Устройство и способ для измерения пропускания света в атмосфере и определения метеорологической дальности видимости

Изобретение относится к измерениям пропускания света в атмосфере и определения метеорологической дальности видимости и может быть использовано на взлетно-посадочных полосах. Устройство для измерения пропускания в атмосфере и определения метеорологической дальности видимости содержит системы излучателя и приемника излучения, которые соответственно закреплены на конструкции стойки, выполненной из труб, состоящей из несущей внутренней трубы и механически полностью разъединенной с нею, защищающей внутреннюю трубу наружной трубы. На внутренней трубе установлены все необходимые для проведения измерений устройства, которые, в частности, обеспечивают оптическое центрирование системы излучателя и приемника, а на наружной трубе установлены все конструктивные элементы, которые могут изменять свое положение вследствие своего веса, ветровой нагрузки или одностороннего солнечного излучения, так что оптическое центрирование остается не подверженным этим влияниям. Устройство для измерения коэффициента рассеяния атмосферы является интегральной составляющей частью устройства для измерения пропускания и непосредственно связано с наружной трубой. Перед системами излучателя и приемника для защиты от загрязнения оптических и электронных компонентов установлены в форме V под углом 90° относительно друг друга аппаратные стекла. Каждой V-образной системе аппаратных стекол придано собственное устройство для измерения пропускания, которое определяет степень загрязнения аппаратных стекол. Системы излучателя и приемника установлены с возможностью перемещения с помощью карданного устройства. Техническим результатом является упрощение эксплуатации устройства. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 7 ил.

 

Изобретение относится к устройству и способу для измерения пропускания (света) в атмосфере и определения метеорологической дальности видимости, причем это устройство и способ используют, в частности, на взлетно-посадочных полосах.

Устройство излучателя света и устройство приемника светового излучения визибилиметров, использующих измерение пропускания света в атмосфере, устанавливаются напротив друг друга на жестком расстоянии, так называемой длине измерительной базы. На основании диапазона измерений дальности видимости, требуемого для воздушного сообщения, получаются типичные стандартные величины измерительных баз от 50 м и более, для возможности преобразования результатов измерения пропускания в соответствующие дальности видимости в пределах допустимых погрешностей.

Известны варианты осуществления, в которых комбинированную систему излучатель света/приемник светового излучения комбинируют с системой зеркал на длине базы. При этом свет от излучателя проходит участок дважды.

В любом случае обе указанные части устройства установлены на соответствующей подставке для обеспечения номинальной высоты измерения 2,5 м над поверхностью взлетно-посадочной полосы. Из соображений стабильности, необходимой для центрирования оптики, эти конструкции подставок обычно закрепляют на массивном бетонном фундаменте.

Для обеспечения достижения всего требуемого диапазона измерений для высшей категории летного режима (CAT IIIb), обычно комбинируют друг с другом две различные длины измерительных баз. Дополнительная, так называемая короткая база (длина измерительной базы 10-15 м) выдает значения замеров для области очень малых дальностей видимости (<100 м), которые больше не могут генерироваться в пределах допустимых погрешностей для стандартных величин измерительных баз. Обычно излучатель света комбинируется с двумя приемниками светового излучения, также известны системы с устройствами излучатель света/приемник света и двумя системами зеркал.

Далее, известны так называемые визибилиметры, использующие измерение пропускания в атмосфере, с длинами измерительных баз до 300 м, которые находят применение для диапазона дальности видимости до 10 км.

Для исключения воздействия светового излучения окружающей среды, излучатель света модулируется по интенсивности, приемник светового излучения предпочтительно реагирует на падающий свет с известной модуляцией. Эта модуляция может быть обеспечена периодической или в виде импульсов. В качестве источников светового излучения известны предпочтительно модулированные механически или модулированные с очень низкой частотой галогенные источники, находящиеся в импульсном режиме при низкой частоте ксеноновые лампы-вспышки, а также диоды, излучающие инфракрасный свет, и источники лазерного излучения.

Из результата измерения пропускания в атмосфере, основываясь на пороге контрастной чувствительности, метеорологическую дальность видимости MOR (Meteorological Optical Range) рассчитывают следующим образом:

MOR(m)=(ln K·B)/ln T,

где

K=0,05 (5%-ный порог контрастной чувствительности),

B - длина измерительной базы в метрах и

T - нормированное пропускание в атмосфере.

Так как процессы установки, запуска работы и работа визибилиметра содержит многочисленные проблемные и трудно осваиваемые отдельные аспекты, а также нежелательным образом нарушается точность измерений визибилиметров из-за различных влияний окружающей среды, то известны различные меры для упрощения установки и/или запуска работы, а также снижения нежелательных воздействий окружающей среды на визибилиметр.

