Базисный фотометр

 

Использование: изобретение относится к технике измерения фотометрических параметров и предназначено для измерения прозрачности атмосферы на аэродроме. Сущность изобретения: фотометр содержит излучатель, два приемника световых импульсов, расположенных на противоположных концах базисной линии, коаксиальный кабель, блок обработки электрических сигналов, включающий масштабный усилитель, коммутатор и устройство нормирования амплитуд сигналов, имеющее три входа и два выхода, измерительные трассы для первого и второго приемников пространственно совмещены по их длине, приводится электрическая схема фотометра. 1 з.п.ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к технике измерения фотометрических параметров и предназначено, преимущественно, для измерения прозрачности атмосферы на аэродроме.

К основным средствам, предназначенным для измерения прозрачности атмосферы на аэродроме, относятся базисные фотометры (трансмиссометры). Известны два варианта реализации базисных фотометров. В первом варианте на одном конце базисной линии прибора установлен блок источника света, на другом приемник света [1] Второй вариант отличается тем, что на одном конце базисной линии установлен блок приемоизлучателя, а на другом отражатель света [2] Недостатком обоих вариантов реализации является ограниченный диапазон измерения прозрачности (коэффициента светопропускания). Прототипом предполагаемого изобретения выбран базисный фотометр [2] содержащий источник и приемник световых импульсов, а также блок обработки электрических сигналов, установленные на одном конце базисной линии, отражатель света, установленный на другом конце базисной линии, при этом оптический вход приемника световых импульсов связан с источником световых импульсов через измеряемую среду и отражатель света, электрический выход приемника световых импульсов соединен со входом блока обработки электрических сигналов, выход которого предназначен для подключения к проводному каналу связи с целью передачи измерительной информации и на устройство отображения или систему автоматизированного сбора и обработки метеоинформации. Благодаря двухкратному прохождению светового сигнала через измеряемую среду (в прямом до отражателя и обратном к блоку приемоизлучателя направлении) удается в два раза уменьшить длину базисной линии прибора при сохранении длины измерительной трассы и верхнего предела измерения.

Недостатком прототипа является ограниченный диапазон измерения коэффициента светопропускания в нижнем участке шкалы. Расширение диапазона измерения в сторону низких значений прозрачности возможно лишь при уменьшении длины базисной линии, что пропорционально ограничивает верхней предел измерения.

Задача, на решение которой направлено изобретение, расширение диапазона измерений коэффициента светопропускания. Сущность изобретения состоит в том, что базисный фотометр, содержащий установленные на одном конце базисной линии источник и первый приемник световых импульсов, а также блок обработки электрических сигналов, и отражатель света, установленный на противоположном конце базисной линии; оптический вход первого приемника связан с источником световых импульсов через отрезок измерительной трассы, проходящий через измеряемую среду и отражатель, электрический выход приемника соединен с первым входом блока обработки, второй вход которого электрически связан с источником световых импульсов, выход блока обработки связан с первым его входом через устройство нормирования амплитуд сигналов, дополнительно содержит второй приемник световых импульсов, установленный на противоположном от излучателя конце базисной линии, коаксиальный кабель, масштабный усилитель, электронный коммутатор, блок обработки электрических сигналов имеет дополнительный третий вход, при этом оптический вход второго приемника связан с источником световых импульсов через отрезок измерительной трассы, а электрический выход с дополнительным входом блока обработки электрических сигналов через коаксиальный кабель и масштабный усилитель так, что измерительные трассы для первого и второго приемников пространственно совмещены по всей их длине, выход блока обработки связан с первым его входом через коммутатор и первый выход устройства нормирования сигналов, который соединен с первым входом электронного коммутатора, второй вход которого подключен ко второму выходу устройства нормирования сигналов, сопряженному с третьим его входом, который является дополнительным входом блока обработки, выход коммутатора является выходом базисного фотометра, который соединен с одним из входов коммутатора в зависимости от управляющего сигнала на его входе.

