Способ определения угла рефракции и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к рефрактометрии и может быть использовано для определения угловых координат объектов в средах с меняющимся составом. Целью изобретения является повышение точности измерений угла рефракции за счет учета нестабильности состава среды. Среду с нестабильным составом зондируют электромагнитными волнами на N разных частотах, N излучений из которыз модулируют по длине волны. При этом длины волн излучения λ<SB POS="POST">I</SB>(I = 2,....N

N - число учитываемых нестабильных компонент среды) выбирают в области нормальной дисперсии вблизи линии поглощения I - го нестабильного компонента среды, а N = 2 при N=1 и N=N при N*981. Прошедшее через среду излучение расщепляют на N пучков, в каждом из которых отфильтровывают излучение с соответствующей длиной волны λ<SB POS="POST">I</SB>, и измеряют дисперсионные вариации угла рефракции на каждой длине волны λ<SB POS="POST">I</SB>, возникающие из-за модуляции несущей частоты. По измеренным значениям вариаций угла рефракции и известным выражениям дисперсионного коэффициента вычисляют угол рефракции, обусловленный нестабильными компонентами среды. По дисперсионной разности углов рефракции излучений на двух выбранных длинах волн вычисляют угол рефракции, обусловленный стабильными компонентами среды, и корректируют его величину значением угла рефракции, обусловленным нестабильными компонентами среды.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

„„SU„„1545181 (51) 5 С 01 М 1/00

ПРИ ГННТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

= о+ <4с

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

К А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4198326/24-10 (22) 24.02.87 (46) 23.02,90 Вюл, Р 7 (71) Иосковский электротехнический инстут связи (72) А.П.Жилинский и E.À.Ñîêîëîâ (53) 535.322.4(088,8) (56) Прилепин И.Т,, Голубев А,Н.

Итоги науки и техники. — Геодезия .и аэросъемка, т.15. Инструментальные методы геодезической рефрактометрии.

М. ВИНИТИ, 1979, с. 22-25, (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УГЛА РЕФРАКIgiH И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕчСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к рефрактометрии и может быть использовано для определения угловых координат объектов в средах с меняющимся составом. Целью изобретения является гговышение точности измерений угла рефракции за счет учета нестабильности состава среды. Среду с нестабильным: составом зондируют электромагнитными волнами на и разных частотах, N нз" лучений из которых модулируют по длиИзобретение относится к области рефрактометрии и может быть использовано для определения угловых коорди-. нат объектов в средах с меняющимся составом.

Цель изобретения — повышение точности измерений угла рефракции за счет учета нестабильности состава среды.

2 не волны. При этом длины волн излучения Л.,(i=2,...,N, N — число учитываемых нестабильных компонент среды) выбирают в области нормальной дисперсии вблизи линии поглощения i-го нестабильного компонента среды, à n=2, при И=1.и n=N при N ) 1, Прошедшее ерез среду излучение расщепляют на п пучков, в каждом из которых отфильтровывают излучение с соответствующей длиной волны Л,. и измеряют дисперсионные вариации угла рефракции на каждой длине волны возникающие иэ-за модуляции несущей частоты. По измеренным значениям Вариаций угла рефракции и известным вы" ражениям дисперсионного коэффициента вычисляют угол рефракции, обусловлен- (/) ный нестабильными компонентами среды.

По дисперсионной разности углов ре- С„ фракции излучений на двух выбранных длинах волн вычисляют угол рефракции, 2 обусловленный стабильными компонентами среды, и корректируют его величи- © ну значением угла рефракции, обусловленным нестабильными компонентами среды. 2 с.п. ф-лы, 1 ил.

М®

На чертеже представлена блок-схема устройства для осуществления способа.

Угол рефракции d можно представить в виде суммы стабильного и нестабильного членов где o(- угол рефракции, определяемый стабильными компонентами, d„o- угол рефракции, определяемый нестабильными (изменяющимися в процессе измерения) компо- нентами среды.

Стабильную составляющую угла реБ фракции,можно определить известным дисперсионным способом, используя соотношение

10 (2) о(о О а где К вЂ” дисперсионный коэффициент, конкретное значение которого определяется стабильными компонентами среды, в которой распространяются излучения на заданных длинах волн

Л, и Л > дно- дисперсионная разность углов,. рефракции на длинах волн и

Для определения нестабильной составляющей угла рефракции с1»»с модулируют одну из длин волн излучения, например Л,, по гармоническому закону:

А„= Л „+ Jl„sin(g + ц, ), (3) где Л вЂ” несмещенная длина волны из-! 30 лучения источника, Я.! и

Я„- амплитуда и частота модуляции, с — текущее время, начальная фаза. 35

Лмплитуду модуляции A выбирают из условия сУА, (2Л„(с д Л, (4)

40 где !»Л, — ширина линии излучения источника, 2Л „ - ширина полосы модуляции излучения, O

ДЛ„ — смещение линии излучения от-45 носительно центра линии поглощения нестабильного компонента.

Длина волны излучения Л выбирается для учитываемого нестабильного 50 компонента среды в области нормальной дисперсии, но вблизи линии поглощения так, чтобы выполнялось соотношение

I ""1"! ." I

При выполненн»» условия (5) вариац»!н угла рефракции ай= 2 c1oi / »Л„„1.„ опре.-деляются, главным образом, вариациями нестабильной составляющей, т.е.

»1 нс а«Л" »»c= 2 — --- — Л, ЙЛ!