Так как излучатели света и приемники световых излучений устанавливаются на отдельных бетонных фундаментах, то сначала является неизбежным прецизионное центрирование оптики. При этом индивидуальные отклонения в установке и выполнении компенсируются центрированием. Собственно, массивные бетонные фундаменты не гарантируют, что их положение относительно друг друга всегда остается точно неизменным. Каждое смещение бетонных фундаментов приводит, однако, к нарушению центрирования оптики, что часто можно наблюдать на практике, и таким образом принудительно ведет к погрешностям измерений дальности видимости, идентичным тем, которые возникают благодаря загрязнению наружных поверхностей оптических устройств. Поэтому следует регулярно перепроверять центрирование и при необходимости корректировать. При этом находят применение оптические вспомогательные средства, которые вводятся в ход лучей, для проверки качества центрирования. Для этого обычно необходимо прерывать измерение. В любом случае требуются воздействия на излучатель света и приемник светового излучения на месте установки, они связаны с потерей времени и при случае нарушают режим полетов. Другим источником ошибок является загрязнение поверхности оптических устройств, которое обнаруживают, а затем указанное загрязнение следует компенсировать или устранять с помощью соответствующих мер. Наружные поверхности оптических устройств подвергаются непрерывному загрязнению, которое уже при незначительном возникновении снижает пропускание аппаратных стекол и приводит к значительным погрешностям измерений дальности видимости, особенно у верхнего конца области измерений. Наряду с регулярно необходимой и обычно часто осуществляемой очисткой аппаратных стекол известны различные конструктивные мероприятия для снижения этого загрязнения и связанных с ним значительных издержек на уход. Например, могут использоваться щитки, которые лишь время от времени освобождают наружные поверхности оптических устройств, во время проведения измерения. Этот метод имеет недостаток, связанный с постоянно движущимися частями в наружной области, с опасностью полной потери функционирования в случае дефекта щитка и малой последовательностью измерений, если техника должна достичь заметного снижения загрязнения. Такие варианты осуществления не имеют больше номинально значимого практического применения. Патент США 4432649 описывает подобный механизм для элементов, установленных с возможностью поворота в ход лучей. Защищающие от атмосферных агентов колпаки относятся к стандартному выполнению, и их можно обнаружить практически в любой конструкции. Защитное действие этих колпаков, в сущности, зависит от их протяженности перед наружными поверхностями оптики. Длина колпаков для защиты от атмосферных агентов, разумеется, ограничена необходимым полем зрения для оптических систем и возрастающей величиной поверхности, подвергаемой воздействию ветра.

С помощью колпаков для защиты от атмосферных агентов можно снизить лишь большие эффекты загрязнений, связанные с осадками. На постоянное увеличение загрязнения, представляющего собой пыль и тонкие частицы, нельзя оказать существенного влияния. Воздуходувки, которые создают воздушный поток на аппаратных стеклах или перед аппаратными стеклами, находят практическое применение в некоторых вариантах осуществления. Они имеют то преимущество, что могут также частично удерживать пыль и тонкие частицы на расстоянии от наружных поверхностей оптики. Разумеется, также и в этом случае нельзя избежать постоянного увеличения загрязнения. Вследствие завихрений воздушного потока постоянно некоторая часть частиц загрязнений попадает на аппаратные стекла и оказывает негативное влияние на эффективность измерений визибилиметра, оснащенного таким образом. Из заявки EP 1300671 известно устройство, в котором при необходимости соответственно чистый сегмент аппаратного стекла, выполненного в форме круга, может быть введен в оптический ход лучей излучателя света и приемника светового излучения путем поворота этого стекла. Это мероприятие пригодно для того, чтобы продлить промежуток времени между очистками в соответствии с числом имеющихся в распоряжении сегментов. Хотя также защита чистых сегментов от загрязнения и наличие в наружной области часто приводимых в движение частей не является беспроблемной. В каждом из известных вариантов осуществления выполнения раньше или позже очистка аппаратных стекол является единственно надежным средством для исключения эффекта загрязнения. При этом полное предотвращение загрязнения невозможно. Наряду с приведенными возможностями предотвращения или снижения загрязнения известны различные способы и устройства, которые определяют степень загрязнения наружных поверхностей оптики оптических измерительных устройств в наружном применении. Из патента США 4432649 известны способ и устройство, при которых оценивается изменение полного внутреннего отражения аппаратных стекол благодаря частицам загрязнений. Под углом полного внутреннего отражения на кромке стекла свет подается с помощью отдельного излучателя света. Световой поток проникает через все стекло по типичной зигзагообразной траектории между обеими внутренними граничными поверхностями стекла. Если на поверхностях находятся частицы загрязнений, то часть света отсеивается из стекла. На кромке стекла, противоположной подаче, находится соответствующий приемник светового излучения, который обнаруживает остаточный световой поток. По потере светового сигнала после прохождения через стекло можно сделать заключение о степени его загрязнения.

Из патентного описания EP 1300671 известны способ и устройство, в котором при необходимости можно ввести в оптический ход лучей между излучателем света и приемником светового излучения соответственно чистый сегмент аппаратного стекла, выполненного в форме круга, путем поворота этого стекла. Путем сравнения замеренных значений при загрязненном и временно введенном чистом сегменте стекла можно сделать заключение об имеющейся степени загрязнения. Недостатком этого способа является соответственно необходимое нарушение измерений пропускания в целях определения степени загрязнения и часто смещаемые в соответствии с необходимостью механические элементы устройства.

Из патентного описания EP 0745838 известны способ и устройство, которое для устройства измерения пропускания предусматривает оснащение двух излучателей света/приемников светового излучения аппаратными стеклами, смонтированными под углом, определяет пропускание этих аппаратных стекол с помощью отдельных систем стекла излучателя и стекла приемника и связывает с обоими имеющимися результатами измерений для получения значения пропускания в атмосфере.

