Przedmiotem wynalazku jest lidar posiadajacy laser impulsowy, stosowany jako wskaznik za¬ nieczyszczenia atmosfery, zwlaszcza do pomiarów zapylenia powietrza atmosferycznego.Znane sa ze stanu techniki lidary optyczne sto¬ sujace laser impulsowy do 'pomiarów zanieczysz¬ czenia powietrza atmosferycznego.Lidar do zadanego wykrywania, i pomiarów skladników i zanieczyszczen atmosfery musi sie skladac z nastepujacych zespolów: lasera o duzej mocy, optyki nadawczaHodbiorczej, spektrometru z ukladem odcinajacym rozproszenia Reyleigha i Mie oraz ukladu detekcji i przetwarzania da¬ nych. Wybór odpowiednich parametrów kazdego zespolu jest uzalezniony od szeregu czynników, miedzy .imnymi od zasiegu pomiarowego aparatury i zdolnosci wykrywajacych.Pomiar substancji zanieczyszczajacej za pomoca lidaru sprowadza sie do wykrycia w sygnale po¬ wrotnym czestotliwosci odpowiadajacej przesunie¬ ciu widma ramanowskiego przez badana substan¬ cje i pomiaru koncentracji substancji zanieczszcza- jacej. Stosuje sie dwie metody wykrywania sub¬ stancji zanieczyszczajacych. Pierwsza polegajaca na przystosowaniu ukladu detekcji ido odbioru jed¬ nej lub kifliku scisle okreslonych czestotliwosci ra- mamowskich, pozwalajaca na wykrywanie jednej lub kilku substancji rozproszonych w atmosferze.Druga metoda polega na analizie pelnego widma czestotliwosci, poczawszy od czestotliwosci lasera 10 15 20 25 pobudzajacego, metoda pozwala na identyrfikaje wszystkich substancji znajdujacych sie w atmosfe¬ rze. JVyniki pomiarów koncentracji (badanej sub¬ stancji lidarem sa w postaci wzglednej i nalezy je przeliczac na wielkosc wymierna. W tym celu wykorzystuje sie jako uklad odniesienia koncen¬ tracje azotu i tlenu w atmosferze cechujace sie bardzo duza stabilnoscia. Intensywnosc linii rama- nowskiej badanej substancji odnosi sie do rama- nowskiej linii azotu lub tlenu.W artykule pod tytulem „Zastosowanie laserów impulsowych do badan atmosfery" (^cta Geophy- sica Polonica nr 1.1973) opisano lidar posiadajacy laser rubinowy pracujacy z impulsem gigantycz¬ nym. Opisany lidar posiada uklad optyczny wy¬ twarzajacy swietlny strumien sondujacy i uklad optyczny zbierajacy sygnal rozproszony oraz wspól¬ pracujace z tymi ukladami fotoelementy, pierwszy wyzwalajacy podstawe czasu oscyloskopu i drugi przetwarzajacy sygnaly swietlne na impulsy elek^ tryczne. W ukladzie nadajnika umieszczone sa ele¬ menty pozwalajace na pomiar mocy emitowanej.W odbiorniku stosowane sa zwierciadlane uklady teleskopowe o duzej srednicy. Jako detektora sy¬ gnalów pomiarowych uzyto fotopowielacza z kaito^- da przy czyim uzywa sie róznego rodzaju katod w zaleznosci od stosowanego' lasera.Sygnaly swietlne przetworzone przez fotopowie- lacz na impulsy elektryczne podawane sa na oscy¬ loskop z podstawa czasu uruchomiona sygnalem 128288138 3 sterujacym. Ekran oscy.los.kopu jest fotografowany przy pomocy kamery, uklad posiada mozliwosc wprowadzenia slabych sygnalów wprost doi ma¬ szyny cyfrowej specjalnie zaprogramowanej z po¬ minieciem oscyloskopu. ^lane urzadzenie charakteryzbuje sie tym, ze pozwala zobrazowac na ekranie oscyloskopu prze¬ bieg rozproszenia wiazki laserowej pomiedzy (mo¬ mentem wysylania impulsu oraiz czasem powrotu sygnalu uzyskanego' w wyniku rozproszenia od warstwy zapylonej, chmury lub innej niejednorod¬ nosci atmosfery.Zapis sygnalów powracajacych prowadzony jest na oscyloskopie z wyzwolona podstawa czasu, cze¬ sto z pamiecia elektrostatyczna. Stosuje sie tez oscyloskopy dwustrumieniowe, w których jeden strumien jest wykorzystany do zapisu glównego impulsu lasera a ••drugi do zapisu sygnalu