторым входом компаратора, первый выход компаратора соединен с вторым входом третьего ключа, второй выход компаратора соединен с вторым входом четвертого ключа, выход третьего ключа соединен с первым входом сумматора, выход четвертого ключа соединен с вторым входом сумматора, а выход сумматора соединен с входом блока регистрации. 2. Lidar under item 1, characterized in that the processing unit contains four storage devices, seven dividers, two delay lines, two shapers, four keys, a comparator and an adder, while the first input of the first storage device is connected to the output of the first photodetector, the first the input of the second storage device is connected to the output of the second photodetector, the first input of the third storage device is connected to the first normalization output of the reading unit, the first input of the fourth storage unit is connected to the second reading output unit, the second inputs of the storage devices are connected to the fourth output of the control unit, the first input of the third divider is connected to the first information output of the reading unit, the first input of the fourth divider is connected to the second information output of the reading unit, the output of the first storage device is connected to the second input of the third divider and the second input of the first divider, the output of the second storage device is connected to the second input of the fourth divider and the second input of the second eating, the output of the third storage device is connected to the first input of the first divider, the output of the fourth storage device is connected to the first input of the second divider, the output of the first divider is connected to the second input of the fifth divider, the output of the second divider is connected to the second input of the sixth divider, the output of the third divider is connected to the first the input of the fifth divider, the output of the fourth divider is connected to the first input of the sixth divider, the output of the fifth divider is connected to the first input of the first delay line and the first input of the second form the output of the sixth divider is connected to the first input of the seventh divider, the output of the seventh divider is connected to the first input of the second delay line and the first input of the first shaper, the fifth output of the control unit is connected to the second inputs of the seventh divider, the first line of the arrester, the second delay line, the first and second shapers, the output of the first delay line is connected to the first input of the first key, the output of the first shaper is connected to the second input of the first key, the output of the second delay line is connected to the first input of the second key a, the output of the second driver is connected to the second input of the second key, the output of the first key is connected to the first input of the third key and the first input of the comparator, the output of the second key is connected to the first input of the fourth key and the second input of the comparator, the first output of the comparator is connected to the second input of the third key, the second output of the comparator is connected to the second input of the fourth key, the output of the third key is connected to the first input of the adder, the output of the fourth key is connected to the second input of the adder, and the output of the adder is connected to the input of the block registration.
RU93034905A 1993-07-05 1993-07-05 Lydar RU2061224C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU93034905A RU2061224C1 (en) 1993-07-05 1993-07-05 Lydar

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU93034905A RU2061224C1 (en) 1993-07-05 1993-07-05 Lydar

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU93034905A RU93034905A (en) 1995-12-20
RU2061224C1 true RU2061224C1 (en) 1996-05-27

Family

ID=20144546

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU93034905A RU2061224C1 (en) 1993-07-05 1993-07-05 Lydar

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2061224C1 (en)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2544264C1 (en) * 2013-09-19 2015-03-20 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт мониторинга климатических и экологических систем Сибирского отделения Российской академии наук (ИМКЭС СО РАН) Method of gas analysis of natural gas
RU181160U1 (en) * 2017-12-08 2018-07-05 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт оптики атмосферы им. В.Е. Зуева Сибирского отделения Российской академии наук (ИОА СО РАН) LIDAR FOR OZONE PROBING IN THE UPPER TROPOSPHERE - THE LOWER STRATOSPHERE
RU2778356C1 (en) * 2018-09-18 2022-08-17 ВЕЛОДАЙН ЛИДАР ЮЭсЭЙ, ИНК. Multichannel lidar irradiation shaper
US11550036B2 (en) 2016-01-31 2023-01-10 Velodyne Lidar Usa, Inc. Multiple pulse, LIDAR based 3-D imaging
US11561305B2 (en) 2016-06-01 2023-01-24 Velodyne Lidar Usa, Inc. Multiple pixel scanning LIDAR
US11703569B2 (en) 2017-05-08 2023-07-18 Velodyne Lidar Usa, Inc. LIDAR data acquisition and control
US11885958B2 (en) 2019-01-07 2024-01-30 Velodyne Lidar Usa, Inc. Systems and methods for a dual axis resonant scanning mirror