Для описанного способа требуются две системы устройств, обе из которых требуют как излучатель света, так и приемник светового излучения для измерения пропускания в атмосфере по двум отдельным путям с помощью различных аппаратных стекол.

Визибилиметры, использующие измерение пропускания света в атмосфере, нуждаются, однако, после установки и центрирования в подгонке полученного ими замеренного значения пропускания (света) в атмосфере и полученного из этих измерений значения дальности видимости к реальным условиям видимости на месте установки. Этот процесс подгонки обычно называют калиброванием. При особом принятии во внимание того факта, что визибилиметр в окончательно откалиброванном рабочем состоянии при бесконечно высокой дальности видимости должен достигать значения пропускания 100%, калибрование проводится обычно при очень высоких условиях видимости >10 км, чтобы, по меньшей мере, приблизительно достичь требуемых условий калибрования, так как ситуацию с примерно бесконечно высокой дальностью видимости обычно можно встретить слишком редко.

Таким образом, все же также имеющая место в данный момент дальность видимости оценивается обученным персоналом наблюдения и для данного визибилиметра замеренное значение пропускания устанавливается соответственно длине измерительной базы.

Эта настройка осуществляется часто только вручную в качестве электронной «настройки чувствительности» на приемнике или путем юстировки интенсивности светового излучения.

В процессе электронной обработки данных стали возможными также чисто вычислительные способы калибрования. К выдаваемому визибилиметром замеренному значению подается дополнительный калибровочный коэффициент, который ориентируется на дальность видимости, полученную наблюдателем, и после введения в клавиатуру дальности видимости от наблюдателя автоматически вычисляется с помощью устройства для обработки данных.

В основе изобретения лежит задача обеспечивать устройство и способ, с помощью которых можно устранить недостатки устройств, известных из уровня техники.

Согласно изобретению устройство для измерения пропускания в атмосфере и определения метеорологической дальности видимости с помощью системы излучения и системы приема излучения, закрепленных на выполненной из труб конструкции стойки, решается благодаря тому, что конструкция стойки, выполненной из труб, состоит из несущей внутренней трубы и механически полностью с нею разъединенной наружной трубы, защищающей внутреннюю трубу, причем на внутренней трубе установлены все необходимые для измерения устройства, которые, в частности, обеспечивают центрирование оптики систем излучения и приема, при этом на наружной трубе установлены все конструктивные элементы, которые из-за собственного веса, ветровой нагрузки или одностороннего солнечного облучения могут изменять свое положение, так что центрирование оптики не подвергается влиянию этих эффектов, причем устройство для измерения коэффициента рассеяния атмосферы является интегральной составляющей частью системы измерения пропускания и состоит в непосредственной связи с наружной трубой, при этом соответственно перед излучающим и приемным устройством установлены аппаратные стекла в форме V под углом 90° относительно друг друга для защиты от загрязнений оптических и электронных компонентов, при этом каждому из установленных в форме V аппаратных стекол соответствует устройство для измерения пропускания для измерения прозрачности, которая определяет степень загрязнения аппаратного стекла, при этом оптическая система излучателя, оптическая система приемника расположены с возможностью перемещения посредством карданного устройства. Предпочтительно, если излучающее устройство и приемное устройство оснащены продувочной системой воздуха таким образом, что траектория полета частиц осадков, направленная против аппаратных стекол, перед попаданием в них отклоняется по направлению к земле таким образом, что эти частички осадков, как, например, дождевые капли или снежные хлопья, не могут достичь наружных поверхностей оптики. При этом, так как устройство для измерения коэффициента рассеяния атмосферы регистрирует осадки, то эта информация может использоваться для запуска продувочной системы воздуха. Таким образом, исключается непрерывный режим работы, при наличии осадков предотвращается возможное осаждение загрязнений на стеклах устройств. Устройство для измерения коэффициента рассеяния атмосферы предпочтительно выполнено в виде устройства для измерения коэффициента рассеяния атмосферы с рассеиванием вперед. Особенно предпочтительным является применение светоизлучающего диода белого света в качестве источника излучения. Далее предпочтительным является, если приемник использует синхронную демодуляцию и жестко синхронизирован с модулирующей частотой излучателя.

Согласно аспекту изобретения обеспечивается способ измерения пропускания в атмосфере и определения метеорологической дальности видимости благодаря тому, что в выбранных автоматически ситуациях определяют калибровочный коэффициент, причем калибровочный коэффициент получается путем формирования соотношения значения дальности видимости, выдаваемого устройством для измерения коэффициента рассеяния атмосферы, которое было пересчитано в эквивалентное значение пропускания, и замеренного значения пропускания в атмосфере, что между автоматически выбранными ситуациями определяется посредством поправочного коэффициента на загрязнение, причем поправочный коэффициент определяется с помощью постоянного измерения прозрачности аппаратных стекол, которые находятся перед излучателем и приемником, что, зная полученный поправочный коэффициент и калибровочный коэффициент, определяют коэффициент центрирования, который является эквивалентом тому, что изменилось оптическое центрирование между излучателем и приемником, что замеренное значение пропускания в атмосфере, полученное от устройства для измерения пропускания, корректируется калибровочным коэффициентом и поправочным коэффициентом, при этом полученный коэффициент центрирования используется для возможности снова создать исходное положение юстирования между приемником и излучателем.

