Фотоэлектрический прибор для определения границ облаков в полете Советский патент 1960 года по МПК G01J1/04 

Среди известных облакомеров нет прибора, позволяющего определить объемные границы, форму облачности и высоту верхней границы ее без применения искусственного источника света.

Предлагаемый облакомер, содержащий фотообъектив с углом охвата 50-70°, в фокусной плоскости которого установлен блок фотоэлементов, подключенный через усилитель к осциллоскопическому индикатору или радиоприемнику, не имеет отмеченных недостатков. Прибор основан на использовании естественной резкой разницы между коэффициентом яркости облаков и коэффициентом яркости земного аэроландшафта. Он не нуждается в искусственном источнике света, который применяется во всех известных облакомерах. В приборе используется блок фотоэлементов и коммутатор, с помощью которого повышается точность определения характера облачности над районом полета. Коммутатор, предназначенный для последовательного снятия электрических сигналов с фотоэлементов, позволяет менять частоту коммутации в зависимости от параметров датчика и режима полета, а фотообъектив имеет угол охвата 50-70° для увеличения световой информации об облачности. Кроме того, прибор позволяет компенсировать неравенство чувствительности составных элементов блока фотоэлементов путем настройки схемы перед каждым полетом и свести искажения в информации об облачности до совершенно несущественных величин, практически выдает электронную фотографию облачности на весьма большой площади, причем эта площадь увеличивается вместе с увеличением высоты полета над облачностью, позволяет судить о границах облачности по интервалу времени между однотипными отметками на ленте индикатора, а также имеет конструктивные преимущества по форме, габариту, весу и др. по сравнению с известными.

Принципиальная схема прибора представлена на фиг. 1.

If9 125930- 2 -

Прибор состоит из следующих элементов: фотографического объектива /, фотоэлемента 2, установленного в фокальной плоскости объектива, усилителя 3, источника питания 4. Электрические сигналы усилителя можно подавать на осциллограф 5 для непосредственной записи или на радиопередающее устройство 6 для передачи на землю.

В полете изображение местности в фокальной плоскости прибора

перемещается со скоростью -р-,

где: V с-скорость полета самолета;

/ -фокусное расстояние объектива; Н - высота полета.

В каждый зафиксированный момент времени в цепи фотоэлемента протекает фототок пропорциональной интегральной яркости предметов местности и облаков, проектирующихся на фотоэлемент. В процессе полета фототок воспроизводит во времени действительную яркостную характеристику пролетаемого аэроландшафта. Осциллограмма фототока будет иметь вид, подобный изображенному на фиг. 2.

Такой вид осциллограммы фототока определяется следующими факторами: коэффициент яркости земного аэроландшафта в среднем (для лета) равен 0,14 и лишь отдельные объекты имеют коэффициент яркости выше 0,2; коэффициент яркости для облаков колеблется в пределах 0,6- 0,9, т. е. значительно (в 4 и более раза) превосходит отражательную способность земного аэроландшафта.

Колебания коэффициента яркости облаков определяются состоянием облачности. Например, грозовая облачность имеет коэффициент яркости около 0,5. Таким образом, достаточно в поле зрения объектива попасть небольшой облачности, как заметно возрастет фототок. При полете над сплошной облачностью амплитуда фототока, в основном, определяется коэффициентом яркости облаков, т. е. состоянием облачности. Анализ осциллограммы позволяет с достаточной точностью определить состояние облачности на маршруте полета.

Вариантом схемы, предоставленной на фиг. 1, является схема, изображенная на фиг. 3. Здесь в фокальной плоскости объектива 7 размещается не один, а несколько фотоэлементов 8, расположенных на линии, перпендикулярной направлению полета самолета.

Изображение местности,проектирующееся на фокальную плоскость объектива, воспроизводится в виде фототоков многих фотоэлементов, причем каждый фотоэлемент прощупывает определенную полосу местности. В данном случае значительно сужается угол зрения каждого фотоэлемента и последние значительно точнее регистрируют появление даже мелких облаков.

- Как видно из фиг. 3 в данном варианте прибора применен дополнительный элемент-коммутатор 9 (механический или электронный), назначение которого-последовательное подключение фотоэлементов к усилителю 10, питающемуся от источника тока 11 и подающему сигналы на осциллограф 12 или на радиопередатчик 13.

Осциллограмма здесь будет иметь вид подобный изображенному на фиг. 4. Каждый фотоэлемент выдает фототок, амплитуда которого пропорциональна интегральной яркости объектов местности и облаков в момент коммутации. Частота коммутатора выбирается из условия получения полной яркостной картины местности. Как видно из фиг. 4, с увеличением количества фотоэлементов при использовании всего угла зрения объектива значительно повышается точность измерения облачности.

Минимальные размеры фотоэлементов (для одного и того же объектива) можно подобрать, исходя из условия определения на осциллограмме заранее заданных размеров облаков. Ширина полосы местности на

маршруте полета летательного аппарата, просматриваемая фотоэлектрическими приборами, определяется по формулеL Н,

где: Я - высота полета;

а -сторона фотоэлемента, расположенная перпендикулярно

направлению полета; п -количество фотоэлементов.

Предмет изобре тения

Фотоэлектрический прибор для определения границ облаков в полете, содержащий фотоэлементы, объектив, коммутатор, усилитель, радиопередатчик и радиоприемник, отличающийся тем, что, с целью определения объемных границ облаков без применения искусственных источников света, в нем блок фотоэлементов размещен в фокальной плоскости фотообъектива перпендикулярно направлению полета, а для увеличения световой информации об облачности применен фотообъектив с углом охвата 50-70°.

/Маршрут

Фиг Z полета