Поляриметр для досліджень атмосфери землі з космічного апарата

Поляриметр для досліджень атмосфери Землі з космічного апарата, що містить три поляризатори, площини поляризації яких розташовано між собою під кутом 45°, чи кратним йому, фотоприймач і обчислювач, який відрізняється тим, що C2 1 3 84372 елементу). Тому цей відомий прилад не дозволяє проводити вимірювання поляризаційних параметрів світла з великою швидкістю. Найбільш близьким за технічною суттю до винаходу, що заявляється, є відомий вимірювач ступеня поляризації, [патент JP6084911B4 від 31.03.87р.], прийнятий як найближчий аналог. До складу цього пристрою входять модулятор Фарадея, два світлоподільники, три аналізатори, три детектори, регулятор, а також блок управління і обчислення. Після проходження поляризованого світлового потоку через модулятор Фарадея площина поляризації повертається на певний кут в залежності від сигналу, що подається на модулятор. Після модулятора Фарадея світловий потік розподіляється на три пучки світла за допомогою двох світлоподільників. Кожний пучок світла проходить через аналізатор. Площини поляризації аналізаторів розташовані під кутом одна до одної. Після аналізаторів пучки світла потрапляють на детектори, які вимірюють їх величину. По даних величинах блок управління і обчислення виробляє сигнал на регулятор, який управляє модулятором, а також визначає ступінь поляризації світла. В цьому вимірювачі використовуються три детектори (фотоприймачі). Відомо, що технічні параметри фотоприймачів відрізняються між собою і змінюються від температури і в часі по різному. Різниця між параметрами і їх зміна у часі приводить до похибок у вимірюванні. Крім, того, кут повороту площини поляризації невеликий, що не дозволяє одержати високу чутливість вимірювача. Модулятор Фарадея має великі габарити і для створення необхідного магнітного поля потребує багато електроенергії. Великі габарити модулятора Фарадея і наявність трьох фотоприймачів призводять до великих габаритів і маси приладу, що ускладнює його використання на космічному апараті. В основу винаходу поставлено завдання створити пристрій для точного вимірювання з великою швидкістю поляризаційних параметрів досліджуваного світла (ступеня поляризації і кутів між площинами поляризації світла і поляризатора) відбитого від атмосфери Землі. При цьому, габарити і маса приладу повинні бути невеликими, що дозволить встановлювати його на космічному апараті. Для вирішення поставленого завдання в поляриметрі для досліджень атмосфери Землі з космічного апарату, який містить три поляризатори, площини поляризації яких розташовано між собою під кутом 45°, чи кратним йому, фотоприймач і обчислювач, введені модулятор з прозорими отворами і електроприводом, діафрагма, яка містить три прозорих отвори, три об'єктива, збиральну лінзу, аналого-цифровий перетворювач і запам'ятовуючий пристрій. Діафрагма розміщена в фокальній площині об'єктивів , які розташовані за поляризаторами. Модулятор розташований між збиральною лінзою і діафрагмою. Поляризатори через об'єктиви, діафрагму, модулятор і збиральну лінзу оптично зв'язані з фотоприймачем, який електрично з'єднаний з аналого-цифровим перетворювачем, вихід якого електрично з'єднаний з вхо 4 дом запам'ятовуючого пристрою, вихід якого в свою чергу з'єднаний з входом обчислювача. Діафрагма і модулятор виконані таким чином, що відстань між краями двох сусідніх отворів на діафрагмі більша ніж ширина прозорих отворів на модуляторі, а відстань між центрами отворів на модуляторі більша ніж в три рази відстані між центрами сусідніх отворів на діафрагмі. Таке виконання поляриметра дозволяє одержати можливість вимірювання поляризаційних параметрів атмосфери Землі з високою точністю і швидкістю. Запропоноване технічне рішення дозволяє одержати прилад з невеликими габаритами і малою масою, що дозволить розмістити його на космічному апараті. Суть винаходу пояснюється малюнком (Фіг.1), на якому зображено поляризатори 1, 2, 3, об'єктиви 4, 5, 6, діафрагма 7, модулятор 8, електропривід 9, збиральна лінза 10, фотоприймач 11, аналого-цифровий перетворювач 12, запам'ятовуючий пристрій 13 і обчислювач 14. Діафрагма 7 розташована в фокальній площині об'єктивів 4, 5, 6 і містить три прозорих отвори. Діафрагма виконана таким чином, що відстань між краями двох сусідніх отворів на діафрагмі більша ніж ширина прозорих отворів на модуляторі 8. Об'єктиви 4,5,6 розташовані безпосередньо за вихідними гранями поляризаторів 1, 2, 3. Світлові розміри поляризаторів 1, 2, 3 і діаметри об'єктивів 4, 5, 6 однакові. Площини поляризації поляризаторів 1, 2, 3 розташовані між собою під кутом 45°, чи кратним йому, наприклад, площина