SU1088512A1 - Способ оптико-акустического зондировани атмосферы - Google Patents

Abstract

СПОСОБ ОПТИКО-АКУСТИЧЕСКОГО ЗОНДИРОВАНИЯ АТМОСФЕРЫ путем посылки в исследуемую область атмосферы одновременно двух монохроматических перекрывающихс  на заданной высоте лазерных пучков излучений и параллельными ос ми, разность частот которых равна частоте звукового диапазона, и приема возникших акустических сигналов, отличающийс  тем, что. с целью расширени  диапазона . измер емых параметров, плавно измен ют частоту по крайней мере одного из посылаемых излучений при сохранении значени  разности частот в пределах частот звукового диапазона и по мощности прин тых акустических сигналов- на разных частотах суд т о температуре, влажности и спектральной прозрачности атмосфе|эы.

Description

Изобретение относитс  к технической физике и может найти применение дл  дистанционного измерени  спектральной акустической прозрачности, а также одновременно измерени  температуры и относительной влажности в атмосфере.

Известен способ дистанционного измерени  параметров атмосферы путем создани  на заданной высоте с помощью лазерного излучени  пробо  и приема возникшего акустического излучени . Дл  измерени  спектральной акустической прозрачности в данном способе измер ют спектральную мощность прин того акустического сигнала, а об искомом параметре суд т путем сравнени  ее со спектральной мощностью калибровочного сигнала. Дл  одновременного измерени  температуры и влажности измерени  провод т одновременно дл  трех частот, а об искомых параметрах суд т путем сравнени  сигналогз дл  двух из зтих частот относительно третьей.

Недостатком зтого способа  вл етс  мала  дальность, обусловленна  тем, что

О 00 при посылке лазерного излучени  на заданном рассто нии от передатчика возможно получение пробо  а воздухе, когда значение

|оо

Н |м интенсивности лазерного излучени  превышает некоторую пороговую величину, что - накладывает ограничени  на дальность данного способа зондировани , а также боль шие потери акустической энергии за счет сферической расходимости звуковой волны. Кроме того, источник звука в данном способе зондировании  имеет широкий спектр излучаемых звуковых частот, и спектральное разрешение определ етс  полосой пропускани  приемной системы.

Наиболее близким к предлагаемому по достигаемому результату  вл етс  способ дистанционного зондировани  атмосферы

одновременно дпух монохроматических перекрывающихс  на заданной высоте лазерных пучков излучений с параллельными ос ми, разность частот которых равна частоте звукового диапазона и приема возникшего акустического излучени , когда по временному интервалу между посылкой лазерного и приемом акустических сигналов суд т об атмосферной температуре.

Однако этим способом невозможно измерить влажность и спектральную прозрачность атмосферы;

Цель изобретени  - расширение диапазона измер емых параметров, т.е. создание возможности измерени  кроме температуры влажности спектральной акустической прозрачности.

Цель достигаетс  тем, что в способе оптико-акустического зондировани  атмосферы путем посылки в исследуемую область атмосферы одновременно двух монохроматических перекрывающихс  на заданной высоте лазерных излучений с параллёль Ыми ос ми, разность частот которых равна частоте звукового диапазона и приема воз .никщих акустических сигналов, плавно измен ют частоту по крайней мере одного из посылаемых излучений при сохранении значени  разности частот в пределах частот звукового диапазона и по мощности прин тых акустических сигналов на разных часто тах суд т о температуре, олажиости и спектральной прозрачности атмосферы.

В атмосфере при одновременном распространении двух параллельных монохроматических лазерных излучений с близкими частотами fi и h в области их перекрыти  в результате нелинейного их взаимодействи  генерируетс  мощное акустическое излучение частот (fi-fa)-fax, направление распространени  которого перпендикул рно оси лазерных пучков, а фронт волны цилиндрический . Осуществл   посылку лазерных импульсов под углом а к поверхности земли, можно зеретистрировать спектральную мощность акустического сигнала, возникшего на дальности I посылки лазерного импульса и прошедшего через атмосферу, помеща  акустический приемник не некотором рассто нии hi от лазерного передатчика и ориентиру  егр приемную антенну перпендикул рно оси лззерных пучков. При этом мощность возникающего акустического сигнала 1о пропорциональна произведению амплитуд лазерных излучений и может быть рассчитана по формулам. Измер   спектральную мощность 1 пришедшего сигнала на данной частоте fax, можно измерить спектральную акустическую прозрачность Р атмосферы, котора , с учетом того, что во.п

на цилиндрическа , ослабл етс  с рассто нием ц I/R раз, и равна:

р.1Л1о

Управл   расстройкой частот лазерных

излучений в пределах звукового диапазона, можно изменить частоту возникающего акустического излучени  и измер ть акустическую прозрачность дл  разных частот.

Генераци  двухчастотного лазерного излучени  возможна путем измерени  частоты излучени  одного посылаемого лазерного излучени  или путем одновременного изменени  частоты обоих лазерных излучений,

Boз.oжнa также дополнительна  посылка монохроматического лазерного излучени  другой частоты.

Температура и влажность определ ютс  по относительному изменению пришедшего сигнала дл  двух пар звуковых частот fi и f2 fi и f3, при этом измер ютс  li , l2 If2/lf2o; з 1гз/1(зо-относительт ные изменени  амплитуд сигнала на частотах fi, fa и f3 и вычисл ютс 

А1 М|/111; д.И

Величины AI и А2 св заны известной аналитической зависимостью с температурой Т и относмтельной влажности U атмосферы .. . : . : На фиг,1 показана схема, по сн юща  данный способ; на фиг.2 - блок-схема устройства , реализующего способ..

На фиг. изображены лазерные с управл емой растройкойпередатчики 1 и 2-, оси излучений которых параллельны, а диаграммы перекрываютс  в заштрихованной области , остронаправленный приемник-З,

антенна которого ориентирована перпендикул рно ос м лазерных передатчиков, hi рассто ние между лазерным передатчиком (Л акустическим приемником. Из геометрии фиг,1 следует: R - hi sin а .При осуществлеНИИ одновременных разнесенных в пространстве измерений возможно измерение профилей температуры и влажности, если поместить остронаправленные акустические приемники на различных рассто ни х

hi от лазерных Г1ере,цатчиков. .

Источником звука в данном способе зондировани  будет одновременно вс  области перекрыти  лазерных излучений, и можно считать, что цилиндрическа  звукова  волна возникает одновременно вдоль всей оси области перекрыти  лазерных пучков . ;, . . ,

Монохроматическое лазерное излуче . ние с близкими частотами и управл емой расстройкой можно получить с помощью СОг-лазероо с регулируемой частотой излучени  или одного лазера на рубине с однородно-уширенным контуром линии генерации, в центре которой методом внутрирезонаисного поглощени  выжигаетс  провал, ширина которого измен етс  путем изменени  давлени  поглощающего и буферного газов в резонаторе. При этом формируетс  двухчастотное лазерное излучение с управл емой расстройкой. Работа способа осуществл етс  с помощью устройства, приведенного на фиг.2, В исследуемую область атмосферы от лазерных передатчиков 1 и2суправл емой растройкой посылают одновременного два монохроматических перекрывающихс  на заданной высоте лазерных пучка излучени  с параллельными ос ми, разность частрт которых равна частоте звукового диапазона, и плавно измен ют частоту обоих лазерных излучений, Принимают возникшие акустические сигнал ы остронаправленной антенной акустичёского-приемника 3, в качестве которой можно использовать решетку и электроакуй стические преобразователи. С помощью анализатора спектра 4 и вычислительного устройства 5 определ ют спектральную акустическую прозрачность атмосферы, температуру и влажность. Синхронизируюс  пучки излучени  синхронизатором 6. Преимуществом описанного способа по сравнению с аналогом  вл етс  больша  точность измерений, обусловленна  тем. что источник звука в прототипе имеет широкий частотный спектр, и спектральное разрешение определ етс  полосой пропускани  приемной системы. В описанном способе генерируетс  монохроматическое акустическое излучение на разностной частоте, что позвол ет проводить спектральное измерение с более высоким частотным разрешением, и тем самым повышает точность измерений. Кроме того, данный способ позвол ет в нес1 :олько раз увеличить дальность зондировани  и упростить измерени , т.к. он не требует про ведени  калибровки. Мощность генерируемого акустического излучени  может быть рассчитана аналитически.

А/«.2

Claims (1)

1. СПОСОБ ОПТИКО-АКУСТИЧЕСКОГО ЗОНДИРОВАНИЯ АТМОСФЕРЫ путем посылки в исследуемую область атмосферы одновременно двух монохроматических перекрывающихся на заданной высоте лазерных пучков излучений и параллельными осями, разность частот которых равна частоте звукового диапазона, и приема возникших акустических сигналов, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона измеряемых параметров, плавно изменяют частоту по крайней мере одного из посылаемых излучений при сохранении значения разности частот в пределах частот звукового диапазона и по мощности принятых акустических сигналов· на разных частотах судят о температуре, влажности и спектральной прозрачности атмосферы.