SU918822A1

SU918822A1 - Device for determination atmosphere optical characteristics

Info

Publication number: SU918822A1
Application number: SU802982113A
Authority: SU
Inventors: Юрий Степанович Балин; Бруно Валентинович Кауль; Игнатий Викторович Самохвалов; Валентин Иванович Козинцев; Абас Бинат Оглы Самедов; Геннадий Николаевич Балденков; Мухамед Маметбиевич Гошоков
Original assignee: Институт Оптики Атмосферы Тф Со Ан Ссср; Организация П/Я А-7023
Priority date: 1980-09-15
Filing date: 1980-09-15
Publication date: 1982-04-07

Description

(5)УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОПТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК АТМОСФЕРЫ(5) DEVICE FOR DETERMINING THE OPTICAL CHARACTERISTICS OF THE ATMOSPHERE

JJ

Изобретение относитс к области технической физики, а именно к фотометрии атмосферы, и может примен тьс , дл измерени оптических параметров атмосферы, а также может быть использовано дл контрол уровн аэрозольных загр знений, как естественного , так и антропогенного про- . исхожденй . - .The invention relates to the field of technical physics, namely 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 pollutants, both natural and anthropogenic. outgoing -.

Известно устройство дл определе ни оптических характеристик атмосферы , содержащее импульсный источник света, фотоприемник с квадратичным усилителем и блок регистрации П 3.A device is known for determining the optical characteristics of the atmosphere, comprising a pulsed light source, a photodetector with a quadratic amplifier, and a recording unit P 3.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому вл етс устройство дл определени оптических характеристик атмосферы, содержащее блок управлени , соединенный. . .с импульсным источником излучени и с фотоприемником с квадратичным усилением и углом зрени , охватывающим зондирующий пучок, два накопител , соединенные с регистрирующим. прибором через блок делени 2.The closest in technical essence to the present invention is a device for determining the optical characteristics of the atmosphere, comprising a control unit connected. . With a pulsed radiation source and with a photodetector with quadratic amplification and a viewing angle covering the probe beam, two accumulators connected to the recording one. device through the block division 2.

Недостаток известного устройства заключаетс в ограниченной точности , обусловленной тем, что существующие линии задержек обладают избирательной частотной характеристикой пропускани проход щего через них сигнала. Поскольку в каждый момент зондировани крутизна нарастани накапливаемого сигнала в зависимости от атмосферно-оптических условий различна, то различно и ослабление , которое испытывает сигнал, проход через линию задержки. Это неизбежно приводит к дополнительным, неконтролируемым ошибкам измерений.A disadvantage of the known device is the limited accuracy due to the fact that the existing delay lines have a selective frequency response of the signal passing through them. Since at each instant of probing the steepness of the accumulated signal increases depending on the atmospheric-optical conditions, it is different, and the attenuation that the signal undergoes, the passage through the delay line. This inevitably leads to additional, uncontrolled measurement errors.

