Исследование пропускания атмосферы

Необходимо подобрать длину волны излучения таким образом, чтобы на исследуемой трассе было минимальное поглощение. Рассмотрим инфракрасные спектры поглощения различных газов, входящих в состав атмосферы (рис. 1) . Как видно из рисунка 1 (вертикальной полосой отмечена область, в которой предлагается разработка дальномера) есть спектральные диапазоны, в которых ни одна из данных молекул ни имеет интенсивного поглощения. Данные диапазоны называются окнами прозрачности.

Рисунок 1 - Инфракрасные спектры поглощения различных газов, входящих в состав атмосферы [1].

Выбор лазера

В качестве источника излучения можно предложить полупроводниковый лазер фирмы АИБИ со следующими техническими характеристиками [2]:

Рисунок 2 - Лазерный диод ЛД220р

Длина волны: 2,19 – 2,29 мкм;

Пиковая мощность: 15 мВт;

Длительность импульса: 0,5 мкс;

Частота повторения импульсов: 5 кГц;

Расходимость: 20×45 град.;

Спектральная ширина: 80 МГц.

Оптическая схема системы

Оптическая схема изображена на рисунке 3. Принцип действия следующий: лазер 1 формирует импульс в направлении объекта. Диафрагмой 2 модулируется апертура и форма пучка, учитывая, что он первоначально имеет форму эллипса. Расходящееся излучение проходит через двухлинзовую систему (на выходе из которой формируется коллимированный пучок). Попадая на зеркало 5, пучок отражается, направляется на объект 4 и отражается от него. Отраженный сигнал попадает на собирающую линзу 3. Ввиду того, что отраженный сигнал ослаблен, площадь линзы 3 необходимо выбрать по возможности большего размера. Линза 3 и направляет излучение на приемник 6. По времени распространения лазерного импульса от лазера до фотоприемника рассчитывается дальность до необходимого нам объекта.

1 – лазер; 2 – диафрагма; 3,7 – собирающая линза; 4 – объект; 5 – зеркало; 6 – фотоприемник

Рисунок 3 - Оптическая схема дальномера.

Выбор фотоприёмника

Кроме уже выбранного лазера, та же фирма АИБИ предлагает фотоприемное устройство с техническими характеристиками, представленными в таблице 2 [2]:

Чувствительность фотоприёмника выбрана из условия возможности фиксирования сигнала, который диффузно рассеивается от объекта.

Блок – схема системы изображена на рисунке 4.

Лазер подает оптический сигнал в сторону объекта и одновременно поступает электрический сигнал на систему обработки данных, означающий выход сигнала.

Таблица 2 – Технические характеристики фотоприемника

Телескопическая система формирования выходного пучка формирует выходной пучок. Сигнал поступает на объект и от него отражается.

Чувствительность фотоприёмника выбрана из условия возможности фиксирования сигнала, который диффузно рассеивается от объекта.

Рисунок 4 - Блок-схема системы.

Отраженный импульс доходит до объектива приемной системы, который формирует пучок таким образом, чтобы максимально доставить его до фотоприемника. Фотоприемник обрабатывает импульс и передает электрический сигнал в систему обработки данных, означающий прием отраженного сигнала. Система обработки данных сопоставляет полученные значения и выдает результат дальности объекта от лазера. Блок питания снабжает электрической энергией основные узлы системы: лазер, приемник, систему обработки данных.