Устройство для определения оптических характеристик атмосферы Советский патент 1991 года по МПК G01W1/00 

Изобретение относится к метеорологии и атмосферной оптике и может быть использовано для измерения оптических характеристик атмосферы, а также для обеспечения авиации данными о горизонтальной, наклонной и вертикальной дальностях видимости.

Целью изобретения является повышение точности.

На фиг. 1 показана блок-схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - блок выбора способа фиксации длины трасы; на фиг. 3 - блок обработки.

Устройство содержит блок 1 управления, приемопередатчик 2, накопители (интеграторы) 3 и 4, формирователь 5 задержки, амплитудный анализатор 6, блок 7 сравнения, блок 8 выбора способа фиксации трассы, блок 9 измерения временных интервалов и блок 10 обработки.

Один из выходов блока 1 управления подключен к входу приемопередатчика 2, а другой выход - к входу стробиро- вания накопителя 3 и входам синхронизации формирователя 5 задержки, амплитудного анализатора 6, блока 7 сравнения, блока 8 выбора способа фиксации трассы и блока 9 измерения временных интервалов.

Выход приемопередатчика 2 подключен к входам накопителей 3 и 4, амплитудного анализатора 6 и блока 7 сравнения. Выходы формирователя 5 задержки, амплитудного анализатора 6 и блока 7 сравнения подключены к соот -

05

сл

00

Оо

способа фиксации длины трассы. Выход амплитудного анализатора 6 подключен также к входу бпока 7 сравнения. Выход блока 8 выбора способа фиксации трассы подключен к входу стробирова- ния накопителя 4 и другому входу блока 9 измерения временных интервалов, выходы которого, а также выходы накопителей 3 и 4 соединены с входами блока 10 обработки.

Устройство работает следующим образом.

Блок управления запускает приемопередатчик 2, который в момент времени t посылает в атмосферу импульс излучения малой длительности, преобразует рассеянное атмосферой в обратном направлении излучение в электрический сигнал, корректирует его на квадрат расстояния и вычитает фоновую составляющую.

Электрический сигнал с выхода приемопередатчика 2, пропорциональный сигнапу обратного рассеяния атмосферы, скорректированному на квадрат расстояния до рассеивающего объема, поступает на соответствующие входы накопителей 3 и 4, амплитудного анализатора 6 и блока 7 сравнения.

В момент времени t , соответствующий моменту полного вхождения зондирующего импульса в поле зрения фотоприемника, т.е. в момент, с которого сигнал обратного рассеяния из атмосферы перестает зависеть от взаимного расположения приемника и передатчика (t0 - tn const), блок -1 управления запускает формирователь 5 задержки, блок 9 измерения временных интервалов, амплитудный анализатор 6, представляющий собой стробируемый пиковый детектор с малым временем выборки, и разрешает работу блока 7 сравнения, блока 8 выбора способа фиксации трассы и накопителя 3.

Накопитель 3 накапливает (интегрирует) аналоговый сигнал с момента tfl до максимально возможного времени Величина tmопределяется приборной реализацией предлагаемого устройства.

10

По истечении времени tm с выхода накопителя 3 сигнал поступает в блок обработки.

Блоки 5-8 предлагаемого устройства осуществляют выбор одного из дву возможных способов фиксации длины трассы измерения прозрачности атмост-

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

сы задается длительностью работы формирователя 5 задержки, является постоянной и определяется моментом спада сигнала обратного рассеяния в п раз относительно его величины в момент tfl. Величина п определяется приборной реализацией, а оптимальное ее значение лежит в пределах 5-20.

Формирователь 5 задержки начинает работать в момент t0 и заканчивает в момент t (t - t0 const). В момент tj формирователь 5 задержки выдает импульс синхронизации на соответствующих вход блока 8 выбора.

В момент t0 амплитудный анализатор 6 фиксирует мгновенное значение сигнала обратного рассеяния. Зафиксированная им величина сигнала поступает на соответствующий вход блока 8 выбора, а также на другой из входов блока 7 сравнения.

В блоке 7 сравнения сравнивается величина текущего сигнала из атмосферы и 1/п часть его значения в момент времени t&. В момент t равенства сигнала блок 7 выдает импульс синхронизации на соответствующий вход блока 8 выбора способа фиксации трассы. В блоке 8 происходит сравнение величины сигнала в момент tQ (с выхода амплитудного анализатора 6) и постоянного напряжения, величина которого зависит от задаваемой верхней границы диапазона измеряемых прозрачностей или дальностей видимости. В зависимости от результата сравнения на выход блока 8 выбора проходит либо импульс синхронизации с формирователя 5 задержки, либо импульс синхронизации с блока 7, Разрешение работы блока 8 поступает с блока 1 управления в момент t0.

Сигнал с выхода блока 8 останавливает работу блока 9 измерения временных интервалов, сигнал с выхода которого по истечении времени t№ поступает в блок 10 обработки.

Сигнал с выхода блока 8 также разрешает работу накопителя 4, который интегрирует сигнал обратного рассеяния с момента t или t-j в зависимости от срабатывания блока 8 до t,. С выхода накопителя 4 по истечении времени tM сигнал поступает а блок 10.

По истечении времени, заведомо достаточного для обработки сигнала, все

516581

блоки устройства автоматически приводятся в исходное состояние.

Одно из возможных воплощений блока 8 выбора способа фиксации длины трассы представлено на фиг. 2.