Кроме того, до начала зондирова ни неизвестно, за какое врем накапливаемый сигнал достигает своего насыщени , поскольку это врем в существенной мере определ етс реали-. зуемой прозрачностью атмосферы, т.е. заранее не известна величина линии задержки. Выбрав эту величину посто нной , максимальное значение которой определ етс потенциалом зондирующего устройства, получаем дополнительные ошибки за счет посто нно присутствующего на входе фотоприемника фоно вой составл ющей сигнала. Причем эти ошибки измен ютс как за смет вариаций величины фона, например при смене времени суток или направлени зондировани , так и за счет изменени прозрачности атмосферы. Цель изобретени - повышение точности измерений. Поставленна цель достигаетс тем, что в устройство дл определени оптических характеристик атмосфе ры, содержащее блок управлени , соединенный с импульсным источником излучени и с фотоприемником с квадратичным усилением и углом зрени , охватывающим зондирующий пучок, два на копител , соединенные с регистрирующим прибором через блок делени , введены дополнительный фотоприемник с углом зрени вне пол действи зондирующего пучка, усилитель, блок разности, амп литудный анализатор, блок сравнени и ключ, через который выход блока разности соединен с входом одного из накопителей, причем оба фотоприемника соединены с блоком управлени , допол нительный фотоприемник соединен через усилитель с одним входом блока разности , другой вход которого соединен с выходом основного фртоприемника, а выход - с входом другого накопител , входом амплитудного анализатора и одним входом блока сравнени другой вход которого соединен с выходом амп литудного анализатора, а выход соединен с управл ющим входом ключа, На чертеже показана блок-схема устройства. -Устройство содержит блок 1 управлени , импульсный источник 2 излучени , фотоприемники 3 и с квадратич ным усилением, усилитель 5 блок 6 разности, амплитудный анализатор 7j блок 8 сравнени , ключ 9, накопители 10 и 11 сигнала, блок 12 делени и регистрирующий прибор 13. Блок 1 управлени подключен к.источнику 2 излучени и фотоприемникам 3 и Ц, Фотоприемники 3 и 4 установлены таким образом, что угол пол зрени фотоприемника целиком охватывает зондирующий световой пучок, а в угол пол зрени фотоприемника 3 этот пучок не попадает. Фотоприемник 3 через усилитель5 соединен с блоком 6 разности, другой BxOjt которого подключен к фотоприемнику . Выход блока 6 разности непосредственно подключен к входам амплитудного анализатора 7, блока 8 сравнени , накопител 11, а к входу накопител 10 через ключ 3 управл ющии вход которого соединен с выходом блока 8 сравнени . Выход амплитудного анализатора 7 подключен к одному из входов блока 8 сравнени . Выходы накопителей. 10 и 11 присоединены к входам блока 12 делени , который св зан с регистрирующим прибором 13. Устройство работает следующим образом . До начала зондировани блок 1 управлени включает оба фотоприемника 3 и , на вход которых одновременно поступает фоновое излучение. Сигнал с фотоприемников 3 и 4 направл етс в блок 6 разности, причем с фотоприемника 3 он поступает через усилитель 5. Регулировкой усилител 5 сигнал с фотоприемника 3 усиливают таким образом , чтобы на выходе блока 6 разности получалось нулевое значение. Таким образом, компенсируют попадающую на фотоприемник k фоновую составл ющую сигнала и уравнивают чувствительности обоих фотоприемных каналов . Далее блок 1 управлени одновременно запускает источник 2 излучени , который направл ет импульс излучени в атмосферу и фотоприемники 3 и 4. На фотоприемник 4 поступает обратнорассе нный и фонова составл юща , -которые после преобразовани в фотоприемнике в виде электрического сигнала направл ютс в блок 6 разности . На фотоприемник 3 поступает только фонова составл юща сигнала, котора после прохождени усилител 5 компенсирует аналогичную составл ющую в рабочем канале - фотоприемнике , Таким образом, на выходе блока 6 разности формируетс полезный сигнал, обусловленный только обратным рассе нием излучени атмосферой. Сигнал с блока 6 разности разветвл етс и поступает непосредственно на входы амплитудного анализатора 7, блока 8 сравнени ключа 9 и накопител I1. Нормальное положение коммутирующего ключа 9 закрытое, поэтому сигнал на накопитель 10 не постулаетIn addition, prior to the beginning of the probe, it is not known how long the accumulated signal reaches its saturation, since this time is largely determined by the reality. zooyma transparency of the atmosphere, ie the value of the delay line is not known in advance. Choosing this constant value, the maximum value of which is determined by the potential of the probing device, we obtain additional errors due to the background component of the signal permanently present at the input of the photoreceiver. Moreover, these errors change both for estimates of variations in the magnitude of the background, for example when changing the time of day or direction of sounding, and due to a change in the transparency of the atmosphere. The purpose of the invention is to improve the measurement accuracy. The goal is achieved by the fact that the device for determining the optical characteristics of the atmosphere, containing a control unit connected to a pulsed radiation source and a photo-receiver with a quadratic gain and a viewing angle, covering the probe beam, are two per second, connected to a recording device through a division unit, an additional photodetector with an angle of view outside the field of the probe beam, an amplifier, a difference unit, an amplitude analyzer, a comparator unit and a key through which the output of the block is introduced is connected to the input of one of the accumulators, and both photodetectors are connected to the control unit, an additional photodetector is connected through an amplifier to one input of the difference unit, the other input to which is connected to the output of the main receiver, to the input of the amplitude analyzer and one the input of the comparison unit whose other input is connected to the output of the amplitude analyzer, and the output is connected to the control input of the key. The drawing shows the block diagram of the device. The device contains a control unit 1, a pulsed radiation source 2, photodetectors 3 and quadratic amplification, amplifier 5 difference unit 6, amplitude analyzer 7j comparison unit 8, key 9, signal accumulators 10 and 11, dividing unit 12 and recording device 13. The control unit 1 is connected to the source of radiation 2 and the photodetectors 3 and C, the photoreceivers 3 and 4 are set so that the angle of the field of view of the photoreceiver completely covers the probing light beam, and the beam of the field of view of the photodetector 3 does not fall. The photodetector 3 is connected via an amplifier5 to a difference block 6, the other BxOjt of which is connected to the photodetector. The output of the difference block 6 is directly connected to the inputs of the amplitude analyzer 7, the comparison block 8, the accumulator 11, and to the input of the accumulator 10 via the key 3 whose control input is connected to the output of the comparison block 8. The output of the amplitude analyzer 7 is connected to one of the inputs of the comparison unit 8. Outputs drives. 10 and 11 are connected to the inputs of dividing unit 12, which is connected to the recording device 13. The device operates as follows. Before the start of probing, control unit 1 includes both photodetectors 3 and, at the input of which, background radiation simultaneously arrives. The signal from photodetectors 3 and 4 is sent to difference unit 6, and from photodetector 3 it enters through amplifier 5. By adjusting amplifier 5, the signal from photoreceiver 3 is amplified so that the output of difference unit 6 is zero. Thus, the background component of the signal falling onto the photodetector k is compensated for and the sensitivity of both photodetector channels equalized. Next, the control unit 1 simultaneously starts the radiation source 2, which directs the radiation pulse to the atmosphere and the photodetectors 3 and 4. The photoreceiver 4 receives the backtracked and background components, which, after being converted in the photodetector, are transmitted as an electrical signal to the difference unit 6 . The photodetector 3 receives only the background component of the signal, which, after the passage of the amplifier 5, compensates for a similar component in the working channel - the photodetector. Thus, at the output of the difference unit 6, a useful signal is generated due only to backscattered radiation by the atmosphere. The signal from block 6 of the difference branches out and goes directly to the inputs of the amplitude analyzer 7, block 8 comparing the key 9 and accumulator I1. The normal position of the switching key 9 is closed, so the signal to the drive 10 does not posses

