Устройство для определения метеорологической дальности видимости Советский патент 1991 года по МПК G01W1/00 

оэ

05

к|

Јъ

Изобретение относится к атмосфер ной оптике и метеорологии и может быть использовано для измерения прозрачности атмосферы, контроля метеорологической дальности видимости.

Целью изобретения являе-тся повышение точности.

На чертеже изображена лок-схема предлагаемого устройства.

Предлагаемое устройств9 для определения метеорологической дальности видимости содержит блок 1 управления, приемопередатчик 2, стробируемые накопители (интеграторы) 3 и 4, блок 5 сравнения, амплитудный анализатор 6, блок 7 измерения временных интервалов, блоки 8 и 9 деления, логарифмический усилитель 10, блок 11 дели- тврпей, блок 12 компараторов, блок 13 логики, усилитель 14 с регулиру- eMjbM коэффициентом усиления, блок 15 измерения расстояния до облака, селектор 16 и регистрирующий прибор 17,

Один выход блока 1 управления соединен с входом приемопередатчика 2 и входом синхронизации блока 15 измерения расстояния до облака, а другой выход блока 1 управления подключен к входам стробирования первого интегратора 3, блок 5 сравнения, амплитудного анализатора 6, к одному из входов блока 7 измерения временных интервалов.

Выход приемопередатчика 2 соединен с входами накопителей 3 и 4, блока 5 сравнения, амплитудного анализатора 6 блрка 15 измерения расстояния до об- лаНа и объединенным входом блока 12 компараторов.

Выход блока 5 сравнения подключен к Входу стробирования накопителя 4 и другому входу блока 7 измерения временных интервалов. Выходы накопителей 3 и 4 подключены к соответствующим входам блока 8 деления, выход которого через логарифмический усилитель 10 соединен с одним из входов .-блока 9 деления, другой вход которого подключен к выходу блока 7 измерения временных интервалов.

Выход блока 9 деления через усилитель 14 с регулируемым коэффициентом усиления подключен к одному из входов селектора 16, К выходу селектора 16 подключен регистрирующей прибор 17, а к другому входу - выход блока 15 измерения расстояния до облака, другой выход которого соединен с входом стробирования блока 12 компараторов.

Один выход амплитудного анализатора 6 соединен с другим входом блока 5 сравнения, а другой выход подключен

к входу блока 11 делителей.

Выходы блока 11 делителей подключены к входам блока 12 компараторов, один из выходов которого соединен с управляющим входом селектора 16, а

0 другие - с входами блока 13 логики, выход которого соединен с управляющим входом усилителя 14.

Устройство работает следующим образом.

5 Блок 1 управления запускает приемопередатчик 2, который в момент времени tu посылает ъ атмосферу импульс излучения малой длительности, преобразует рассеянное атмосферой в обратном

0 направлении излучение в электрический сигнал, корректирует его на квадрат расстояния до рассеивающего объема и вычитает фоновую составляющую. В момент ty блок 1 управления запус5 кает также блок 15 измерения расстояния до облака.

Электрический сигнал с выхода при емопередатчика 2, пропорциональный сигналу обратного рассеяния атмосфе0 РЫ, скорректированному на квадрат расстояния до рассеивающего объема, начинает поступать на соответству- , ющие входы накопителей 3 и 4, блока 5 сравнения, амплитудного анализатора 6, блока 12 .компараторов иПлока 15 измерения расстояния до облака,

- %

В момент времени ta, соответствующий моменту полного вхождения зондирующего импульса в поле зрения фото0 приемника, то есть в момент, с которого сигнал обратного рассеяния из атмосферы перестает зависеть от взаимного расположения передатчика и приемника (t0 - tu const), блок 1

5 управления разрептет работу накопителя 3, который накапливает (интегрирует) аналоговый сигнал с момента te до максимально возможного времени tn. Величина tm определяется при0 борной реализацией устройства. По

истечении времени выхода накопителя 3 интеграл I поступает на один из входов блока 8 деления,,

В тот же момент времени t блок t

5 управления запускает блок 7 измерения временных интервалов, амплитудный анализатор 6, представляющий из себя стробируемый пиковый детектор с малым временем выборки, и разрешает работу

5

блока 5 сравнения. В момент t0 амплитудный анализатор 6 фиксирует мгновенное значение сигнала обратного рассеяния. Зафиксированная им величи- на сигнала поступает на другой вход блока 5 сравнения.

Блок 5 сравнения сравнивает величину текущего сигнала из атмосферы и (1/п)-ю часть величины сигнала в момент t0 и в момент t их равенства выдает импульс, останавливающий работу блока 7 измерения временных интервалов, сигнал с выхода которого по истечении времени tm поступает на вход блока 9 деления. Величина п определяется конкретной реализацией предлагаемого устройства., оптимальная величина которой лежит в пределах 5-20.

В тот же момент t блок 5 сравнения разрешает работу накопителя 4, который интегрирует сигнал до момента t. По истечении времени tm интеграл 1 с выхода накопителя 4 по- ступает на другой вход блока 8 деления. Результат деления , , пропорциональный квадрату прозрачности слоя атмосферы толщиной c(t - t0)/2, где с - скорость света, через логарифмиче кий усилитель 10 поступает на другой вход блока 9 деления. Результат деления (t - t0)/ln (Ij/I,,), пропорциональный метеорологической дальности видимости SH, поступает на вход усилителя 14 с переменным коэффициентом усиления.