powra¬ cajacego z osrodków rozproszonych.'Niedogodnoscia sitosowania lidarów jest brak wypracowywania odleglosci wielkosci mierzonej oraiz stosowanie pracochlonnych analiz.Niedogodnosci te eliiminuje lidar wedlug wyna¬ lazku w którym zastosowano uklady elektroniczne wzmamiania sygnalu sterujacego i pomiarowego oraz wzmacniacz suimacyjny z generatorem mo¬ delu impulsu wzorcowego, przy czym pomiar za-^ pylenia w odleglosci odbywa sie za pomoca ana¬ lizatora zapylenia w odleglosci.Lidar wedlug wynalazku posiada uklad elektro¬ niczny zasilajacy oraz uklady elektroniczne sygna¬ lu sterujacega i pomiarowego.Uklad elektroniczny zasilajacy sklada sie z za¬ silacza niskiego i wysokiego napiecia. Zasilacz ni¬ skiego napiecia zasila: zasilacz wysokiego napie¬ ci, generator modelu impulsu wzorcowego, wzmac¬ niacze sygnalu sterujacego i pomiarowego oraz analizator zapylenia w odleglosci. Zasilacz wyso¬ kiego napiecia^ zasila laser impulsowy oraz fotode¬ tektor pomiarowy.Uklad elektroniczny sygnalu sterujacego sklada sie z fotodetektora sterujacego, wzmacniacza sy¬ gnalu sterujacego, generatora modelu impulsu wzorcowego oraz oscyloskopu z pamiecia, który jest zbocTnikowany linia opózniajaca, przy czym generator modelu impulsu wzorcowego laczy jed¬ noczesnie uklad eleklaroniczny sygnalu sterujacego z ukladem elektronicznym sygnalu pomiarowego poprzez wzmacniacz suimacyjny.Uklad elektroniczny sygnalu pomiarowego skla¬ da' sie z fotodetektora pomiarowego, wzmacniacza sygnalu pomiarowego, wzmacniacza sumacyjnego, oscyloskopu z pamiecia oraz analizatora zpylenia w odleglasci.Wzmacniacz sygnalu sterujacego wzmacnia im¬ puls uzyskany z fotodetektora sterujacego i uru¬ chamia prace generatora modelu impulsu wzorco^ wego oraz podstawe czasu oscyloskopu z pamiecia i przez Mriie opózniajaca podaje sygnal obrazujacy na ekranie oscyloskopu z pamiecia poczatek pracy.Wzmacniacz sygnalu pomiarowego po uzyskaniu impulsu z fotodetektora pomiarowego wzmacnia go i podaje na wzamcniacz suimacyjny, w którym naklada sie nia wzorcowy impuls uzyskany z ge- 288 4 neratorem modelu impulsu wzorcowego. Impuls z generatora modelu impulsu wzorcowego jest funk¬ cja panujacych warunków pogodowych oraz pory dnia i nocy. Impuls wyjsciowy z wzmacniacza su- ' rnacyjnego podawany jest na oscyloskop z pamie¬ cia gdzie na ekranie uzyskuje sie obraz rozprosze¬ nia isygnalu na badanej drodze optycznej. Równo¬ czesnie ze wzmacniacza sumacyjnego impuls po- daway jest na analizator zapylenia w odleglosci 10 umozliwiajacy pomiar zapylenia w okreslonej od¬ leglosci.Przedmiot wynalazku jese przedstawiony w przy¬ kladzie wykonania na rysunku, który przedstawia schemat blokowy lidaru.Lidar przedstawiony na rysunku, bedacy przy¬ kladem rozwiazania zgodnym z wynalazkiem, po¬ siada uklad optyczny wytwarzajacy strumien swietlny sondujacy, którego zródlem jest laser impulsowy 1 duzej mocy emitujacy równolegla wiazke iswiatla monochromatycznego. Rozszerzenie i zmniejszenie rozbieznosci katowej wiazki swia¬ tla uzyskuje sie przez zastosowanie lunety typu Galileusza. Laser 1 zasilany jest energia eletk- tryczna z zasilacza wysokiego napiecia 9, który zasilany jest energia elektryczna z zasilacza niskie¬ go piecia 10. Na wyjsciu wiazki swiatla z ukladu optycznego rozszerzajacego wiazke 2 umieszczono fotodetektor 3, który czesc wiazki swietlnej emi- towanej przez laser impulsowy 1 zamienia na •O elektryczny sygnal sterujacy. Wzmacniacz sygna¬ lu sterujacego 8 wypracowuje impuls elektryczny poczatku, który uruchamia podstawe czasu oscylo¬ skopu z paimiecia 14 oraz generator modelu im- n pulsu wzorcowego 11 atmosfery niezapylonej usta¬ wionego na zakres odpowiedni do rodzaju pogody i pory dnia. Impuls elektryczny sygnalu steruja¬ cego jednoczesnie przez linie opózniajaca 12 po¬ dawany jest na oscyloskop z pamiecia 14 celem 40 zobrazowania na ekranie momentu rozpoczecia po¬ miaru odleglosci. Zadaniem linii opózniajacej 12 jest wyeliminowanie nieliniowego przebiegu po¬ czatku ruchu plamki na ekranie oscyloskopu z pa¬ miecia 14. 