SU1714549A1 - Method for determining optical characteristics and device - Google Patents
Method for determining optical characteristics and device Download PDFInfo
- Publication number
- SU1714549A1 SU1714549A1 SU884392277A SU4392277A SU1714549A1 SU 1714549 A1 SU1714549 A1 SU 1714549A1 SU 884392277 A SU884392277 A SU 884392277A SU 4392277 A SU4392277 A SU 4392277A SU 1714549 A1 SU1714549 A1 SU 1714549A1
- Authority
- SU
- USSR - Soviet Union
- Prior art keywords
- unit
- output
- input
- photodetector
- background
- Prior art date
Links
Landscapes
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Abstract
Изобретение Относитс к фотометрии атмосферы и позвол ет повь1сить точность измерений оптических характеристик, а также упростить аппаратурную реализацию устройства. Блок управлени 1 запускает одновибраторы 4 и 5 импульсами с которых управл ют стробирую.щий усилитель 10 и фотоприемники 8. В блоке пам ти 12 фиксируют значение сигнала фоновой засветки, который предварительно детектируют с пиковым детектором 11. В блоке вычитани 13 сигнал обратного рассе ни электромагнитного импульса, излучаемого в атмосферу блоком 3, компенсируют на величину фона. Сигнал обратного рассе ни дифференции- руют в блоке 14 и нормируют в блоке делени 15. Значени ослаблени атмосферы получают, обрабатыва сигнал в блоке 16. 2 с., 1 з.п.ф-лы, 2 ил.(ЛсThe invention relates to atmospheric photometry and allows one to improve the measurement accuracy of optical characteristics, as well as to simplify the apparatus implementation of the device. The control unit 1 starts single-oscillators 4 and 5 pulses from which the strobe amplifier 10 and photodetectors 8 are controlled. In memory unit 12, the value of the backlight signal is recorded, which is preliminarily detected with a peak detector 11. In the subtraction unit 13, the backscattered electromagnetic signal the pulse emitted to the atmosphere by the block 3 is compensated for by the background. The backscatter signal is differentiated in block 14 and normalized in division block 15. The atmospheric attenuation values are obtained by processing the signal in block 16. 2 s., 1 Cp. File, 2 ill. (Ls
Description
Изобретение относитс к фотометрии атмосферы и может примен тьс дл измерени оптических параметров атмосферы, а также может быть использовано дл контрол уровн аэрозольных загр знений естественного и искусственного происхождени .The invention relates to atmospheric photometry and can be used to measure the optical parameters of the atmosphere, and can also be used to control the level of aerosol pollution of natural and artificial origin.
Цель изобретени - повышение точности измерений оптических характеристик атмосферы и упрощение аппаратурной реализации устройства.The purpose of the invention is to improve the accuracy of measurements of the optical characteristics of the atmosphere and simplify the hardware implementation of the device.
, Способ определени оптических характеристик атмосферы реализуетс по следующему алгоритму. В услови х вбздействи внешней фоновой засветки на чувствительную площадку приемника поступает сигналThe method for determining the optical characteristics of the atmosphere is implemented according to the following algorithm. Under external ambient light exposure conditions, a signal is received at the sensitive receiver area.
Р; (R)P(R)+Cl) ,R; (R) P (R) + Cl),
где P(R) - световой поток, обусловленный полезным сигналом лидара с дальности R; Ф- фоновь1й поток излучени .where P (R) is the luminous flux due to the useful lidar signal from the range R; Photovoltaic radiation flux.
Дл атмосферы с неизменной индикатриссой рассе ни , в соответствии с лидарным уравнениемFor an atmosphere with a constant indicatrix of dispersion, according to the lidar equation
P(R) А ba (R) T2(R) R, где а-объемный коэффициент рассе ни ; b - индикатриса рассе ни назад (лидарноеP (R) A ba (R) T2 (R) R, where a is the volume scattering coefficient; b - indicatrix scattered backwards (lidar
RR
отношение); T(/R) ехр (J а (R) d R) - про lO .attitude); T (/ R) exp (J a (R) d R) - about lO.
зрачйость атмосферы; А - аппаратурна константа.atmospheric opulence; A is a hardware constant.