Совокупность существенных признаков достаточна для решения поставленной задачи. Введение в фотометр дополнительно второго приемника, установленного на противоположном от излучателя конце базисной линии и дополнительного входа в блок обработки и коммутатора электрических сигналов, коаксиального кабеля и масштабного усилителя, обеспечивающих электрическую связь с блоком обработки, позволяет на порядок величины расширить диапазон измерения коэффициента светопропускания и таким образом повысить точность определения дальности видимости.

На фиг.1 приведена схема предложенного устройства.

Устройство содержит источник излучения 1 и первый приемник 2 световых импульсов, блок обработки электрических сигналов 3 и масштабный усилитель 4, установленные на одном конце базисной линии, отражатель 5 и второй приемник световых импульсов 6, электрически связанный с блоком обработки 3 через коаксиальный кабель l, оптический вход (2а) первого приемника световых импульсов связан с источником световых импульсов через отрезок измерительной трассы (L) и отражатель 5, установленный на расстоянии l/2 от излучателя 1, оптический вход второго приемника световых импульсов 6а связан с источником световых импульсов через отрезок измерительной трассы l/2, равный длине базисной линии прибора, электрический выход первого приемника подключен к первому входу 7 блока обработки 3, электрический выход второго приемника подключен ко второму входу 8 блока обработки 3 через масштабный усилитель 4, третий вход 9 блока обработки электрически связан с источником световых импульсов 1.

Блок обработки содержит коммутатор электрических сигналов 10, устройство нормирования сигналов 11, сравнивающее устройство 12. Входы коммутатора подключены к выходам 7/9 и 8/9 устройства 11, входы сравнивающего устройства 12 соединены со входами 8/9 и 7/8 устройства нормирования сигналов 11.

Входы 7,8 и 9 устройства 11 являются входами блока обработки 3, выходом которого является выход коммутатора 10. Выход 13 сравнивающего устройства 12 подключен к управляющему входу масштабного усилителя 4.

Устройство работает следующим образом. Источник световых импульсов 1 формирует световой поток в направлении отражателя 5. Одновременно электрические сигналы, пропорциональные интенсивности излучаемых импульсов, поступают на вход 9 блока обработки 3. Отражатель 5 возвращает световые импульсы на первый приемник 2. В блоке обработки 3 устройство нормирования сигналов 11 измеряет отношение амплитуд сигналов, ослабленных измеряемой средой на отрезке трассы, равном удвоенной длине базисной линии, к амплитудам излучаемых импульсов. Дополнительно устройство 11 измеряет отношение амплитуд сигналов на входе 8, полученных от второго приемника 6, ослабленных измеряемой средой на отрезке трассы, равном длине базисной линии, к амплитудам излучаемых импульсов. На вход 8 блока обработки 3 сигналы от второго приемника 6 поступают после прохождения по коаксиальному кабелю l и каналу масштабного усилителя 4. При относительно высокой прозрачности измеряемой среды уровни нормированных сигналов, поступающих от обоих приемников, будут практически одинаковы.

По мере ухудшения прозрачности среды уровень сигналов, поступающих от первого приемника, уменьшается быстрее по отношению к сигналам от второго приемника. При большой оптической плотности среды сигнал от первого приемника становится слишком малым для того, чтобы выполнять приемлемые по точности измерения. Сигнал на выходе второго приемника оказывается заметно больше, что и позволяет расширить нижний предел измерения. Например, в случае, когда сигнал на выходе первого приемника уменьшается до 1% своей исходной величины, соответствующей высокой прозрачности среды, сигнал на выходе второго приемника оказывается на порядок величины больше и составляет 10% исходной величины. Это объясняется тем, что сигнал, прежде чем он будет принят первым приемником, пройдет измеряемую среду дважды в прямом и обратном направлении, в то время как сигнал, принятый вторым приемником, пройдет через измеряемую среду лишь в одном направлении. Измеренное значение коэффициента пропускания в первом случае равно квадрату коэффициента пропускания во втором случае, то есть K₁=K²₂. Если, например, K₂ 0,1, то K₁ 0,01. Таким образом, при заданной погрешности измерения оказывается возможным на порядок величины расширить диапазон измерения коэффициента светопропускания. В зависимости от сигнала на управляющем входе блока обработки на выход прибора поступает сигнал, пропорциональный K₁ или K₂. Блок обработки, кроме того, выполняет непрерывный контроль достоверности измерений путем сравнения сигналов, поступающих от первого и второго приемников после их нормирования в устройстве 11.

