Способ измерения профиля границы раздела двух сред

 

СПОСОБИЗМЕРЕНИЯ ПРОФИЛЯ ГРАНИЦЫ РАЗДЕЛА ДВУХ СРЕД по авт. св. № 1091020, отличающийс я тем, что, с целью увеличения дальности действия в воде и повышения помехозащищенности, в направлении измеряемого профиля вдоль оптической оси приемной системы дополнительно излучают импульсы лазерного излучения на частоте, превышающей частоту видимой составляющей зондирующего излучения на величину, соответствующую диапазону частот комбинационного резонанса в воде, причем измерения производят через промежуток времени fli с момента начала испускания импульса М4 (-2). где С - скорость света в воздухе; Z - расстояние, проходимое дополнительно излучаемым импульсом в воздухе; 2. заданное расстояние, проходимое дополнительно излучаемым импульсом в воде; п. показатель преломления воды для видимой составляющей зондирующего излучения; показатель преломления воды для излучения дополнительно излучаемых импульсов, длительность импульса СЛ (N)t, где at - промежуток времени, необходимый для измерения разности фаз принимаемых потоков видимого и инфракрасного излучения, а мощность импульса выбирают достаточной для получения СЛ 10«10° Вт/см2. освещенности в воде vj а

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (! () 4(sl) С 01 С 13/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ зН ABTOPCH0MV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Dt= — (22* 2,(n in )j, ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

IlO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (61) 1091020 (2i) 3663341/24-10 (22) !6.11.83 (46) 15 ° 04.85. Бюл. У 14 (72) А.В. Белинский (53) 528.514(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

В 1091020, кл. G 01 С 13/00, 07.01.83. (54)(57) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПРОФИЛЯ

ГРАНИЦЫ РАЗДЕЛА ДВУХ СРЕД по авт. св. N- 1091020, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью увеличения дальности действия в воде и повышения помехозащищенности, в направлении измеряемого профиля вдоль оптической оси приемной системы дополнительно излучают импульсы лазерного излучения на частоте, превышающей частоту видимой составляющей зондирующего излучения на величину, соответствующую диапазону частот комбинационного резонанса в воде, причем измерения производят через промежуток времени д1 с момента начала испускания импульса где С вЂ” скорость света в воздухе;

Z — расстояние, проходимое дополнительно излучаемым импульсои в воздухе;

Z, — заданное расстояние, проходимое дополнительно излучаемым импульсом в воде;

n, — показатель преломления воды для видимой составляющей зондирующего излучения;

nz — показатель преломления воды для излучения дополнительно излучаемых импульсов, длительность импульса

2„

< i — (h +n )+д(С

С: где а — промежуток времени, необходимый для измерения разности фаз принимаемых потоков видимого и инфракрасного излучения, а мощность импуль)иа4 са выбирают достаточной для получения освещенности в воде 1О - 10" Вт/см . ©

1150476

Изобретение относится к океанографическим исследованиям и может быть использовано, например, для определения рельефа дна океана и расстояния между дном и поверхностью.

По основному авт.св. Р 1091020 известен способ измерения профиля границы раздела двух сред, связанный с измерением разности фаз одновременно испускаемых в направлении границы раздела излучений в видимом и инфра" красном диапазонах спектра. При сканировании излучения в направлении приема в направлении этого зондирующего излучения дополнительно излучают импульсы стимулирующего излуче. ния на частоте, превышающей частоту видимой составляющей зондирующего излучения на величину, соответствующую диапазону частот комбинационного 20 резонанса в воде с интенсивностью, достаточной для получения освещенности в воде 10 — 10" Вт/см . Дополнительно излучаемые импульсы стимулирующего излучения распространяются в воде в там же направлении, что и зондирующее излучение, и в области их перекрытия возникает нелинейное оптическое взаимодействие. Это приводит к повышению уровня полезного ЗО сигнала по отношению к однократно рассеиваемой составляющей зондирующего излучения, поступающей в приемное устройство, а также к повышению монохроматичности зондирующего излу" чения. В результате достигается относительное уменьшение уровня шумов, обусловленных однократным рассеянием зондирующего излучения в области перекрещенных полей приема и зондирующего излучения, увеличение помехозащищенности и дальности действия в воде 13 .

Однако способ характеризуется недостаточно высокими дальностью

45 действия и помехозащищенностью. Эти недостатки обусловлены многократным рассеянием зондирующего излучения в воде. Многократно рассеянное зондирующее излучение принимается вдоль всего поля приема в воде, что приводит к увеличению уровня шумов при увеличении глубины и снижению помехозащищенности. При глубинах 30-40 м уровень двухкратно рассеянного излучения, возникающего при распространении зондирующего излучения от поверхности воды до морского дна и поступающего в приемную систему, может превысить по мощности уровень полезного сигнала, отраженного от морского дна.