При использовании оптического компенсатора квадрата рассто ни , с учетом действи фонового излучени , сигнал на входе фотоприемника будет равен : S(R)m P(R)R + a -Ф где m,a - коэффициенты пропорциональности . Сигнал на выходе фотоприемника Uo(R) (R)R + а Ф, где К - коэффициент преобразовани фотоприемника: ( Ф) ko, k(Ф) - фактор фона, учитывающий вли ние фоновой засветки. Наличие в р де случаев сильной зависимости коэффициента преобразовани от интенсивности фона приводит к значительным ошибкам определени оптических параметров атмосферы по результатам измерени S(R) или Р т (R). С целью ослаблени перегрузки фотоприемника под вли нием интенсивного фона используетс стрЬбирование, причем, во-возможности в его первых каскадах (например в ФЭУ), чтобы не допустить перегрузки и насыщени последующих. При достаточно большой скважности стробировани удаетс значительно ослабить действие фона. Поэтому фактор фона стробируемого приемника Кс(Ф ) значительно меньше, чем К( Ф), и можно считать kc( Ф) k(Ф}/Q, где Q - скважность. Тогда сигнал на выходе стробируемого приемника U(R) koM Ф) Uo(R). Далее, фонова засветка компенсируетс путем вычитани из полезного сигнала (сигнала обратного рассе ни ) предварительно измеренного и запомненного уровн фона. Сигнал на выходе блока вычитани имеет вид U (R) k kc(Ф) a(R)T(R), где k-i - коэффициент пропорциональности, включающий k, m. Продифференциировав U по R, разделив на Ui имеем уравнение дл определени коэффициента рассе ни а G(R) U1 В результате такой обработки прин тых сигналов удаетс устранить вли ние на результат измерений как аддитивной, так и мультипликативной составл ющих погрешности измерений, обусловленной фоном. Решение уравнени относительно а имеет вид а (R) 4 ехр (/ G (R) d R) / о //exp(/G(R)dR)dR оо На фиг.1 показана функциональна схема устройства дл -определени оптических характеристик атмосферы; на фиг.2 - временные диаграммы сигналов в различных точках устройства. Устройство содержит блок управлени 1, вход которого соединен с генератором тактовых импульсов 2, а выходы с излучателем 3, одновибраторами 4 и 5, причем выхо-ды одновибраторов соединены со входами логического элемента ИЛИ 6, выход которого соединен со входом управл ющего сигнала 7, выход которого соединен с фотоприемником 8, оптически св занным с устройством компенсации квадрата рассто ни 9. Представленные на фиг.1 блоки 4-7 образуют блок регулировки чувствительности и вл ютс одним из вариантов его построени . Выход фотоприемника 8 св зан с последовательно соединенными мтробируемым усилителем 10, пиковым детектором 11 и блоком пам ти 12, причем управл ющий вход стробируемого усилител 10 соединен с выходом одновибратора 4, а сбросовый вход пикового детектора 11с выходом одновибратора 5. Блоки 10-12, совместно с блоком вычитани 13 на фиг.1 представл ют один из вариантов построени блока компенсации фона. Фотоприемник 8 соединен также со входом блока дифференцировани 14 и одним входом блока 13, другой вход которого соединен с выходом блока пам ти 12. Выходы блоков дифференцировани 14 и вычитани 13 соединены со входами блока делени 15 выход которого подсоединен к входу блока аналоговой обработки 16, выход которого соединен с регистратором 17, другой вход которого соединен с выходом электронного счетчика 18, который соединен с выходами генератора тактовых импульсов 2, одновибратора 5 и фотоприемника опорного канала 19, оптически св занного с излучателем 3. На фиг.2 обозначено: а) импульс на выходе одновибратора 4 б) импульс на выходе излучател 3, в) импульс на выходе одновибратора 5, г) сигнал на выходе логического элемента ИЛИ, д) сигнал на выходе фотоприемника 8, е) сигнал на выходе блока запоминани 12, ж) сигнал на выходе блока вычитани 13, з) сигнал на выходе электронного счетчика 18. Устройство дл определени оптических характеристик атмосферы работает следующим образом. Синхроимпульсами с генератора тактовых импульсов 2 синхронизуетс блок управлени 1, задающ,ий режимы работы блоков устройства во времени. Сначала импульсом с блока 1 запускаетс одновибратор 4, коротким импульсом с выхрда которого отпираетс стробируемый усилитель 10 и, через логический элемент ИЛИ 6, формирователь управл ющего сигнала 7 отпираетс фотоприемник 8, дл этого момента запертый. В этот момент времени запуск излучател 3 еще не происходит, а на выходе фотоприемника 8 и, далее стробирующего усилител 10 по влетс импульс, амплитуда которо го пропорциональна интенсивности фоновой засветки . С помощью пикового детектора 11 и блока пам ти 12 уровень фона фиксируетс и поступает на первый вход блока вычитани 13. После этого с блока управлени 1 проходит команда на запуск излучател 3 и одновибратора 5. Одновибратор 5 вырабатывает строб-импульс, ширина которого соответствует выбранной длине зондируемой трассы. Этот импульс через логический элемент ИЛИ, и формирователь 7 отпирает фотоприемник 8 на необходимое врем , так, что рассе нный исследуемой средой сигнал излучател 3 преобразуетс на выходе приемника 8 в электрический сигнал , который поступает на второй вход блока вычитани 13. В блоке 13 происходит вычиVaниe фона. Задним фронтом строба блока 5 осуществл етс сброс пикового детектора 11 и электронного счетчика 18.When using an optical compensator of the square of the distance, taking into account the effect of the background radiation, the signal at the input of the photodetector will be: S (R) m P (R) R + a -F where m, a are the proportionality coefficients. The signal at the output of the photodetector is Uo (R) (R) R + a F, where K is the conversion coefficient of the