Настоящее изобретение выполнено с возможностью исключения всех известных из практики вредных воздействий, а с другой стороны, с возможностью детально учесть и при необходимости компенсировать указанные вредные воздействия.

Благодаря этому получается система измерения пропускания для определения метеорологической дальности видимости на аэродромах, почти не требующая ухода.

Изобретение поясняется далее более подробно на основе вариантов осуществления со ссылками на сопровождающие чертежи, на которых:

Фиг.1 представляет таблицу изображения относительной погрешности измерений дальности видимости для принятого коэффициента загрязнения стекла 1%.

Фиг.2 представляет основные элементы устройства согласно изобретению.

Фиг.3 представляет графики, иллюстрирующие погрешность измерения дальности видимости, обусловленную ошибкой при считывании традиционно, в сравнении с устройством согласно изобретению.

Фиг.4 представляет основную структуру конструкции стойки, выполненной из труб, с закрепленными на ней основными конструктивными узлами.

Фиг.5 представляет конструкцию системы излучения.

Фиг.6 представляет конструкцию продувочной системы воздуха.

Фиг.7 представляет вид устройства для измерения прозрачности аппаратных стекол.

Следуя основному принципу визибилиметров, использующих измерение пропускания света в атмосфере, как можно увидеть из фиг.2, система 3 излучателя и система 4 приемника, установленные на конструкции 1 стойки, выполненной из труб, и защищенные колпаком 2 для защиты от атмосферных агентов, располагаются напротив друг друга. В данном случае расстояние, так называемая длина измерительной базы, между обеими системами составляет 30 м, причем также могут быть реализованы другие стандартные длины измерительных баз 50 м и 75 м.

Для достижения требуемой высоты измерения 2,5 м система 3 излучателя и система 4 приемника установлены на конструкции 1 стойки, выполненной из труб. Она обеспечивает особенно высокую стабильность, в частности, в отношении возможных перекашиваний вследствие одностороннего солнечного облучения и ветровых нагрузок.

Выполнение конструкции 1 стойки из труб предусматривает двойную конструкцию из труб, причем единственный механический контакт между внутренней и наружной трубами 5, 6 осуществлен в области плиты основания.

Этот новый вариант осуществления изобретения позволяет полное механическое отделение оптоэлектронных систем, имеющих значение для измерения, от других частей конструкции. Оптоэлектронные системы поддерживаются механически отделенной внутренней трубой 5. Наружная труба 6 служит для защиты внутренней трубы 5 и несет все тяжелые или особенно подверженные воздействию окружающей среды компоненты, в частности, несущую конструкцию 7 с монтажным бугелем, воздуходувкой 8 и колпаком 2 для защиты от атмосферных агентов (см. фиг.4).

Колпак 2 для защиты от атмосферных агентов в указанном новом варианте осуществления может быть выполнен особенно длинным и, таким образом, особенно действенным, поэтому возникающая ветровая нагрузка благодаря конструкции 1 стойки, выполненной из труб, не оказывает никакого влияния на оптическое центрирование оптоэлектронной системы. Благодаря открытой в направлении вниз конструкции колпака 2 для защиты от атмосферных агентов, несмотря на это аппаратные стекла 9 остаются легко доступными для обслуживающего персонала при их очистке.

Оптоэлектронная система на внутренней трубе 5 и несущая конструкция 7 на наружной трубе могут поворачиваться вокруг осей труб для грубого центрирования по вертикали, а также оснащены установочными винтами для закрепления в окончательном положении.

Визирующее устройство на несущей конструкции 7 используется в качестве вспомогательного средства для процесса грубого центрирования, далее грубое центрирование дополнительно подкрепляется акустикой. Мощные сигнализаторы в оптоэлектронных системах излучателя и приемника при повышенном такте сигнала позволяют узнать, когда световой сигнал излучателя, достаточный для тонкого центрирования, достигает оптики системы приемника светового излучения.

Выполнение оптических систем 10 внутри оптоэлектронной системы излучателя и приемника позволяет осуществлять автоматическое тонкое центрирование излучателя и приемника. Оптические системы 10 в области линз располагаются с помощью карданной подвески 17. Приводные моторы 11 с эксцентриковыми элементами 12 в области фокальной длины оптических систем 10 обеспечивают чрезвычайно точную и исключающую зазоры возможность электромеханической юстировки оптических осей. При использовании соответствующих управляющих элементов можно управлять приводными моторами 11 с помощью микропроцессора. Положение эксцентриковых элементов 12 и тем самым оптических осей определяется с помощью потенциометров 13 раздельно для настройки по горизонтали и вертикали и после аналого-цифрового преобразования регистрируется микропроцессором управляющей системы (фиг.5).

В процессе автоматического тонкого центрирования оптика излучателя и приемника последовательно перемещается как по вертикали, так и по горизонтали. Во время процесса перемещения непрерывно и одновременно записываются как механическое положение оптических систем, так и соответствующий сигнал приема. Благодаря систематическому протеканию процесса настройки становится возможным определение как профиля интенсивности излучателя, так и распределение чувствительностей приемника.

После приема отдельных профилей получающиеся оптимальные горизонтальные и вертикальные центральные положения оптических осей, как для излучателя, так и для приемника, устанавливаются автоматически. Для этого оптимального центрирования оптических систем соответствующие положения эксцентриковых элементов 12 запоминаются в управляющей системе при нулевом напряжении и таким образом в любое время имеются в распоряжении при необходимости.