поляризації поляризатора 2 розташована під кутом 45° до площини поляризації поляризатора 1, а площина поляризації поляризатора З розташована під кутом 45° до площини поляризації поляризатора 2. Тоді між площинами поляризації поляризаторів 1 і 3 буде кут 90°. Можливий варіант, при якому кут 90° буде між площинами поляризації поляризаторів 1 і 2, а площина поляризації поляризатора 3 буде розташована під кутом 45° до обох цих площин. Світло, яке проходить через кожний поляризатор, потрапляє тільки у свій прозорий отвір діафрагми 7. Модулятор 8 розташований між збиральною лінзою 10 і діафрагмою 7 таким чином, щоб відстань між діафрагмою 7 і модулятором 8 була б мінімальною. Модулятор 8 виконаний у вигляді непрозорого диску з прозорими отворами. Диск обертається за допомогою електроприводу 9. Відстань між центрами отворів на модуляторі 8 більша ніж в три рази відстані між центрами сусідніх отворів на діафрагмі 7. Диск може бути, як металевий, так і скляний, на якому нанесене непрозоре покриття. Поляризатори 1, 2, 3 - через об'єктиви 4, 5, 6, діафрагму 7, модулятор 8 і збиральну лінзу 10 оптично зв'язані з фотоприймачем 11, який електрично з'єднаний з аналого-цифровим перетворювачем 12. Вихід перетворювача 12 електрично з'єднаний з входом запам'ятовуючого пристрою 13, вихід якого, в свою чергу, електрично з'єднаний з входом обчислювача 14. При обертанні диску модулятора 8 прозорі отвори, які є на ньому, по черзі відкривають отвори на діафрагмі 7 і світло через відкритий отвір потрапляє на фотоприймач 11. 5 84372 При обертанні диску модулятора 8 світло у вигляді паралельних пучків променів відбите від певної ділянки Земної атмосфери проходить крізь поляризатори 1, 2, 3 і об'єктиви 4, 5, 6 і формується у фокальній площині об'єктивів у вигляді трьох зображень однієї ділянки Земної атмосфери (кожний об'єктив формує своє зображення в площині свого отвору на діафрагмі 7). Коли отвір на модуляторі 8 співпадає з отвором на діафрагмі 7, на фотоприймач і 1, через збиральну лінзу 10, буде попадати світло, яке пройшло через один із поляризаторів, наприклад 2, сигнал з фотоприймача у формі імпульсу потрапить на аналого-цифровий перетворювач 12, на виході якого буде величина амплітуди сигналу у ци фровій формі, яка запам'я товується в запам'ятовуючому пристрої 13. При подальшому повороті диску модулятора 8 наступить момент, при якому всі о твори на діафрагмі 7 будуть закриті і на фотоприймач 11 світло не буде потрапляти. Через деякий час отвір на модуляторі 8 співпаде з другим отвором на діафрагмі 7, через яке проходить світло від другого поляризатора, наприклад, 1. Пристрій 13 запам'ятає величину амплітуди цього сигналу. Аналогічним чином світло пройде крізь третій отвір діафрагми 7. Таким чином, при повороті модулятора 8 на деякий кут, по черзі відкриваються три отвори на діафрагмі 7 і пристрій 13 запам'ятає три значення амплітуд сигналу. За один оберт диску модулятора 8 число трійок буде дорівнювати числу отворів на ньому. Кожне значення амплітуди сигналу відповідає потоку світла після проходження свого поляризато Комп’ютерна в ерстка В. Клюкін 6 ра. Кожна заміряна величина сигналу залежить від трьох невідомих амплітуд від поляризованого світла, амплітуди від неполяризованого світла і кута між площиною поляризації досліджуємого світла і площиною поляризації одного із поляризаторів. Кути між площинами поляризації поляризаторів 1, 2, 3 відомі (45° і 2х45°).Обчислювач 14 обчислює систему трьох рівнянь і знаходить невідомі амплітуди. По знайденим амплітудам від поляризованого світла і неполяризованого світла обчислювач 14 обчислює ступінь поляризації. При невеликих потоках досліджуємого світла можливо також вимірювати і запам'ятовува ти шумовий сигнал (в момент, коли всі отвори на діафрагмі 7 будуть закриті) і використовувати його при обчисленні. Таке виконання поляриметра дозволяє створити пристрій, який виконує вимірювання поляризаційних параметрів світла відбитого від атмосфери Землі з високою точністю за рахунок використання одного фотоприймача. Так, як диск модулятора можна виготовляти тонким з легкого металу, наприклад, алюмінієвого листа, з діаметром більшим ніж світловий діаметр об'єктивів 4, 5, 6 і відповідно з великим числом отворів у диску, то можливо забезпечити також і велику швидкість вимірювання поляризаційних параметрів світла. Ця особливість дозволяє проводити вимірювання з космічного апарату, який досить швидко рухається над поверхнею Землі. Крім того, використання у приладі одного фотоприймача дозволяє одержати пристрій з невеликими габаритами і малою масою. Підписне Тираж 28 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601