Контроль достоверности измерений в предложенном устройстве возможен благодаря пространственному совмещению основной (L) и дополнительной (L/2) измерительных трасс, ограниченных базисной линией прибора (L/2). Световой импульс проходит один и тот же отрезок среды на обеих измерительных трассах. Блок обработки выполняет контроль достоверности с помощью сравнивающего устройства 12, на входы которого поступают сигналы с выходов 8/9 и 7/8 устройства нормирования сигналов 11. На своем выходе 7/8 устройство 11 формирует сигнал, пропорциональный отношению уровней сигналов на его основном и дополнительном входах, то есть сигнал, равный отношению К_осн(L)/К_доп(L/2). При этом на выходе 8/9 имеется сигнал, пропорциональный K_доп(L/2). Указанные сигналы действуют на входах сравнивающего устройства 12, выход которого 13 соединен с управляющим входом масштабного усилителя 4. Коэффициент передачи масштабного усилителя устанавливается благодаря действию этой обратной связи таким, чтобы обеспечивалось равенство сигналов на входах сравнивающего устройства 12, то есть: К_осн(L)/K_доп(L/2) K_доп(L/2) Выполнение этого равенства возможно в случае равенства К_осн(L/2) K_доп(L/2), то есть в случае идентичности коэффициентов передачи элементов в обоих измерительных каналах. Если, например, коэффициент передачи второго фотоприемника изменяется под воздействием дестабилизирующих факторов, то это изменение будет автоматически скомпенсировано блоком обработки.

Формула изобретения

1. Базисный фотометр, содержащий установленные на одном конце базисной линии источник излучения и первый приемник световых импульсов, а также блок обработки электрических сигналов, включающий устройство нормирования амплитуд сигналов (на два входа) и коммутатор каналов, и отражатель света, установленный на противоположном конце базисной линии, оптический вход первого приемника связан с источником световых импульсов через отрезок измерительной трассы и отражатель, электрический выход приемника соединен с первым входом устройства нормирования амплитуд сигналов, второй вход которого электрически связан с источником световых импульсов, выход блока обработки соединен с выходом устройства нормирования амплитуд сигналов через коммутатор каналов и является выходом фотометра, отличающийся тем, что он дополнительно содержит второй приемник световых импульсов, установленный на противоположном источнику излучения конце базисной линии, коаксиальный кабель, в блок обработки введен масштабный усилитель, устройство нормирования амплитуд имеет дополнительный третий вход и второй выход, при этом оптический вход второго приемника связан с источником излучения через отрезок измерительной трассы, а электрический выход с дополнительным входом устройства нормирования амплитуд через коаксиальный кабель и масштабный усилитель так, что измерительные трассы для первого и второго приемников световых импульсов пространственно совмещены по всей их длине, второй выход устройства нормирования амплитуд сигналов сопряжен с вторым и третьим (дополнительными) его входами и подключен к второму входу коммутатора.

2. Фотометр по п.1, отличающийся тем, что блок обработки содержит сравнивающее устройство на два входа, один из которых соединен с выходом устройства нормирования амплитуд сигналов, сопряженным с вторым и третьим его входами, устройство нормирования сигналов имеет третий выход, сопряженный с третьим и первым его входами, соединенный с другим входом сравнивающего устройства, масштабный усилитель имеет управляющий вход, соединенный с выходом сравнивающего устройства.

РИСУНКИ

Рисунок 1