Для защиты оптоэлектронных элементов устройства для измерения пропускания, как для излучателя, так и для приемника предусмотрены прозрачные аппаратные стекла, которые не ограничивают оптический ход лучей. В данном варианте осуществления новая продувочная система воздуха предотвращает смачивание оптических наружных поверхностей, например, частицами осадков, приводимыми в движение ветром, которые не отражены колпаком 2 для защиты от атмосферных агентов. Чтобы противодействовать постоянной рециркуляции пыли и тонких частиц загрязнений продувочной системой воздуха и опасности отложений таких частиц на аппаратных стеклах, воздуходувка продувочной системы воздуха вступает в действие лишь при актуальном выпадении осадков. Информация об осадках, как это следует из фиг.2, создается с помощью устройства для измерения коэффициента рассеяния атмосферы на несущей конструкции 7 излучающей системы, которая выполнена с возможностью необходимой констатации погодных условий в данный момент.

Нагнетаемый поток продувочной системы воздуха имеет такие каналы, что в области перед аппаратными стеклами возникает направленный к земле воздушный поток. Частицы осадков перед достижением аппаратного стекла гарантированно отклоняются вниз, причем воздушный поток подкрепляет и ускоряет движение частиц в направлении к земле.

Воздушный канал 14 продувочной системы воздуха является конструктивной составляющей частью конструкции крышки оптоэлектронной системы. Он полностью механически разъединен с воздуходувкой. Таким образом, возникающая вибрация от воздуходувки 8 не может иметь никакого влияния на систему измерений и в частности не влияет на центрирование оптических осей (фиг.6).

Интегральную составляющую часть устройства согласно изобретению представляет устройство для измерения коэффициента рассеяния атмосферы, с помощью которого можно осуществлять текущий контроль качества калибрования измерения пропускания.

Система излучателя и приемника 3, 4 располагают монтажным бугелем, который является составляющей частью смонтированной на наружной защитной трубе несущей конструкции 7 для воздуходувки 8 и колпака 2 для защиты от атмосферных агентов. На этом бугеле смонтировано устройство 15 для измерения коэффициента рассеяния атмосферы, которое может, поэтому, проводить необходимые для этого способа сравнительные замеры в непосредственной пространственной близости от участка измерения пропускания. Так как ограничивающие дальность видимости погодные феномены, как правило, имеют негомогенное распределение в пространстве, то следует предпочесть эту непосредственную близость измерительного комплекса, состоящего из визибилиметра и устройства для измерения коэффициента рассеяния атмосферы, другим расположениям. Порядок работы и лежащий в его основе способ работы используемого устройства для измерения коэффициента рассеяния атмосферы известен из уровня техники. По причине более надежной эффективности измерений система измерений в соответствии с оптическим способом измерения коэффициента прямого рассеивания является предпочтительной по сравнению со способом измерения обратного рассеяния. Кроме того, используемое устройство для измерения прямого рассеяния вперед обеспечивает определение текущей погоды и генерирует в связи с этим информацию о ситуациях с осадками, как для управления продувочной системой воздуха, так и для описанного в связи с этим определения калибровочного коэффициента.

Системы измерения прямого рассеяния намного меньше подвержены возникновению погрешностей измерений, обусловленных загрязнениями, что объясняется принципом их устройства, и, кроме того, они располагают возможностью надежно определять также очень большие дальности видимости от 10 км и более, что с помощью систем для измерений пропускания возможно лишь при очень больших длинах измерительных баз (с недостатком, связанным с отсутствующей, но безусловно требуемой областью дальности видимости ниже 200 м) с, разумеется, все еще повышенной подверженностью возникновению погрешностей измерений, обусловленных загрязнениями.

Источники погрешностей при устройствах для измерений коэффициента рассеяния атмосферы основываются, главным образом, на относительно малом и тем самым не всегда эквивалентном объеме воздуха, в типичном случае <1 л, который используется для определения дальности видимости, а также на проблематике не эквивалентного измерения видимого увеличения облачности при различных феноменах осадков, что определяет предпочтительным применения выборочных визибилиметров для области измерения дальности видимости ниже примерно 3 км, имеющей значение в отношении надежности на аэродромах.

В данном варианте осуществления изобретения, затем, также замеренные значения дальности видимости, полученные с помощью устройства для измерения коэффициента рассеяния атмосферы, предпочтительно используют для сравнения с результатами измерений пропускания (света) в том случае, если

- замеренное значение дальности видимости, полученное с помощью устройства для измерения коэффициента рассеяния атмосферы, превышает 10 км;

- изменение замеренного значения дальности видимости, полученного с помощью устройства для измерения коэффициента рассеяния атмосферы относительно среднего значения в рассматриваемый промежуток времени, никоим образом не превысило +/-10%;

- устройством для измерения коэффициента рассеяния атмосферы не обнаружено никаких осадков;

- не имеется никаких нарушений в работе устройства для измерения коэффициента рассеяния атмосферы;

- изменение замеренного значения пропускания относительно среднего значения в рассматриваемый промежуток времени никоим образом не превысило +/-1%;

- не имеется никаких нарушений в работе устройства для измерения пропускания (света).