Цель изобретения — повышение помехоэащищенности и увеличение дальности действия в воде за счет подавления уровня шумов, обусловленных многократным (в частности двухкратным) рассеянием зондирующего излучения в воде относительно уровня полезного сигнала, Поставленная цель достигается тем, что согласно способу измерения границы раздела двух сред в направлении измеряемого профиля вдоль оптической оси приемной системы дополнительно излучают импульсы лазерного излучения на частоте, превышающей частоту видимой составляющей зондирующего излучения на величину, соответствующую диапазону частот комбинационного резонанса в воде, причем измерения производят через npot межуток времени с момента начала испускания импульса дг. = -j2Z"+ Z,(nÄ+n )), 1 где С вЂ” скорость света в воздухе;

Z " — расстояние, проходимое дополнительно излучаемым импульсом в воздухе; Х„ — заданное расстояние, проходимое дополнительно излучаемьм импульсом в воде (ориентировочное, заранее известное значение глубины);

n - показатель преломления воды для видимой составляющей зондирующего излучения; и — показатель преломления воды для излучения дополнительно излучаемых импульсов, длительность импульса 7 ij -"-(n + n ) + dt, где dt— интервал времени, необходимый для измерения разности фаз принимаемых потоков видимого и инфракрасного излучения, а мощность дополнительно излучаемого импульса выбирают достаточной для получения освещенности в воде

10 — 1О Вт/см .

На чертеже показана принципиальная схема аппаратуры для реализации предлагаемого способа.

Передающая система 1 направляет промодулированное по амплитуде зондирующее излучение в видимом и инфракрасном диапазонах. Одновременно передающая система 2 формирует мощные импульсы стимулирующего излучения, С помощью вращающегося зеркала

11504

3 обеспечивается одновременное сканирование зондирующего излучения и импульсов стимулирующего излучения в направлении поля приема, определяемого приемной системой 4. Зондирующее и стимулирующее излучения распространяются в одном и том же направлении. Разность частот стимулирующего и зондирующего излучений равна диапазону частот комбинационного резонан- О са в воде. Зондирование в видимом и инфракрасном диапазонах позволяет определить профиль границ» 5 воздух— вода и профиль дна 6, поскольку инфракрасное излучение практически не про- t никает в толщу воды, а ослабление видимого излучения в воде сравнительно невелико. Передающая система 7 формирует импульсы лазерного излучения, которые направлены вдоль оптичес- 0 кой оси приемной системы и заполняют поле приема (заштриховано). Совпадение оптической оси приемной системы с направлением распространения дополнительно излучаемых импульсов 25 достигается, например при помощи светоделительной пластины 8. Система 9 . синхронизации регулирует совместную работу во времени приемной и передающей систем 4 и 7. Разность частот импульсного излучения, формируемого передающей системой 7, и видимого излучения, формируемого передакнцей системой 1, выбирается равной частоте комбинационного резонанса в воде, т..е. равна 9,6- 10 "з 1,08 .10" Гц 35 или дЯ/2яС 3200-3600 см, где дЯ.раэностная круговая частота излучений; С вЂ” скорость света в вакууме (см/с). Прием ведется в спектральной области зондирующего излучения.

Дополнительно излучаемые импульсы должны испускаться передающей системой 7 в моменты появления освещен76 ного зондирующим излучением пятна на дне в поле приемной системы. Зтот момент времени регистрируется системой 9 синхронизации по увеличению уровня полезного сигнала, поступающего в приемную систему. Кроме выполнения функций вырабатывания сигнала запуска передающей системы 7 система

9 синхронизации через промежуток времени д = -t2Z++ Е„(п„+ и )) с момента начала испускания импульса системой 7 вырабатывает сигнал, посылаемый в приемную систему, по которому осуществляется измерение разности фаз принимаемых видимого и инфракрасного излучений. Скорость вращения зеркала сканирующего устройства

3 должна быть выбрана в соответствии с быстродействием системы 9 синхронизации, передающей системы 7 и приемной системы 4. В случае необходимости увеличения интервала времени измерений можно связать в замкнутую следящую систему сканирующее устройством

3 и приемную систему 4 так, чтобы сканирующее устройство отслеживало изменения рельефа дна исходя из критерия получения максимального уровня полезного сигнала.

Дополнительно излучаемые передающей системой 7 импульсы распространяются во встречном направлении по отношению к отраженному от дна полезному сигналу. В результате возникает нелинейное оптическое взаимодействие между этими излучениями.

Как показывают расчеты, отношение сигнал/шум при измерении предлагаемым способом примерно на порядок повышается по сравнению с измеряемыми по известному способу. Кроме того, достигается значительное усиление полезного сигнала, что позволяет увеличить дальность действия в воде.

1150476

Тираж 651 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 2093/30

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Составитель В. Агапова

Редактор И. Рыбченко Техред M.Íàäü Корректор В. Синицкая