Блоки 11-13, 15 предлагаемого устройства определяют поправку в Sw из-за наличия облака (слоя) на трассе зондирования. Величина поправки определяется из величины соотношения /значения сигнала обратного рассеяния в момент времени to и максимального

значения сигнала в облаке.

Блок 15 измерения расстояния до облака в момент появления сигнала от облака на трассе зондирования выдает импульс разрешения на работу блока 12

компараторов. i

На объединенный вход блока 12 компараторов поступает сигнал обратного рассеяния с выхода приемопередатчика 2, а на другие входы с амплитудного анализатора 6 через блок 11 делителей различные части величины сиг- вала в момент t0.

Блок 12 компараторов в зависимости от величины максимального сигнала

5

5 0

5 О

5

0

5

0

5

от облака выдает команду блоку 13 логики, изменяющему коэффициент усиления усилителя 14. Таким образом вносится поправка в результат измерения S I и селектор 16 пропускает результат измерения на регистрирующий прибор 17.

В случае, если величина максимума сигнала от облака превышает предельное значение, то есть внесение поправки бессмысленно из-за ее большой величины, за Sw принимается расстояние до облака. По истечении tm величина, пропорциональная расстоянию до облака, с другого выхода блока 15 посту- - пает на другой вход селектора 16. По команде с другого выхода блока 12 -компараторов селектор 16 пропускает эту величину на регистрирующий прибор 17.

Конкретное конструктивное выполнение блока 13 логики зависит от схемы усилителя 14 с регулируемым коэффи- дементом усиления ,

Например, усилитель 14 может быть собран на операционном усилителе, коэффициент усиления которого регулируется с помощью резисторов, включаемых в цепь обратной связи с помощью аналоговых ключей.

Порядок подключения резисторов определяется цифровым сигналом (кодом, например, двоичным), управляющим аналоговыми ключами.

Тогда блок 13 логики представляет собой шифратор на комбинационной логике, преобразующий соответствующий входной код в двоичный. Такие схемы широко применяются во всех аналого- цифровых преобразователях параллельного типа.

Можно подключать (отключать) резисторы, не преобразуя выходной код блока 12 компараторов в двоичный. Тогда при срабатывании очередного компаратора непосредственно должен отключаться соответствующий резистор из цепи обратной связи. В этом случае блок логики представляет собой набор из N-1 устройств, адаптирующих выходные сигналы соответствующих компараторов в сигналы, управляющие соответствующими аналоговыми ключами.

По истечении времени, заведомо iдостаточного для полной обработки сигнала, все блоки предлагаемого устройства автоматически приводятся в первоначальное состояние.

Использование предлагаемого устройства за счет автоматического внесения поправки в МДВ в случае наличия неоднородности на трассе зондирования позволяет значительно повысить точность измерения МДВ.

Формула изобретения

Устройство для определения метеоро Логической дальности видимости, содержащее блок управления, первый выход которого соединен с приемопере- атчиком, подключенным к первым входам блока сравнения, первого накопи- Теля и амплитудного анализатора, пер- фый вход которого подключен к второму входу блока сравнения, второй накопитель, причем выходы накопителей Подключены к соответствующим входам Первого блока деления, и регистратор, ртличающееся тем, что, С целью повышения точности, в него рведены блок делителей, блок компараторов, блок логики, блок измерения {временных интервалов, блок измерения расстояния с входом синхронизации и усилитель с регулируемым коэффициентом усиления и селектор с управляющими входами, логарифмический усили- тель и второй блок деления, при этом блок компараторов, накопители, блок сравнения и амплитудный анализатор выполнены с входами стробирования, . один из входов второго блока деления подключен к выходу первого блока деления через логарифмический усили

5

Q

0

5

5

тель, а другой вход соединен с выходом блока измерения временных интервалов, входы которого подключены соответственно к выходу блока сравнения и к второму входу блока управления, подключенного также к входам стробирования первого накопителя, блока сравнения и амплитудного анализатора, а выход второго блока деления через усилитель с регулируемым коэффициентом усиления подключен к первому входу селектора, выход которого соединен с регистратором, второй вход подключен к первому выходу блока измерения расстояния, вход синхронизации которого соединен с первым выходом блока управления, второй выход соединен с входом стробирования блока KOMJ параторов, а второй вход соединен с выходом приемопередатчика, который также соединен с входом блока компараторов и вторым накопителем, причем второй выход амплитудного анализатора соединен с входом блока делителей, выходы которого соединены с соответствующими входами блока компараторов, причем один из выходов блока компараторов соединен с третьим управляющим входом селектора, а остальные выходы соединены с соответствующими входами блока логики, выход которого подключен к управляющему входу усилителя , с регулируемым коэффициентом усиле- 1Ния, при этом выход блока сравнения Подключен к входу стробирования второго накопителя.

Изобретение относится к метеорологии и атмосферной оптике, в частности к устройствам для определения прозрачности атмосферы и метеорологической дальности видимости (МДВ). Для повышения точности измерения за счет оценки степени неоднородности атмосферы по сигналу от облака и введения в результат измерения поправки, соответствующей такой неоднородности, в устройство введены блок 11 делителей амплитуды сигналов, соответствующее число компараторов, блок 13 логики, а также блок 7 измерения временных интервалов и усилитель 14 с регулируемым коэффициентом усиления. В устройстве измеряется амплитуда импульсного сигнала от облака и в зависимости от ее величины вносится поправка в результат расчета МДВ. Если амплитуда сигнала от облака превышает некоторое предельное значение, за МДВ принимается расстояние до облака по трассе зондирования. 1 ил.