Зная установленную длину измерительной базы для измерения пропускания в этой выбранной ситуации, замеренное значение дальности видимости, полученное с помощью устройства для измерения коэффициента рассеяния атмосферы, пересчитывается в эквивалентное значение пропускания, и оно сравнивается с замеренным значением, полученным с помощью устройства для измерения пропускания, и по обоим значениям рассчитывается коэффициент. При этом в качестве замеренного значения предпочтительно используется среднее значение всех зависящих от модулирующей частоты отдельных считываний в соответствующем измерительном блоке устройства для измерения пропускания и устройства для измерения коэффициента рассеяния атмосферы в течение прошедшей минуты, и полученная отсюда информация используется для определения пропускания в атмосфере и/или дальности видимости. Из рассчитанных коэффициентов выводится затем калибровочный коэффициент KF для замеренного значения пропускания.

Калибровочный коэффициент используется теперь во время последующих измерений и, в частности, во время видимого увеличения облачности ниже 10 км. Он сохраняет свою эффективность до тех пор, пока не будет определен с помощью описанного способа новый калибровочный коэффициент.

Описанные вычислительные операции проводятся с помощью микропроцессора в системе управления визибилиметра, изменение калибровочного коэффициента подлежит ограничению максимальной величиной шага, что противодействует проявлению погрешностей из-за временных нарушений. Соответствующий калибровочный коэффициент запоминается системой управления при гарантированном нулевом напряжении.

Благодаря использованию полученного с помощью устройства для измерения коэффициента рассеяния атмосферы замеренного значения в целях определения калибровочного коэффициента исключительно лишь в области выше верхнего предела диапазона измерений визибилиметра и того факта, что погрешность измерений визибилиметров, которая возникает из-за влияний окружающей среды, с уменьшением дальностей видимости снижается, для используемой визибилиметром области измерений дальности видимости постоянно достигается оптимальная точность измерений.

Описанный только что способ имеет такую же последовательность действий, как при калибровании визибилиметра обученным наблюдателем с той разницей, что каждая возможная ситуация с калиброванием в любое время дня и ночи используется для оптимизации эффективности измерений визибилиметра. В результате это приводит к большому числу эффективных случаев калибрования, которых никоим образом нельзя достичь с помощью известных способов калибрования, подкрепленных наблюдателями. Автоматическое определение и применение калибровочного коэффициента при измерении пропускания позволяет одновременно осуществлять постоянную и полную компенсацию влияний, ограничивающих эффективность измерений визибилиметра.

Согласно фиг.7 можно видеть два аппаратных стекла 9, расположенных в форме V под углом 90° относительно друг друга. С их помощью становится возможным пронизывание одного и того же стекла по двум осям. Главная ось представляет направление хода лучей для измерения пропускания (света) в атмосфере, смещенная на 90° побочная ось описывает ход лучей для сепаратного измерения прозрачности аппаратных стекол. Обе оптические оси пронизывают одно аппаратное стекло, каждая под углом 45° к поверхности стекла и в одинаковой области стекла, при этом другое стекло пронизывается лишь траекторией лучей, следующих соответственно побочной оси.

Это расположение делает возможным непрерывное измерение истинной прозрачности стекол и позволяет осуществить точную компенсацию воздействий возможных, ограничивающих эффективность измерений загрязнений. Для определения загрязнения стекол не нужно ни прерывать измерение, чтобы сделать возможным сравнение с чистым стеклом сравнения, ни применять выведенные из свойств рассеяния стекла эмпирические преобразованные величины.

На основании использования удлиненных колпаков 2 для защиты от атмосферных агентов можно принять, что оба стекла загрязнены равномерно. Таким образом, коррекция измерения пропускания в атмосфере на основе описанного измерения прозрачности допустима также в том случае, если на измерение пропускания в атмосфере влияет лишь соответственно одно аппаратное стекло 9.

Далее, устройство согласно изобретению не использует никакой отдельной системы 16 приемника для измерения прозрачности стекол, она является интегральной составляющей частью управляющего электронного устройства. С помощью соответственно сформированной части корпуса оптоэлектронной системы пучок лучей после пересечения аппаратных стекол отклоняется в направлении оптического приемного устройства системы управления (см. фиг.7).

Из результата измерения пропускания стекла микропроцессор системы управления определяет обусловленный загрязнением поправочный коэффициент для измерения пропускания. Его определяют отдельно для системы излучателя и для системы приемника излучения (3, 4).

При этом действуют соотношения:

VS=1/(TPS)·0,5,

VE=1/(TPE)·0,5,

в которых:

VS - обусловленный загрязнением поправочный коэффициент для излучателя;

VE - обусловленный загрязнением поправочный коэффициент для приемника;

TPS - нормированный результат измерения прозрачности стекол оптоэлектронной системы излучателя;

TPE - нормированный результат измерения прозрачности стекол приемника.

Оба обусловленных загрязнением поправочных коэффициента можно объединить в общий коэффициент загрязнения VG:

VG=VS · VE.

При чистых аппаратных стеклах VG становится = 1.

С помощью такого же механизма рассчитывают коэффициент VG_temp, который, однако, в отличие от VG с каждым определением нового калибровочного коэффициента снова нормируется на 1. Этот временный, обусловленный загрязнением поправочный коэффициент учитывается в этом случае, наряду с калибровочным коэффициентом, применительно к результату измерения пропускания.