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
1. Зашита от оружия массового поражения. / Под ред. В.В.Мясникова. М.: Воениздат, Библиотечка офицера, 1989, с. 237 - 245. 2. Дмитриев Г.Н., Соколов Ф.Н., Чишко А.Т., Ложкин Э.В. Методическое пособие к практическим занятиям по дисциплине "Оружие массового поражения и защита войск". Изд. МО СССР, 1982, с. 96-103. 3. Коломийцов Ю.В. Интерферометры. Л.: Машиностроение, 1976, с. 251 - 253. 4. Kobayshi T. Technigues for laser remote sensing of the environment. Remote Sensing Reviens. New York, NY: Harwood Academic Publishers, 1987, v. 3, pp. 1 - 56. 5. Захаров В.М., Костко О.К. Метерологическая лазерная локация. Л.: Гидрометеоиздат, 1977, с. 111 - 112. *

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2544264C1 (en) * 2013-09-19 2015-03-20 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт мониторинга климатических и экологических систем Сибирского отделения Российской академии наук (ИМКЭС СО РАН) Method of gas analysis of natural gas
US11550036B2 (en) 2016-01-31 2023-01-10 Velodyne Lidar Usa, Inc. Multiple pulse, LIDAR based 3-D imaging
US11561305B2 (en) 2016-06-01 2023-01-24 Velodyne Lidar Usa, Inc. Multiple pixel scanning LIDAR
US11703569B2 (en) 2017-05-08 2023-07-18 Velodyne Lidar Usa, Inc. LIDAR data acquisition and control
RU181160U1 (en) * 2017-12-08 2018-07-05 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт оптики атмосферы им. В.Е. Зуева Сибирского отделения Российской академии наук (ИОА СО РАН) LIDAR FOR OZONE PROBING IN THE UPPER TROPOSPHERE - THE LOWER STRATOSPHERE
RU2778356C1 (en) * 2018-09-18 2022-08-17 ВЕЛОДАЙН ЛИДАР ЮЭсЭЙ, ИНК. Multichannel lidar irradiation shaper
US11885958B2 (en) 2019-01-07 2024-01-30 Velodyne Lidar Usa, Inc. Systems and methods for a dual axis resonant scanning mirror

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4081215A (en) Stable two-channel, single-filter spectrometer
CN106772438B (en) A kind of laser radar system of round-the-clock accurate measurement atmospheric temperature and aerosol parameters
EP1537442B1 (en) Coherent differential absorption lidar (dial)
US5748325A (en) Gas detector for plural target zones
US7292342B2 (en) Entangled photon fourier transform spectroscopy
CN102183308B (en) A measuring method of wavelength variation of a tunable laser
US6940600B1 (en) Apparatus and method for measuring decay in intensity of electromagnetic radiation in multipass spectrometry
CN110441792B (en) Rayleigh scattering laser radar system capable of measuring wind and temperature simultaneously and related calibration method
JPH07190931A (en) Gas analyzer and gas analyzing mechanism
RU2061224C1 (en) Lydar
US3936190A (en) Fluorescence spectrophotometer for absorption spectrum analysis
RO106458B1 (en) Method and device for spectroscopic determination of gases quantities from gases mixtures
RU2045040C1 (en) Device for remote measuring of concentrations of air pollutions
US8514378B2 (en) Method of optical teledetection of compounds in a medium
JPS59218936A (en) Remote spectrum analyzer
Biscar et al. Laser method for absolute velocity calibration of Mössbauer spectrometers
TW200530564A (en) Wavelength meter
RU51742U1 (en) GAS ANALYZER
US4176959A (en) High gain laser spectrometer
CN105136329A (en) CARS (Coherent Anti-stokes Raman Spectroscopy) spectrum temperature measurement experimental device based on bifocal lens
JPS63308543A (en) Scattered light measuring apparatus
SE541185C2 (en) High Spectral Resolution Scheimpflug Lidar
RU2227303C2 (en) Laser doppler meter
JPH0829346A (en) Gas analyser
JPH075400Y2 (en) Multi-channel curse measuring device