Амплитудный анализатор 7 фиксирует первое максимальное знамение эхосигнала , которое соответствует полному вхождению зондирующего светового пучка в поле зрени фотоприемника k и выдает это знамение на вход блока 8 сравнени , на другой вход которого поступают текущие знамени эхосигнала . Порог блока В сравнени устанавливают таким образом, мтобы эти знамени эхо-сигнала сравн лись при ослаблении его в раз. Момент эУого сравнени соответствует дистанции , на которой накопленный сигнал входит в режим насыщени . После этого блок сравнени выдает команду, открывающую клюм Э, и сигнал с блока 6 разности поступает на вход накопител 10, где осуществл етс его накопление до максимально возможного знамени .The amplitude analyzer 7 captures the first maximum echo sign, which corresponds to the full penetration of the probing light beam in the field of view of the photodetector k and outputs this sign to the input of the comparison unit 8, to the other input of which the current echo banners arrive. The threshold of the block B is set in such a way that these echo flags are compared while attenuating it by a factor of. The moment of comparing corresponds to the distance at which the accumulated signal enters the saturation mode. After this, the comparison unit issues a command opening the gate E, and the signal from the difference block 6 is fed to the input of accumulator 10, where it is accumulated to the maximum possible flag.

Накопленные сигналы с накопителей 10 и 11 далее направл ютс в блок 12 делени , а результат делени , равный прозрамности атмосферы, поступает в регистрирующий прибор 13 где может осуществл тьс его дальнейша обработка с целью определени среднего коэффициента рассе ни .The accumulated signals from accumulators 10 and 11 are then sent to dividing unit 12, and the result of division, equal to atmospheric transparency, goes to recording device 13 where it can be further processed to determine the average scattering coefficient.

Предлагаемое изобретение позвол ет четко зафиксировать тот момент времени , когда накопленный сигнал.выходит ,а режим насыщени и необходимо производить его параллельное накопление. Поскольку этот момент зависит от реализуемой оптической ситуации и определ етс автоматически самим устройством , то отпадает необходимость в применении фиксированных линий задержек , 4TQ приводит к повышению оперативности и томности измерений. Точность измерений повышаетс также за смет использовани второго фотоприемника , мто позвол ет отселектировать информативный эхо-сигнал от фоновой составл ющей.The present invention makes it possible to clearly fix the point in time when the accumulated signal is output, and the saturation mode and it is necessary to produce its parallel accumulation. Since this moment depends on the realized optical situation and is determined automatically by the device itself, there is no need to use fixed delay lines, 4TQ leads to an increase in the efficiency and measurement difficulty. The accuracy of the measurements is also improved by using the estimates of the second photodetector, which allows you to select an informative echo signal from the background component.

Claims

1. USSR Author's Certificate No. 309338, cl. G 01 W 1/00, 19b9.

2. USSR author's certificate

No. G 01 W 1 / .00, 1973 (prototype).