TM_корр=TMmess · VG_temp · KF,

где

TM_корр - скорректированный результат измерения пропускания в атмосфере;

TMmess - не скорректированный результат измерения пропускания в атмосфере;

VG_temp - временный, обусловленный загрязнением поправочный коэффициент;

KF - калибровочный коэффициент.

Таким образом, обусловленные загрязнением стекол влияния на измерения пропускания между ситуациями, в которых определяется новый калибровочный коэффициент, компенсируются при помощи измерений коэффициента пропускания. Каждый, полученный вновь калибровочный коэффициент автоматически компенсирует также влияние, представленное VG, обусловленное загрязнением стекол.

Четкое знание коэффициента загрязнения оптических наружных поверхностей на основании уже описанного измерения коэффициента пропускания расположенных в форме V аппаратных стекол вместе со знанием описанного выше калибровочного коэффициента позволяет теперь впервые осуществить разделение обусловленных центрированием и обусловленных загрязнением погрешностей измерения пропускания и тем самым также погрешностей измерения дальностей видимости.

Так как калибровочный коэффициент состоит из обусловленного центрированием поправочного коэффициента и обусловленного загрязнением поправочного коэффициента для замеренного значения пропускания, но все же существует отдельное сведение об обусловленном загрязнением поправочном коэффициенте, можно обусловленную центрированием составляющую калибровочного коэффициента рассчитать непосредственно.

KA=KF/VG,

где

KA - доля калибровочного коэффициента, обусловленная центрированием;

KF - калибровочный коэффициент;

VG - общий коэффициент загрязнения.

Зная KA и VG - коэффициенты согласно изобретению, можно сделать заключение о качестве центрирования и степени загрязнения аппаратных стекол. С помощью VG_temp возможно получить с помощью расчетов компенсацию возникшего загрязнения стекол также для промежутка времени между ситуациями, в которых можно определить новый калибровочный коэффициент KF на основе выполненных условий для использования замеренного значения, полученного устройством для измерения коэффициента рассеяния атмосферы. С каждым новым расчетом калибровочного коэффициента вновь определяется также качество центрирования. Пользователь может таким образом получить информацию, как о степени загрязнения аппаратных стекол, так и о качестве центрирования.

С введением соответствующих, специфических для варианта осуществления изобретения, предельных значений для KA и VG четко определяется, когда следует подвергнуть аппаратные стекла очистке и требуется ли новое центрирование оптических осей излучателя и/или приемника излучения. Новое центрирование может в этом случае либо инициироваться пользователем, либо осуществляться полностью автоматически. Полностью автоматическое новое центрирование предпочтительно проводится в том случае, если:

- замеренное значение дальности видимости, полученное устройством для измерения коэффициента рассеяния атмосферы, превышает 10 км;

- изменение замеренного значения дальности видимости, полученное устройством для измерения коэффициента рассеяния атмосферы, в отношении среднего значения в наблюдаемый период времени никоим образом не превысило +/-10%;

- не обнаружено никаких осадков устройством для измерения коэффициента рассеяния атмосферы;

- не имеется никакого нарушения в работе устройства для измерения коэффициента рассеяния атмосферы;

- изменение замеренного значения пропускания в отношении среднего значения в промежуток времени рассмотрения никоим образом не превысило +/-1%;

- не имеется налицо никакого нарушения в работе устройства для измерения пропускания.

Определение калибровочного коэффициента KF согласно изобретению, а также временного, обусловленного загрязнением поправочного коэффициента VG_temp в любое время обеспечивает оптимальную эффективность измерений пропускания и в конечном итоге доныне недостигаемую точность измерений метеорологической дальности видимости, при этом практически не требуется обслуживание.

Постоянная синхронизация приемника света с частотой модуляции излучателя света делает возможной известную из уровня техники синхронную демодуляцию принятого, модулированного по интенсивности светового сигнала с известными улучшениями свойств измерения для малых шумовых сигналов. После аналого-цифрового преобразования с более чем миллион приращений в соответствии с разрешающей способностью выше 0,0001% принимаемый световой сигнал в виде цифр направляется в микропроцессор управляющего электронного устройства для дальнейшей обработки (см. фиг.3).

В качестве источника излучения находит применение светоизлучающий диод белого света, срок службы которого достигает более 5000 часов вследствие пониженного рабочего тока, который намного ниже допустимого максимального тока. Светоизлучающий диод периодически модулируется по интенсивности с так называемой частотой модуляции. Частота модуляции обычно составляет более 1000 Гц, для формирования большого числа считываний, что благоприятствует стабильности измерения.

Интенсивность светового излучения модулируется с коэффициентом заполнения 50% между нулем и установленным рабочим током. Среднее значение рабочего тока составляет лишь несколько миллиампер. Интенсивность источника света поддерживается с высокой стабильностью с помощью электронного прецизионного регулирующего контура.

Спектр используемых в варианте осуществления изобретения светоизлучающих диодов белого света по сравнению с монохроматическими источниками света, как, например, цветные или инфракрасные светоизлучающие диоды или также лазерные источники света, имеют преимущество полностью представлять область длин волн, рекомендуемую международной организацией авиации ICAO для источников света в визибилиметрах для измерения дальности видимости. По сравнению с механически модулированными галогенными источниками света или также с находящимися в импульсном режиме при низких частотах ксеноновых лампах-вспышках, которые обычно располагают рекомендуемой областью спектра, существует преимущество, состоящее в реализации значительно более высоких частот модуляции и связанных с этим более частых вкладах в результаты измерений при образовании среднего значения.