45 Swiatlo rozproszone na czastkach pylu znajdu¬ jacego sie w powietrzu atmosferycznym jest zbie¬ rane w teleskopie zwierciadlanym' 4 i po przejsciu przez uklad filtrów optycznych 5 dopasowanych spektralnie do rodzaju zródla swiatla oraz potrzeb 50 pomiarowych, pada na fotodetektor pomiarowy 6.Impuls pomiarowy z fotodetektora pomiarowego 6 jest wzmacniany na wzmacniaczu sygnalu pomia¬ rowego 7 o bardzo szerokim pasmie przenoszenia.Wzmocniony impuls podawany jest na wzmacniacz 55 sumacyjny 13, na który równiez podawany jest impuls z generatora modelu impulsu wzorcowego 11. Nalozenie impulsów wzorcowego i pomiarowe¬ go pozwala na podniesienie czulosci wskaznika;.Impuls ze wzmacniacza sumacyjnego 13 podawany 60 jest na oscyloskop z pamiecia 14 oraz na analiza¬ tor zapylenia w odleglosci 15. Na ekranie oscylo¬ skopu z pamiecia 14 uzyskuje sie obraz przebiegu rozproszenia na calej drodze optycznej badanej przez lidar. Analizator zapylenia w odleglosci 15 65 ima zadanie dokonania pomiaru zapylenia na za-118 288 danej odleglosci wybranej z ekranu oscyloskopu z pamiecia 14 jaiko interesujacej. Z zasilacza ni¬ skiego napiecia 10 zasilane sa: zasilacz wysokie¬ go napiecia 9, wzmacniacz sygnalu pptmirówego 7, wzmaczniacz sygnalu sterujacego 8, generator mo¬ delu impulsu wzorcowego 11 oraz analizator za¬ pylenia w odleglosci 15.Zastrzezenia patentowe 1. Lidar zawierajacy uklad optyczny wytwarza¬ jacy swietlny strumien sondujacy i uklad optycz¬ ny zbierajacy sygnal rozproszony oraz wspólpra¬ cujace z nimi uklady elektroniczne zawierajace co najmniej dwa fotoelementy z których pierwszy sterujacy jest w strefie dzialania ukladu optycz¬ nego wytwarzajacego swietlny strumien sondu¬ jacy, a drugi pomiarowy w strefie ukladu op¬ tycznego zbierajacego sygnal rozproszony, zna¬ mienny tym, ze fotodetektor pomiarowy (6) elek- tronicznago ukladu pomiarowego 'polaczony jest z oscyloskopem z paimiecia (14) poprzez wzmac¬ niacz sygnalu pomiarowego (7) oraz wzmacniacz sumacyjny (13) polaczony z analizatorem zapyle- 10 15 20 nia w odleglosci (15) i generatorem modelu im¬ pulsu (11), przy czym wzmacniacz sygnallu po¬ miarowego (7), generator modelu impulsu (11) i analizator zapylenia w odleglosci (15) polaczo¬ ne sa z zasilaczem niskiego napiecia (10), który posiada (polaczenie z fotodetektorem pomiarowym (6) poprzez zasilacz wysokiego napiecia (9). po¬ laczony z laserem impulsowym (1) ukladu optycz¬ nego wytwarzajacego swietlny strumien sondu¬ jacy. 2. Lidar wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze oscyloskop z pamiecia (14) polaczony jest z lase¬ rem impulsowym (1) poprzez rotodetektor steruja¬ cy (3) oraz elektroniczny wzmacniacz sygnalu ste¬ rujacego (8), który polaczony jest z zasilaczem niskiego napiecia (10). 3. Lidar wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze oscyloskop z pamiecia (14) zboczniikowany jest lir. nia opózniajac^ (12). 4. Lidar wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze wzmacniacz sumacyjny (13) polaczony jest z la¬ serem impulsowym (1) poprzez generator modelu impulsu (11) oraz elektroniczny wzmacniacz sy¬ gnalu sterujacego (8) i fotodetektor sterujacy (3), PL