(54) НЕФЕЛОМЕТР
Изобретение относится к области гидрометеорологического приборостроения, в частности к нефелометрам для определения прозрачности атмосферы (или метеорологической дальности видимости - МВД), и предназначено для определения видимости на дорогах, в аэропортах, на морях и реках, на высотных сооружениях и естественных возвышенностях, угрожающих при тумане воздушным судам.
Известны нефелометры для измерения прозрачности атмосферы, основанные иа фотометрировании среднего значения рассеянного исследуемой атмосферой излучения под различными углами (6) к направлению зондирующего излучения, в которых используется зависи лость между прозрачностью, атмосферыИ средним значением фотометрируемого потока рассеянного излуче-.
, 2.
Такие нефелометры содержат источник зондируюш,его излучения для получения модзлированного потока излучения в видимой или ближней к видимой ИК области спектра электромагнитных колебаний и фотоприемное устройство, фотометрирующее рассеянное излучение, на выходе которого устаиовлен узел, формирующий сигнал о прозрачности атмосферы.
Эти устройства пригодны для определения прозрачности (или МВД) при различного вида осад1ках, но 1имеют высокую погрешность, что ограничивает сферу их применения.
Наиболее близким к настоящему изобретению по существу решаемой задачи среди известных нефелометров для определения прозрачности атмосферы является автоматический регистратор оптической плотности тумана 3.
Это устройство содержит источник модулированного зондирующего излучения (лампу накаливания с обтюратором), фото.приемник, усилитель с детектором, подключенный к выходу фотоприемника,и фильтр низкой частоты, соединенный с выходом детектора и формирующий сигнал о прозрачности атмосферы.
Однако выходной сигнал в это.м нефеломепре формируется без учета причин изменения прозрачности атмосферы (туман, или снег), поэтому данное устройство также имеет значительную погрешность в определемпи прозрачности атмосферы при наличии осадков.
Цель изобретения - повыщепие точности опрелслеиия прозрачности атмосферы.
Это достигается тем, что нефелометр, содержащий источник , модулированного
зондирующего излучения, фотоприемник, восшринимающий рассеянное частицами атмосферы излучение зондирующего источника, усилитель с детектором и фильтр низкой частоты, снабжен анализатором флуктуации для различения вида о.садков и корректором выходного сигнала, причем вход анализатора флуктуации нодключен к выходу детектора, а выход анализатора соединен с одним из входов корректора выходного сигнала, который включен между выходом детектора и входом ф-ильт1ра низкой частоты. При этом должен использоваться усилитель с детектором с частотной характеристикой, сонряженной с частотным спектром поступающих на вход анализатора, флуктуации сигнала, обусловленных пролетанием через исследуемый объем атмосферы частиц, образующих различные, виды осадков. Иными словами, усилитель с детситором должен иметь постоянную времени, меньщую, чем время пролета частиц (капли .дождя, снеж/инки) через исследуемый объем, с целью оптимального воспроизведения флуктуации сигнала для дальнейшего их анализа и различения вида осадка.
На фиг. 1 представлены эпюры навряжений на выходе детектора при тумане (с), дожде (б) и снегопаде (в); на фиг. 2 - блок-схема предлагаемого нефелометра.
Как следует из фиг. 1 сигнал при тумане (а) не содержит существенных флуктуации, при дожде появляются флуктуации сигнала (б), а при снегопаде появляются флуктуации значительно больщей амплитуды и длительности (в), чем при дожде.
Представленный на фиг. 2 нефелометр содержит источник 1 модулированного (с частотой кГц) зондирующего излучения, представляющего собой набор светоизлучающих диодов, фотоприемник 2 полупроводникового типа, усилитель 3 с. детектором, анализатор 4 флуктуации, корректор 5 выходного 1сигнала и фильтр 6 низкой частоты.
Анализатор 4 флуктуации предназначен для получения сигналов коррекции, зависящих от интенсивности осадков и поступающих Б ту или иную выходную цепь в зависимости от вида осадков.
Анализатор 4 может быть выполнен, например, на основе определения средней площади одиночных флуктуации для определения ви:да осадков и среднего значения напряжения флуктуации за интервал времени / для определения интенсивности осадков.
Такой анализатор должен содержать ингегратор с амплитудным дискриминатором, позволяющие определить средние площади одиночных флуктуации и распознавать вид осадков; детектор среднего напряжения флуктуации для определения интенсивности осадков; коммутатор, управляемый амплитудным дискриминатором, длЯ подключения сигнала с выхода детектора к той или иной выходной цепи в зависимости от вида осадков (дождь ил,и снег).
Корректор 5 выходного сигнала, включенный между выходом детектора и фильтром низкой частоты, может быть выпол. ней, например, с помощью операционного усилителя и управляемого анализатором
флуктуации аттенюатора.
Нефелометр работает следующим образом.
Источник 1 зондирующего излучения посылает в исследуемую среду модулированный поток излучения с частотой модуляции 1,5-10 кГц.
Рассеянный частицами замутненной атмосферы поток излучения воспринимается и преобразуется в электрический сигнал
0 полупроводниковым фотоприемником 2, затем усиливается и детектируется усилителем с детектором.
При пролетании через исследуемую область атмосферы относительно К1рупных частиц (каплл дождя, снежинки и т.,д.) на выходе фотоприемника 2 возникают флуктуации оигнала. Примененный усилитель с детектором воспроизводит эти флуктуации, которые поступают на анализатор флукту0 аций 4 и корректор 5 выходного сигнала. Анализатор флуктуации с помощью интегратора определяет среднее значение площадей одиночных флуктуации, обусловленных видом содаков, и с помощью амплитудного дискриминатора вырабатывает сИГнал о виде осадков. Напряжение в анализаторе флуктуации,. получаемое детектором, пропорциональное амплитуде, длительности и частоте флуктуации, с помощью коммутатора, управляемого сигналом о виде осадков с амплитудного дискриминатора, поступает в ту или иную выходную цепь, связанную с корректором 5 выходного сигнала.
5 Сигнал с выхода анализатора 4 фдуктуаций поступает на корректор 5 выходного сигнала и в зависимости от вида и интенсивности осадков соответствующим образом изменяет его коэффициент передачи с помощью управляемого аттенюатора, и тем самым корректирует второй сигнал о проз|рачности атмосферы, поступающий с усилителя с детектором на корректор 5.
Уточненный сигнал с корректора 5 по5 ступает на фильтр 6 низких частот, где происходит его дальнейщая фильтрация.
Таким образом, скорректированный выходной сигнал позволяет определять, метеорологическую дальность видимости незави60 симо от причин замутнения атмосферы.
В результате использования данногоизоб|ретен,ия будет существенно увеличена точность определения прозрачности атмосферы с помощью ОДНОП031ИЦИОННЫХ уст65 ройств - нефелометров, что, с одной стороны, расширит сферу применения последних и, с другой стороны, увеличит эффективность использования нефелометров при метеообслуживании дорог, портов, аэродромов (включая взлетно-посадочные площадки для вертолетов).
Формула изобретения
Нефелометр, содержащий источник модулированного зондирующего излучения, фо топриемник, усилитель с детектором и фильтр низкой частоты, отличающийс я тем, что, с целью повыщения точности, он снабжен подсоединенным к выходу усилителя с детектором анализатором флуктуации сигнала, а также корректором выходного сигнала, включенным между выходом детектора и фильтром низкой частоты. и связанным одним из входов с выходом анализатора.
Источники информации,
принятые во внимание при экспертизе:
