Измеритель дальности видимости Советский патент 1982 года по МПК G01W1/00 

Изобретение относится к метеороло гии и может быть использовано для измерения метеорологической дальности видимости на оптических испытательных полигонах, при физическом моделировании задач видимости применительно к метеорологическому обслуживанию авиации.

Известен трансмиссионный регистратор дальности видимости, основанный на определении прозрачности с последующим пересчетом ее в метеорологическую дальность видимости. Регистратор содержит модулируемый источник света, оптическую систему, фотоприемник, систему уравновешивания сигналов по опорному и измерительному каналам с регулируемой диафрагмой и регистрирующее устройство 1.

Недостатком указанного регистратора является невозможность непосредственного измерения метеорологической дальности видимости. При определении метеорологической дальности видимоети по измеренному значению прозрачности атмосферы не учитываются влияние пространственной неоднородности атмосферы, изменчивость альбедо подстилающей поверхности, а также многократное рассеяние света, что приводит к существенным погрешностям измерения метеорологической дальности видимости.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является измеритель основанный на визуальном сравнении яркости фона и объекта, т.е. на измерении контраста, с последующим пересчетом его в метеорологическую дальность видимости. Измеритель дальности видимости содержит светопоглощающую камеру-экран, двойной телефотометр с установленной в одном из телескопов диафрагмой, регулирующей отношение фотометрируемых яркостей, и регистратор. Двойной телефотометр Неподвижно установ лен на определенном расстоянии от

камеры (.база фотоиетрированин . Диафрагма соединена с регистратором, который представляет собой шкалу с делениями и индексом 21 .

Однако измеритель дальности видимости имеет низкую точность измерений, обусловленную визуальностью фотометрирования и приближенностью последующего пересчета контраста в дальность видимости, так как при этом не учитываются влияние пространственной неоднородности атмосферы, неравномерность освещенности приземного слоя и закрытость горизонта облаками, что резко снижает точность измерений .

Цель изобретения - повышение точности измерений дальности видимости.

Указанная цель достигается тем, что измеритель дальности видимости, содержащий светопоглощающую камеруэкран , двойной телефонометр с установленной в одном из телескопов диафрагмой, регулирующей отношение фотометрируемых яркостей, и регистратор, снабжен соединенным с регистратором блоком измерения базы фотометрирования, двухканальным оптико-электронным преобразователем контраста и следящей системой, со входом которой через преобразователь связан телефотометр, а также установленной с возможностью перемещения вдоль базы фотометрирования, ходовой тележкой с приводом, подсоединенным к выходу следящей системы, при этом телефотоетр установлен на этой ходовой тележке .

Установка двойного телефотометра на платформе ходовой тележки позволяет непрерывно изменять базу фотометрирования и производить точное измерение дальности видимости при равенстве дальности видимости и базы фотометрирования во всем диапазоне измерений. Введение двухканального оптико-электронного преобразователя контраста, следящей системы тягового электропривода и блока измерения базы фотометрирования повышает точность измерения, так как дает возможность измерять дальность видимости непосредственно, без последующих пересчетов по приближеннъ1м уравнениям.

На фиг.1 представлена блок-схема измерителя дальности видимости; на фиг.2 пример конкретного выполнения оптико-электронного преобразователя контраста (позиции на фиг.2 даны в соответствии с прохождением сигнала); на фиг.З графики, поясняющие работу оптико-электронного преобразователя контргста.

Измеритель дальности видимости содержит свето-поглощающую камеру-экран 1, двойной телефотометр 2, с телескопами 3 и 4, двухканальный оптико-электронный преобразователь 5 контраста, следящую систему 6 тягового электропривода, трансмиссию 7, рельсовую .ходовую тележку 8 с платформой 9, блок 10 измерения базы фотометрирования и регистратор 11 (фиг.1).

Двухканальный оптико-электронный преобразователь (фиг.2) содержит модулятор 12 света, поворотные зеркала 13 и , фоточувствительный элемент 15, усилитель 16, двухканальный коммутатор 17 сигналов, стробируемые усилители 18 и 19, триггер 20, пороговое устройство 21, счетчик 22 импульсов, амплитудные детекторы 23 и 2k, схему 25 вычитания, схему 26 синхронизации коммутатора, источник 27 света, оптическую линзу 28.

Светопоглощающая камера-экран 1 с телефотометром 2 образуют измерительную базу фотометрирования, Светопоглощающая камера-экран 1 выполнена в виде зачерненного изнутри параллелепипеда. Двойной телефотометр

2выполнен в виде двух телескопов

3и 4, идентичных по оптическим параметрам, причем телескоп 3 ориентирован на фон вблизи линии горизонта, а телескоп j - на торцовое отверстие камеры-экрана 1 таким образом, что окружающий камеру фон

не попадает в его поле зрения. В телескопе 3 установлена диафрагма не показана), размеры которой выбираются из соотношения

,

D относительное отверстие диафрагмируемого объектива телескопа ;

0„ относительное отверстие недиафрагмируемого объектива телескопа-,

порог контрастной чувствиК тельности глаза

В примере конкретного выполнения оптико-электронного преобразователя 5 контраста (фиг.2) модулятор 12 света выполнен в виде дискового обтюратора с вырезами. Вырез А служит для формирования световых сигналов синхронизации двухканального коммутатора 17. Поворотные зеркала 13 и 1 предназначенные для направления модулированного светового излучения на фотоэлемент 15, преобразующий световые сигналы в электрические импульсы. Выход фотоэлемента 15 соединен через усилитель 16 со входом двухканального коммутатора 17. Комму татор 17 служит для разделения по двум каналам сигналов, соответствующих изображению на выходе телефотометра 2 камб:ры-экрана 1 и окружающего ее фона. Коммутатор 17 состоит из двух стробируемых усилителей 18 и 19, сигнальные входы которых соеди нены с выходом усилителя 16, Стробирующие входы усилителей подключены к выходам триггера 20. Триггер 20 типа RS служит для формирования импульсов логической единицы и нуля, управляющих работой усилителей 18 и 19, а именно: при единичном импульсе усилители открыты, при нулево заперты Выход усилителя 16 соединен с установочным входом S триггера 20 через пороговое устройство 21, выраб ;тываю(дее стандартизованный по амплитуде и длительности импульс. По входу R триггер 20 соединен с выходом усилителя 18 через счетчик 22, емкос счета которого М равна числу модулирующих вырезов в диске обтюратора 12 Выходы усилителей 18 и 19 через амплитудные детекторы 23 и 2i соединены со входами схемы 2S вычитания. Схема предназначена для получения сигнала, пропорционального разности амплитуд сигналов на выходе двухканального коммутатора 17. Схема 26 синхронизации коммутатора служит для формирования импульсов, синхронизирующих ра деление по каналам выходных сигналов телескопов 3 и . Схема 26 включает источник 27 света и оптическую линзу 28, фокусирующую световое излучение на вырезе А в диске обтюратора 1 Выход схемы 25 вычитания оптико-элек ронного преобразователя 5 контраста соединен с входом следящей системы 6 тягового электропривода.. Следящая система 6 предназначена для регулиро вание числа оборотов электродвигателя постоянного тока в зависимости от амплитуды и полярности управляющего входного сигнала. Следящая система 6 через трансмиссию 7, например, механического типа,, связана с колесами рельсовой ходовой тележки 8. Тележка 8 соединена с платформой 9, на которой установлены двойной телефотометр 2, оптико-электронный преобразователь 5, контраста, следящая система 6 тягового электропривода, а также отражатель измерителя базы фотометрирования и источники электропитания (не показаны). Ходовая 8 установлена на рельсах с возможностью перемещения вдоль базы фотометрирования. Измеритель базы фотометрирования может быть выполнен в виде радио- или светолокационного дальномера, установленного неподвижно. Выход блока 10 измерения фазы фотометрирования соединен с регистратором 11, который может быть выполнен в виде аналогового или цифрового устройства. Измеритель дальности видимости работает следующим образом. В исходном состоянии, соответстйующем некоторому значению дальности видимости D (интервал времени tg-t-i, см.фиг.За), освеи1енности изображений на выходе телескопов 3 и « равны. Тогда, при выполнении уравнения D , освещенности изображений Е-J и Ед на выходе соответствующих телескопов равны при фотометрируемых яркостях Bj и В,,, отличающихся в (1-К) раз. Ej-E при 3 (1-К), где К - порог контрастной чувствительности глаза. . Дисковый обтюратор 12 равномерно вращается. При этом на выходе фоточувствительного элемента 15,периодически формируются импульсы, пропорциональные освещенностям Ejn Е, и сигналы синхронизации (фиг.Зб). После усиления в устройстве 1б эти си1 налы селектируются пороговым устройством 21 (фиг.Зв) и по входу S устанавливают триггер 20 в состояние Г (логическая единица, фиг.Зг). Сигналы с выхода усилителя 16 проходят через стробируемый усилитель 18 на входы счетчика 22 и амплитуд- . ного детектора 23. После прохождения .М импульсов на выходе счетчика формируется сигнал установки триггера 20 по входу R в состояние О (логический нуль, фиг.Зг), При этом сигнал 1 формируется на другом плече триггера, соединенном со стробирующим входом усилителя 19 (фи( .Зе). Усилитель 19 пропускает сигналы на вход амплитудного детектора 24. Ампл туды выходных сигналов детекторов 23 и 2 равны (фиг.Зи.к), Амплитуда сигнала на выходе схемы 25 вычитаНИИ равна нулю (фиг.3л). При нулевом сигнале на входе следящей системы 6 тягового электропривода число оборотов . В данный момент рельсовая ходовая тележка 8 отстоит от кам ры-экрана 1 на расстоянии D ном дальности видимости (фиг„3м). Из меренная с помощью блока 10 измерени базы фотометрирования величина дальности видимости 0{ фиксируется регис ратором 11 о Если в момент времени t j произошл изменение контраста камеры-экрана относительно окружающего ее фона (фиг.За, то этому соответствует определенное изменение амплитуд выходных сигналов фоточувствительного эле мента 15 (фиГсЗб и амплитудных детекторов 23 и 2 (фиг.3и,к). На выходе схемы 25 вычитания появляется сигнал, который управляет работой следящей систек« 1 6, тягового электрог привода. Усилие, передаваемое от тягового электропривода через трансмис сию 7 к рельсовой ходовой тележке 8, приводит ее в движение. Тележка 8 перемещается до момента, когда сигнал рассогласования на выходе следящей системы 6 тягового электропривода становится равным нулю (момент времени t/j, фиг.За). При этом камера-экран 1 воспринимается двойным телефотометром 2 на уровне порога контрастной чувствительности глаза. Измеренное блоком 10 измерения базы фотометрирования значение дальности видимости, равное DI (фиг.Зм), фик88сируется регистргтором 11. В дальнейшем работа предлагаемого измерителя дальности видимости циклически повторяется. Данный измеритель дальности видимости позволяет повысить точность измерений. Это достигается за счет, того что устройство позволяет измерять непосредственно дальность видимости без последующего пересчета контраста в дальность видимости с применением приближенных уравнений и ряда априорных идеализации. Формула изобретения Измеритель дальности видимости, содержащий светопоглощающую камеру-экран, двойной телефотометр с диафрагмой в одном из телескопов и регистратор, отличающийся тем, что, с целью повышения .точности из- . мерений, он снабжен соединенным с регистратором блоком измерения базы фотометрирования, двухканальным оптико-электронным преобразователем контраста и следящей системой, со входом которой через преобразователь связан телефотометр, а также, установленной с возможностью перемещения вдоль базы фотометрирования, ходовой тележкой с приводом, подсоединенным к выходу следящей системы, при этом телефотометр установлен на этой ходовой тележке. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Стернзат М.С. Метеорологические приборы и наблюдения. Л., Гидрометеоиздат. 1968, j:. 339-3 9. 2.То же, с.316-320 (прототип).

fe

мкц ииица

.

--««- -

1

.1

л м

Д|

V