photodetector: (F) ko, k (F) is the background factor, taking into account the effect of background illumination. The presence in a number of cases of a strong dependence of the conversion coefficient on the background intensity leads to significant errors in determining the optical parameters of the atmosphere from the measurement results of S (R) or P t (R). In order to attenuate the photodetector overload under the influence of an intense background, the use of biofeedings is used, moreover, in its possibilities in its first stages (for example, in a photomultiplier), to avoid overloading and saturation of the next ones. With a sufficiently large gating ratio, it is possible to significantly reduce the background effect. Therefore, the background factor of the gated receiver Kc (F) is significantly less than K (F), and kc (F) k (F} / Q, where Q is the duty ratio, can be considered. Then the signal at the output of the gated receiver U (R) koM F) Uo (R). Further, the background light is compensated for by subtracting from the useful signal (backscatter signal) the previously measured and stored background level. The signal at the output of the subtraction unit has the form U (R) k kc (F) a (R) T (R), where k-i is the proportionality coefficient, which includes k, m. Differentiating U by R, dividing by Ui, we have an equation for determining the scattering coefficient G (R) U1. As a result of this processing of received signals, it is possible to eliminate the effect on the measurement result of both the additive and multiplicative components of the measurement error due to the background. Solving the equation for a has the form a (R) 4 exp (/ G (R) d R) / o // exp (/ G (R) dR) dR oo Figure 1 shows the functional diagram of the device for determining the optical characteristics of the atmosphere ; figure 2 - timing diagrams of signals at various points of the device. The device contains a control unit 1, the input of which is connected to the clock pulse generator 2, and the outputs with emitter 3, single vibrators 4 and 5, with the outputs of single vibrators connected to the inputs of the logic element OR 6, the output of which is connected to the input of the control signal 7, output which is connected to the photodetector 8, which is optically coupled to the square-distance compensation device 9. The units 4-7 shown in Fig. 1 form a sensitivity adjustment unit and are one of the variants of its construction. The output of the photodetector 8 is connected with serially connected amplified amplifier 10, a peak detector 11 and a memory unit 12, the control input of the gated amplifier 10 connected to the output of a single vibrator 4, and the reset input of a peak detector 11 with the output of a single vibrator 5. Blocks 10-12, together with subtraction unit 13 in FIG. 1, one of the options for constructing a background compensation unit is shown. The photodetector 8 is also connected to the input of the differentiation unit 14 and one input of the unit 13, the other input of which is connected to the output of the memory unit 12. The outputs of the differentiation unit 14 and subtraction 13 are connected to the inputs of the division unit 15 whose output is connected to the input of the analog processing unit 16, the output which is connected to the recorder 17, the other input of which is connected to the output of the electronic counter 18, which is connected to the outputs of the clock pulse generator 2, the one-oscillator 5 and the photodetector of the reference channel 19, optically connected with teacher 3. In Figure 2, the following is indicated: a) a pulse at the output of a single vibrator 4 b) a pulse at the output of the radiator 3, c) a pulse at the output of a single vibrator 5, d) a signal at the output of an OR gate, e) a signal at the output of a photodetector 8, e (i) a signal at the output of the subtractor (13); h) a signal at the output of the electronic counter 18. A device for determining the optical characteristics of the atmosphere works as follows. The clock pulses from the clock pulse generator 2 are synchronized to the control unit 1, setting the operation modes of the device blocks in time. First, a one-shot 4 is started with a pulse from block 1, the gated amplifier 10 is unlocked with a short pulse from the output of which, through the logic element OR 6, the driver of the control signal 7 is opened by the photodetector 8, which is locked for this moment. At this point in time, the start of the emitter 3 is not yet happening, but at the output of the photodetector 8 and, further, the gate amplifier 10, there is a pulse in amplitude, the amplitude of which is proportional to the intensity of the background illumination. Using the peak detector 11 and the memory unit 12, the background level is fixed and fed to the first input of the subtracting unit 13. After that, the control unit 1 receives the command to start the emitter 3 and the one-oscillator 5. The single-oscillator 5 generates a strobe pulse whose width corresponds to the selected length zoned route. This pulse through the logical element OR, and the driver 7 unlocks the photodetector 8 for the required time, so that the signal of the radiator 3 scattered by the medium being converted at the output of the receiver 8 into an electrical signal that goes to the second input of the subtraction unit 13. In block 13, the subtraction background. The falling edge of the gate of unit 5 resets the peak detector 11 and the electronic counter 18.