Используя известное вь»ражение дисперсионного коэффициента для конкретного нестабильного компонента среды

f, (Л, ) no»3esm»»»»»e дЫнс ределить нестабильную составляющую угла рефракции о нс=, (Л, ) Q c» !»с (6)

При этом полный угол рефракции в соответствии с (1) и (6) определяется из соотношения (7),(= K,add,+ +f,(P, ) gd

Ы= К4,»+ Z,.(Л.)дЫ„° (8) где i — индекс учитываемого нестабильного компонента среды на длине волны излучения Л., f.; (Д,) и do»,!с,— дисперсионный коздмЪициент и вариации угла рефракции для i-ro нестабильного компонента среды, Б этом случае прошедшее через среду излучение расщепляют на »! пучков, выделяют с помощью фильтров излучения.с длинами волн Л„,, °, Л и определяют на каждой длине волны вариации угла рефракции De(.При этом

NC i стабильная составляющая угла рефракции Ы может быть определена по дисо персионной разности углов рефракции на выбранных длинах волн Л. и о о

I »

ifJå!

Устройство для реализации способа содержит излучатель 1, приемнь»»» объектив 2, компенсатор 3, фазовый модулятор 4, блок 5 пространственно-частотных фильтров, приемный блок б,блок 7 перестройки излучателя по длинам волн, блок 8 модуляции излучателя, блок 9 исполнительных элементов, блок 10 управления компенсатором.

Устройство работает следующим образом.

При наличии в среде N ) 1 нестабильных компонент полньв» угол рефракции, учитывающий стабильные и нестабильные составляющие, можно в соот ветствии с (?) определить из соотношения

15451

Световой пучок из излучателя 1 на выбранных п длинах волн проходит через среду, собирается приемным объективом 2 и проходит через компенсатор 3, предназначенный для компенсации дисперсионной разности углов рефракции на выбранных длинах волн. Далее излучение проходит через фазовый модулятор 4, в котором дисперсионная разность углов рефракции преобразуется в фазовую модуляцию, и попада.ет на блок 5 пространственно-частотных фильтров, в котором происходит пространственное расщепление исходного светового лучка íà и пучков и фильтрация каждого из них на длине волны

i=1...,ï. Далее п пучков с длинами волн Л; попадают в приемный блок 6, в котором происходит преоб- 2() разование световых сигналов в электрические, формируются сигналы,пропорциональные дисперсионной разности углов рефракции dd и вариациям угла рефракции на длинах волн 3; а („с. 25 для учитываемых нестабильных компонентов среды, и вычисляется угол рефракции по приведенному в способе алгоритму. Перестройка длин волн излучения для конкретных нестабильных компонентов среды производится блоком 7 перестройки излучателя по длинам волн, а модуляция длин волн излучения производится блоком S модуляции излучателя. Установка необходимых светофильтров на выбранные длины волн излучения М; в блоке пространственночастотных фильтров производится блоком 9 исполнительных элементов. Сигнал, .пропорциональный дисперсионной разности углов рефракции pd„ подается на блок 10 управления компенсатором, который изменяет положение. компенсатора до тех пор, пока не будет скомпенсирована дисперсионная разность углов рефракции, и по величине сигнала, необходимого для полной компенсации, определяется величина

Вариации угла рефракции д al д .опреде1 ляются в приемном блоке 6 синхронным детектированием с использованием в качестве опорных. напряжений выходных напряжений блока 8 модуляции.

Таким образом, по измеренным значениям дисперсионной разности углов

55 рефракции d g,, определяемой стабильными компонентами среды, и по измеренным значениям вариаций угла рефрак- ll. ции М„ ., определяеыям нестабильными з

81 6 компонентами среды, используя известные для конкретной среды выражения дисперсионных коэффициентов, вычисляют величину угла рефракции,(, в котором учтен вклад, вносимый нестабильными компонентами среды„

Формула и э о б р е т е н и я

Способ определения угла рефракции путем излучения электромагнитных волн на и разных частотах, пространственного разделения, частотной фнльтрации и регистрации прошедшего через среду излучения, измерения дисперсионной разности углов рефракции и вычисления угла рефракции, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения точности измерений за счет учета нестабильности состава среды, модулируют излучение на N длинах волн, где N — число учитываемых нестабильных компонентов среды и и = (2 при N = 1 (Nnpu N) 1, измеряют вариации угла рефракции на

N длинах волн модулированного излучения, обусловленные нестабильными компонентами среды, и корректируют по ним угол рефракции, при этом длины волн модулированного излучения

Л. (i=1...N) выбирают в области нор I мальной дисперсии сблизи линии поглощения 1-го нестабильного компонента среды.

2. Устройство для определения угла рефракции, содержащее излучатель и последовательно оптически связанные приемный объектив, компенсатор, фазо-. вый модулятор, блок пространственночастотных фильтров, приемный блок, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерений, введены блок перестройки излучателя пО длинам вОлн, блОк мОдуляции излучателя, блок исполнительных элементов, блок управления компенсатором, при этом первые выходы блока перестройки излучателя по длинам волн соединены с первыми входами излучателя, а вторые выходы - с первыми входами блока исполнительных элементов, первые выходы блока модуляции излучателя соединены с вторыми входами излучателя, а вторые выходы — с вторыми входами приемного блока, первые выходы блока исполнительных элементов соединены с вторыми

1545181 входами блока пространственно-частотных фильтров, а вторые выходы - с третьими входами приемного блока, вход

Составитель В,Кан

Техред А.Кравчук

Корректор В.Кабаций

Редактор Е.Папп

343 Подписное комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

Москва, .N- „ Раушская иаб., д. 4/5

Производственно-издательскии комбинат, -т "Патент" r.Óæãîðî:t, ул. Гагарина,!01

Заказ 489 Тираж

ВНИИПИ Государственного

1 13035, блока управления соединЕн с выходом приемного блока, а выход — с вторым входом компенсатора.