Блок 8 выбора состоит из формирователя задержки 11, блока 12 сравнения, источника 13 постоянного напряжения и коммутирующих ключей 14 и 15.

Вход формирователя 11 задержки соединен с выходом блока 1 управления, а выход подключен к стробирую- щему входу блока 12 сравнения, на один из входов которого подается сигнал с амплитудного анализатора 6, а на другой - с источника 13 постоянного напряжения.

Прямой и инверсный выходы блока 12 сравнения соединены с управляющими входами ключей 14 и 15 соответственно. На вход ключа 14 поступает сигнал с выхода блока 7 сравнения, а на вход ключа 15 - с выхода формирователя 5 задержки. Объединенные выходы ключей 14 и 15 являются выходом блока 8.

Блок 8 работает следующим образом. В момент времени t0 с блока 1 управления поступает импульс синхронизации. Задержанный формирователем 11 задержки на время, достаточное для уверенного срабатывания амплитудного анализатора 6, импульс синхронизации разрешает на короткое время срабатывание блока 12 сравнения. В зависимости от соотношения величины сигнала в момент

времени t0 и постоянного напряжения с выхода источника 13 постоянного напряжения блок 12 сравнения открывает один из ключей 14 или 15 и оставляет его открытым до конца цикла обработки. Открытый ключ пропускает импульс синхронизации с блока 7 сравнения или с формирователя 5 задержки соответственно на выход блока 8 выбора.

В случае, если сигнал в момент вре мени t0 больше постоянного напряжения с источника 13, то открывается ключ 14. В противном случае открывается

ключ 15.

I

На фиг. 3 представлена одна из возможных реализаций блока 10 обработки и индикации выходного сигнала.

Блок 10 состоит из блоков 16 и 18 деления, логарифмического усилителя 17 и регистрирующего прибора 19.

Выходы блока 16 деления подключены к выходам накопителей 3 и 4 соответственно, а выход через логарифмичес

0

5

0

5

0

5

0

0

5

08 , 6

кий усилитель 17 соединен с одним из входом блока 18 деления, другой вход которого подключен к блоку 9 измерения временных интервалов. К выходу блока 18 деления подключен регистрирующий прибор.

Блок 10 обработки работает следующим образом. На входы блока 16 деления в аналоговом виде поступают сигналы 1 (с выхода накопителя 3) и 1 (с выхода накопителя 4). Результат деления It/I, пропорциональный квадрату прозрачности исследуемого слоя атмосферы, через логарифмический усилитель 17 поступает на один из входов блока 18 деления. На другой вход блока 18 деления подается аналоговый сигнал с блока 9 измерения временных интервалов, пропорциональный длине трассы &Z, на которой измеряется прозрачность атмосферы. Результат деления AZ/In(), пропорциональный метеорологической дальности видимости и обратно пропорциональный показателю ослабления по трассе UZ, поступает на регистрирующий прибор 19. I

Изобретение позволяет автоматически в зависимости от ситуации в атмосфере изменить способ фиксации длины трассы зондирования, что позволяет расширить диапазон измеряемых дальностей видимости и повысить точность измерений.

Формула изобретения

Устройство для определения оптических характеристик атмосферы, содержащее блок управления, соединенный с приемопередатчиком, выход которого соединен с входом первого накопите, я и амплитудного анализатора, выход которого соединен с первым блоком сравнения, второй накопитель, первый блок деления, выходы которого соединены с выходом накопителя и регистратор, отличающееся тем, что, с целью повышения точности, в него введены блок измерения временных интервалов, два формирователя задержки, два коммутирующих ключа, логарифмический усилитель, второй блок сравнения, источник постоянного напряжения, второй блок деления, выход которого соединен с входом первого блока деления, а второй вход - с выходом блока измерений временных интервалов, выходы ключей подсоединены к первому входу блока измерения временных интервалов и к первому входу второго накопителя, причем первые входы ключей соединены соответственно с двумя выходами второго блока сравнения первый вход которого соединен с выходом источника постоянного напряжения, второй - с выходом второго формирователя задержки, причем второй выход блока управления соединен с вторыми входами блока измерения временных интервалов и амплитудного анализатора, первым входом первого блока сравнения и вхо

дами формирователей задержки, выход второго формирователя задержки соединен с вторым входом второго блока сравнения, при этом выход приемопередатчика соединен с вторыми входами второго накопителя и первого блока сравнения, выход которого соединен с вторым входом первого ключа, а к второму входу второго ключа подключен первый формирователь задержки, причем выход амплитудного анализатора подключен к третьему входу блока сравнения.

Изобретение относится к метеорологии и атмосферной оптике, в частности к устройствам для определения прозрачности атмосферы и метеорологической дальности видимости. Для повыпения точности измерений путем автоматического измерения способа фиксации длины трассы, прозрачность которой измеряется, в устройство введены блок измерения временных интервалов, логарифмический усилитель, два формирователя задержки, дополнительные блоки сравнения и деления сигналов. При больших дальностях видимости измерение производится на фиксированной трассе, длина которой задается формирователем задержки. В случае снижения дальности видимости длина трассы фиксируется по спаду сигнала обратного рассеяния в 5-20 раз. Способ фиксации длины трассы выбирают по амплитуде сигнала рассеяния из ближней зоны. 3 ил. tf

Фиг1

Фие.З