Перечень обозначений

1 - конструкция стойки, выполненная из труб

2 - колпак для защиты от атмосферных агентов

3 - система излучателя

4 - система приемника излучаемого света

5 - внутренняя труба

6 - наружная труба

7 - несущая конструкция

8 - воздуходувка

9 - аппаратные стекла

10 - оптическая система

11 - приводной мотор

12 - эксцентриковый элемент

13 - потенциометр

15 - воздушный канал

16 - устройство для измерения коэффициента рассеяния атмосферы

17 - система приемника для измерения прозрачности стекол

18 - карданная подвеска

1. Устройство для измерения пропускания света в атмосфере и определения метеорологической дальности видимости, содержащее систему излучателя и систему приемника излучаемого света, которые соответственно закреплены на конструкции стойки, выполненной из труб, отличающееся тем, что
конструкция стойки, выполненная из труб, состоит из несущей внутренней трубы и механически совершенно разъединенной с нею наружной трубы, защищающей внутреннюю трубу, причем на внутренней трубе установлены все необходимые для измерений системы, которые, в частности, обеспечивают оптическое центрирование систем излучателя и приемника, при этом на наружной трубе установлены все конструктивные элементы, которые могут изменять свое положение вследствие своего веса, ветровой нагрузки или одностороннего солнечного облучения так, чтобы оптическое центрирование оставалось не подверженным влиянию этих эффектов,
устройство для измерения коэффициента рассеяния атмосферы является интегральной составляющей частью устройства для измерения пропускания и непосредственно связано с наружной трубой;
соответственно перед системами излучателя и приемника для защиты от загрязнения оптических и электронных компонентов установлены аппаратные стекла в форме V под углом 90° относительно друг друга;
каждому из установленных в форме V аппаратных стекол соответствует устройство для измерения пропускания для измерения прозрачности, которая определяет степень загрязнения аппаратных стекол, и
как оптическая система излучателя, так и оптическая система приемного устройства установлены с возможностью перемещения посредством карданного устройства.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что система излучателя и система приемника соответственно снабжены продувочной системой воздуха, которая отклоняет частицы осадков в направлении к земле перед их попаданием на аппаратные стекла, так что эти частицы не достигают оптических наружных поверхностей.

3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что устройство для измерения коэффициента рассеяния атмосферы является устройством для измерения прямого рассеяния.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что система приемного устройства использует синхронную демодуляцию и жестко синхронизирована с частотой модуляции системы излучателя.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что источником излучаемого света является светоизлучающий диод белого света.

6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что определитель сигнала связан с системой приемного устройства.

7. Устройство по п.6, отличающееся тем, что определитель сигнала является акустическим сигнальным датчиком.

8. Способ измерения пропускания света в атмосфере и определения метеорологической дальности видимости, отличающийся тем, что
в выбранных автоматически ситуациях определяется калибровочный коэффициент, причем калибровочный коэффициент получается посредством формирования коэффициента значения дальности видимости, подаваемого устройством для измерения коэффициента рассеяния атмосферы, которое было пересчитано в эквивалентное значение пропускания, и замеренного значения пропускания в атмосфере;
между автоматически выбранными ситуациями определяется обусловленный загрязнением поправочный коэффициент, причем поправочный коэффициент определяется с помощью постоянного измерения прозрачности аппаратных стекол, которые находятся перед системами излучателя и приемника;
с учетом полученного поправочного коэффициента и калибровочного коэффициента определяется коэффициент центрирования, который является эквивалентом того, что изменилось оптическое центрирование между системами излучателя и приемника;
замеренное значение пропускания в атмосфере, которое было определено устройством для измерения пропускания, корректируется с учетом калибровочного коэффициента и поправочного коэффициента;
полученный коэффициент центрирования используется для того, чтобы вновь создать исходное положение юстирования между системами приемника и излучателя.

9. Способ по п.8, отличающийся тем, что автоматически выбранная ситуация определяется тем, что оценка выдаваемых устройством для определения коэффициента рассеяния атмосферы замеренных значений показывает, что не имеется в наличии никаких осадков и имеет место дальность видимости более 10 км.

10. Способ по п.8, отличающийся тем, что
после установки и грубого центрирования систем излучателя и приемника осуществляется автоматическое тонкое центрирование, причем вначале система излучателя, а затем система приемника перемещаются как по вертикали, так и по горизонтали;
соответственно занятые положения запоминаются с зарегистрированными при этом значениями приема;
зарегистрированный благодаря этому профиль интенсивности системы излучателя и профиль чувствительности системы приемника используются для установления оптимального положения в пространстве между системой излучателя и системой приемника.

11. Способ по п.10, отличающийся тем, что профиль интенсивности и профиль чувствительности запоминаются при нулевом напряжении.

12. Способ по п.8, отличающийся тем, что выдаваемые устройством для измерения коэффициента рассеяния атмосферы значения измерений используются для того, чтобы имеющуюся продувочную систему воздухом ввести в действие или выключить.

13. Способ по п.8, отличающийся тем, что поправочный коэффициент подвергается проверке порогового значения и при превышении порогового значения формируется сигнал об очистке аппаратных стекол.