RU596069C - Устройство дл оптического зондировани атмосферы - Google Patents

Abstract

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПТИЧЕСКОГО ЗОНДИРОВАНИЯ АТМОСФЕРЫ, содержащее источники направленного излучени  и расположенную р дом с ним приемную систему, в фокальной плоскости которой установлена полева  диафрагма круглой формы, фотодетектор и систему регистрации, отличающеес  тем, что, с целью увеличени  отношени  сигнал/шум и расширени  диапазона зондировани  по дальности, полева  диафрагма выполнена с диаметром, определенным из соотношени d^f[^o-f(^^+?°+^")], •^ LOгде f - фокусное рассто ние приемной системы;Й5-угол расходимости пучка источника направленного излучени ;В - рассто ние между оптическими ос ми источника направленного излучени  и приемной системы в месте их расположени ;DO - диаметр пучка на выходе источника;Dn - диаметр входной апертуры приемной системы;LO - рассто ние, начина  с которого поток обратно рассе нного излучени  проходит через полевую диафрагму без виньетировани  (начальна  дальность зондировани ), а ее центр расположен на пр мой, поход щей через оптические оси источника направленного излучени  и приемной системы, и смещен относительно оптической оси последней на величинуd= ^[d-i(eo+2<p}lгде (р-•угол, под которым пересекаютс  оптические оси источника направленного излучени  и приемной системы.(Лсел юON О Ою

Description

Изобретение относитс  к технике оптического зондировани  атмосферы и может быть применено в лазерных локаторах.

Известны устройства дл  оптического зондировани  атмосферы и гидросферы по сигналу обратного рассе ни , содержащие

источник направленного излучени , расположенную р дом с ним приемную систему, включающую объектив, полевую диафрагму круглой формы, установленную в фокальной плоскости объектива, центрированную относительно его оптической оси, светофильтры и фотодетектор, и регистрирующую систему.

В устройствах с несовмещенными оптическими ос ми источника излучени  и приемной системы размер изображени  рассеивающего объема уменьшаетс , а само оно перемещаетс  в плоскости полевой диафрагмы от кра  к центру по мере увеличени  рассто ни  от устройства до рассеивающего объема. Потоки рассе нного излучени , поступающие с близких рассто ний , виньетируютс  полевой диафрагмой, а поскольку обычно обрабатываютс  невиньетируемые потоки, то дл  зондировани  областей, близко расположенных к устройству, увеличивают диаметр полевой диафрагмы. Увеличение размеров диафрагмы , следовательно, угла пол  зрени  приемной системы, приводит к возрастанию фонового потока на фотодетектор, если зондирование ведетс  в присутствии внешних фоновых излучений. Это уменьшает отношение сигнал/шум и ограничивает максимальную дальность зондировани , поскольку величина обратно рассе нного сигнала пропорциональна обратному квадрату рассто ни .

Известно также устройство, которое имеет импульсный лазерный источник излучени  и расположенную на близком рассто нии от него приемную систему с линзовым объективом, в фокальной плоскости которого центрированно относительно оптической оси установлена полева  диафрагма круглой формы с расположенными за ней светофильтрами и фотодетектором (фотоэлектронным умножителем). Сигнал с последнего поступает на регистрирующую систему. Источник излучени  и приемна  система установлены так, что их оптические оси могут либо пересекатьс , либо не пересекатьс  в зондируемой среде.

Диаметр полевой диафрагмы выбирают из услови  полного пересечени  конусом пол  зрени  приемной системы конуса пучка лучей, выход щих из источника направленного излучени , на заданном рассто нии от устройства. Основна  часть центрированной полевой диафрагмы не используетс  дл  пропускани  полезного рассе нного потока из зондируемой среды, но через нее проходит поток внешнего фона, который ухудшает услови  работы фотодетектора приемной системы и снижает отношение сигнал/шум.

Таким образом, размер полевой диафрагмы вли ет как на начальную, так и на

максимальную дальность зондировани , котора  определ етс  отношением сигнал/шум .

Увеличение диаметра диафрагм дает возможность уменьшить начальную дальность зондировани , но приводит к понижению отношени  сигнал/шум на фотодетекторе в присутствии внешних фоновых излучений, что влечёт за собой ограничение максимальной дальности

зондировани . Уменьшение диаметра полевой диафрагмы приводит к возрастанию отношени  сигнал/шум, но одновременно увеличивает начальную дальность зондировани .

Цель изобретени  -увеличение отношени  сигнал/шум при наличии внешнего фона и расширение диапазона зондировани  по дальности.

Это достигаетс  тем, что в предлагаемом устройстве, содержащем источник направленного излучени  и расположенную на близком рассто нии от источника приемную систему, в фокальной плоскости которой установлена кругла  полева 

диафрагма, причем диаметр полевой диафрагмы определен из соотношени 

d f(9o + (2B + )/2Lo,

а ее центр лежит на пр мой, расположенной в плоскости, проход щей через оптические оси источника излучени  и приемной системы и смещен относительно оптической оси последней на величину

d d - f(0o + 2 у)).

где f - фокусное рассто ние приемной системы;

В - рассто ние между оптическими ос ми источника направленного излучени  и приемной системы в месте их расположени ;

(р- угол между их оптическими ос ми;

LO - начальна  дальность зондировани ;

во - угол расходимости излучени  источника;

DO - диаметр луча на выходе источника

излучени ;

Dn - диаметр входной апертуры приемной системы.

На чертеже показана блок-схема устройства с изображением хода лучей от элемента зондирующего объема.

Устройство имеет источник 1 направленного излучени  с начальным диаметром луча DO и расходимостью в, оптическую ось 2 источника излучени . Р дом с источником расположена приемна  система 3, котора  в качестве примера, изображена в виде линзового объектива с оптической осью 4. Объектив имеет диаметр входной апертуры Dn и фокусное рассто ние f. В фокальной плоскости объектива расположена полева  диафрагма 5, центр которой смещен относительно оси 4. Оси 2 и 4 перемещаютс  в зондируемой среде под углом . За диафрагмой расположен фотодетектор 6 и регистрирующа  система 7. Элемент 8 рассеивающего объема исследуемой среды находитс  на рассто нии, которое превышает U,

Часть светового потока, испускаемого источником 1 излучени , рассеиваетс  элементом 8 и направл етс  к приемной системе 3. Крайние лучи обратно рассе нных световых потоков, попадающих на выходную апертуру приемной системы, показаны стрелками. Когда рассеивающий объем находитс  на рассто нии, равном LO, п тно изображени  касаетс  нижнего (по чертежу) кра  диафрагмы. При меньших рассто ни х диафрагма виньетирует изображение.

По мере удалени  рассеивающего объема п тно изображени  перемещаетс  в плоскости диафрагмы к противоположному ее краю, уменьша сь при этом в размерах, а при максимальной дальности зондировани 

оно касаетс  этого кра . Таким образом, в пропускании полезных световых потоков рассе нного излучени  участвует почти вс  площадь диафрагмы, а за счет уменьшени  ее размера снижаетс  уровень внешнего

фона, поступающего на фотодетектор 6. Световые потоки, прошедшие через диафрагму 5, преобразуютс  в фотодетекторе 6 в электрически°е сигналы и поступают на регцстрирующую систему 7.

/