В блоке дифференциировани 14 вычисл етс производна сигнала по времени. Полученный результат нормируетс в блоке делени 15 на сигнал разности с блока 13. Сигнал с выхода бл,ока делени подаетс в блок аналоговой обработки 16, включающий в себ интеграторы 20 и 22, экспоненциальныйфункциональный преобразователь 21 И блок делени 23, и далее на регистратор 17.In differentiation unit 14, the time derivative of the signal is calculated. The result obtained is normalized in division unit 15 to the difference signal from unit 13. The output signal of the output unit is fed to the analogue processing unit 16, which includes integrators 20 and 22, exponential functional converter 21 And the division unit 23, and then to the recorder 17.
Часть энергии излучател 3 отводитс на фотоприемник опорного канала 19, сигналом с выхода которого запускаетс счетчик 18. Выход счетчика 18 соединен с регистратором 17 дл прив зки измеренных значений коэффициента рассе ни к шкале дальности.A part of the energy of the radiator 3 is diverted to the photodetector of the reference channel 19, the signal from whose output starts the counter 18. The output of the counter 18 is connected to the recorder 17 to assign the measured values of the scattering coefficient to the distance scale.
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU884392277A SU1714549A1 (en) | 1988-03-15 | 1988-03-15 | Method for determining optical characteristics and device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU884392277A SU1714549A1 (en) | 1988-03-15 | 1988-03-15 | Method for determining optical characteristics and device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
SU1714549A1 true SU1714549A1 (en) | 1992-02-23 |
Family
ID=21361221
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU884392277A SU1714549A1 (en) | 1988-03-15 | 1988-03-15 | Method for determining optical characteristics and device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
SU (1) | SU1714549A1 (en) |
-
1988
- 1988-03-15 SU SU884392277A patent/SU1714549A1/en active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Вильнер В.Г. и др. О некоторых методах определени прозрачности атмосферы по сигналу обратного рассе ни , в сб. У Всесоюзный симпозиум по лазерному и акустическому зондированию атмосферы, часть I, Томск: изд. ИОА СО АН СССР, 1978, с. 80-83'Авторское свидетельство СССР № 731409, кл. G 01 W 1/00, 1978. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JPS6150033A (en) | Time domain reflectometer | |
SE9000103L (en) | PROCEDURE AND DEVICE OF OPTICAL DISTANCE METERS | |
JPS6061634A (en) | Temperature measuring apparatus | |
SU1714549A1 (en) | Method for determining optical characteristics and device | |
EP0268660A1 (en) | Optical detector circuit for photometric instrument | |
US4128335A (en) | Condensation nuclei counter with automatic ranging | |
US2942188A (en) | Discriminator circuit | |
JPH05264352A (en) | Spectorophotometer | |
Rae et al. | A stabilized integrating nephelometer for visibility studies | |
SU918822A1 (en) | Device for determination atmosphere optical characteristics | |
RU1782118C (en) | Adsorption method of determination of concentration of substances | |
SU1661704A1 (en) | Device for measuring weather-conditioned visibility range | |
SU805076A1 (en) | Method of measuring amplitude-frequency response of a photomultiplier | |
SU1130779A1 (en) | Atmosphere optical probing device | |
SU570818A1 (en) | Device for measuring dust concentration in the air | |
RU1759139C (en) | Optoelectronic device | |
SU1386942A1 (en) | Method of determining width of photodetector single-electron pulse | |
SU1474571A1 (en) | Apparatus for remote determination of phase status | |
SU1764015A1 (en) | Device for determining meteorologic range of visibility | |
SU928171A1 (en) | Automatic photometer | |
SU1663593A1 (en) | Apparatus for determining optical characteristics of atmosphere | |
SU1038839A1 (en) | Atmosphere optical characteristic determination device | |
RU2117936C1 (en) | Digital optical moisture measuring device | |
SU972335A1 (en) | Device for determination of fibre concentration in circulating and sewage water | |
SU1739244A1 (en) | Device for automatic inspection of geometric dimensions of the object |