спектральный коррелятор

Формула изобретения

СПЕКТРАЛЬНЫЙ КОРРЕЛЯТОР, содержащий формирующую оптическую систему, интерференционно-поляризационный фильтр, включающий интерференционный фильтр, поляризатор, анализатор, модулятор и фазовую пластину, фотоприемное устройство и электронно-регистрирующую систему, содержащую предусилитель, к входу которого подключен выход фотоприемного устройства, генератор модуляционной частоты, подключеный к модулятору, а также два канала синхронного детектирования по первой и второй гармоникам модуляционной частоты, первый из которых соединен с входом системы цифровой обработки, отличающийся тем, что формирующая оптическая система установлена по ходу излучения после интерференционно-поляризационного фильтра, а выход канала синхронного детектирования по второй гармонике также соединен с входом системы цифровой обработки, которая выполнена с возможностью вычисления корня квадратного из суммы квадратов выходных сигналов обоих каналов.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к оптическим измерениям, а именно к спектральным корреляторам, используемым для бесконтактного измерения концентрации газовой смеси по длине трассы, в частности при экологических исследованиях приземного слоя атмосферы.

Известен спектральный коррелятор, предназначенный для определения средней по трассе проходящего оптического излучения концентрации молекулярных газов NO₂ и SO₂.

Известное устройство содержит формирующую оптическую систему, интерференционно-поляризационный фильтр, фотоприемник и электронно-регистрирующую систему.

Недостатком известного спектрального коррелятора является низкая чувствительность и, как следствие, низкая точность измерений, особенно при использовании в УФ-спектральном диапазоне солнечного спектра, обусловленная необходимостью установки интерференционно-поляризационного фильтра в параллельном или слабо сходящемся ( < 1,5^о) пучке светового потока излучения. Недостатком является также необходимость использования в интерференционно-поляризационном фильтре фазовой пластины строго определенной толщины, для чего последняя помещается в специальный нагреватель и при настройке всего прибора определяется температура, при которой фазовая пластина достигает необходимой толщины. Использование нагревателя делает прибор в целом инерционным и чувствительным к температуре окружающей среды.

Техническим результатом, достигаемым изобретением, является повышение точности измерений.

Указанный результат достигается тем, что в спектральном корреляторе, содержащем формирующую оптическую систему, интерференционно-поляризационный фильтр, включающий интерференционный фильтр, поляризатор, анализатор, модулятор и фазовую пластину, фотоприемное устройство и электронно-регистрирующую систему, содержащую предусилитель, к входу которого подключен выход фотоприемного устройства, генератор модуляционной частоты, подключенный к модулятору, и два канала синхронного детектирования по первой и второй гаpмоникам модуляционной частоты, первый из которых соединен со входом системы цифровой обработки, формирующая оптическая система установлена по ходу излучения после интерференционно-поляризационного фильтра, а выход канала синхронного детектирования по второй гармонике также соединен с входом системы цифровой обработки, которая выполнена с возможностью вычисления корня квадратного из суммы квадратов выходных сигналов обоих каналов.

На чертеже изображена оптико-электронная схема спектрального коррелятора.

Устройство содержит интеpференционный фильтр 1, поляризатор 2, анализатор 3, модулятор 4, двулучепреломляющую фазовую пластину 5, формирующую оптическую систему 6 (например, фокусирующий объектив), фотоприемник 7, предусилитель 8, генератор 9, высоковольтный усилитель 10, два канала синхронного детектирования 11, 12 и систему 13 цифровой обработки.

Спектральный коррелятор работает следующим образом.

Исследуемое излучение проходит через интерференционно-поляризационный фильтр, состоящий из интерференционного фильтра 1, поляризатора 2, электрооптического модулятора 4, двулучепреломляющей фазовой пластины 5 и анализатора 3, спектр пропускания которого совпадает на исследуемом участке с точностью до сдвига со спектром излучения, проходит через фокусирующий объектив и регистрируется фотоприемником.

Результатом установки фокусирующего объектива после интерференционно-поляризационного фильтра, а не до него является увеличение угловой апертуры принимаемого излучения, а следовательно более чем на два порядка увеличение светосилы спектрального коррелятора. Это обусловлено тем, что эффективность работы фильтра снижается с ухудшением коллимированности пучка, а при сжатии пучка расходимость увеличивается во столько раз во сколько сжимается пучок.

Для получения модуляции интенсивности электрооптический модулятор 4 управляется синусоидальным напряжением от генератора 9 и усилителя 10. От того же генератора получают опорные сигналы первой и второй гармоники частоты модуляции для двух каналов синхронного детектирования 11, 12.

По выходным сигналам каналов, при соответствующей ноpмировке в системе 13 цифровой обработки вычисляют квадратный корень суммы квадратов этих сигналов и, таким образом, устраняют влияние спектрального сдвига фильтра, связанного с температурной нестабильностью оптических элементов и неточностями их изготовления.

Для нормировки информационного сигнала используют систему АРУ для удержания стабильного уровня постоянной составляющей фототока.