close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY12304

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(46) 2009.08.30
(12)
(51) МПК (2006)
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
BY (11) 12304
(13) C1
(19)
G 01N 21/59
УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПРОПУСКАНИЯ
СВЕТА В АТМОСФЕРЕ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ
МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКОЙ ДАЛЬНОСТИ ВИДИМОСТИ
(21) Номер заявки: a 20050132
(22) 2005.02.09
(31) 10 2004 006 961.1 (32) 2004.02.09 (33) DE
(43) 2006.10.30
(71) Заявитель: Вайзала ГмбХ (DE)
(72) Авторы: Штефан ЭНГЕЛЬ; Клаус
ГЕЙН (DE)
(73) Патентообладатель: Вайзала ГмбХ (DE)
(56) EP 0745839 A1, 1996.
RU 2110082 C1, 1998.
RU 2047187 C1, 1995.
SU 1683401 A1, 1994.
US 3745350, 1973.
US 3788745 A, 1974.
US 5610713 A, 1997.
BY 12304 C1 2009.08.30
(57)
1. Устройство для измерения пропускания света в атмосфере и определения метеорологической дальности видимости, содержащее систему излучателя и систему приемника
излучаемого света, которые закреплены на стойках, выполненных в виде труб, причем каждая стойка выполнена из несущей внутренней трубы и механически разъединенной с
нею наружной трубы для защиты внутренней трубы, на внутренних трубах стоек установлены оптические системы излучателя и приемника с системами обеспечения их оптического центрирования, а на наружных трубах установлены все конструктивные элементы,
подверженные возможности изменения своего положения вследствие своего веса, ветровой нагрузки или одностороннего солнечного облучения, с исключением возможности
Фиг. 2
BY 12304 C1 2009.08.30
влияния этих эффектов на оптическое центрирование систем излучателя и приемника, на
наружной трубе одной из стоек установлено устройство для измерения коэффициента
рассеяния атмосферы, выполненное в виде интегральной составляющей части устройства
для измерения пропускания, 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 с устройствами измерения пропускания и
прозрачности аппаратных стекол для определения степени их загрязнения, при этом оптические системы излучателя и приемника установлены с возможностью перемещения посредством карданного устройства.
2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что система излучателя и система приемника содержат продувочную систему, выполненную с возможностью отклонения частиц
осадков в направлении к земле перед их попаданием на аппаратные стекла для исключения достижения ими оптических наружных поверхностей.
3. Устройство по п. 1 или 2, отличающееся тем, что устройство для измерения коэффициента рассеяния атмосферы выполнено в виде устройства для измерения прямого рассеяния.
4. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что система приемника выполнена с возможностью использования синхронной демодуляции и жестко синхронизирована с частотой модуляции системы излучателя.
5. Устройство по п. 4, отличающееся тем, что источник излучаемого света выполнен
в виде светоизлучающего диода белого света.
6. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что содержит определитель сигнала, связанный с системой приемника.
7. Устройство по п. 6, отличающееся тем, что определитель сигнала выполнен в виде
акустического сигнального датчика.
8. Способ измерения пропускания света в атмосфере и определения метеорологической дальности видимости, при котором в выбранных автоматически ситуациях определяют калибровочный коэффициент, причем калибровочный коэффициент определяют из
коэффициента значения дальности видимости, выдаваемого устройством для измерения
коэффициента рассеяния атмосферы, пересчитанного в эквивалентное значение пропускания, и замеренного значения пропускания в атмосфере, для автоматически выбранных ситуаций определяют обусловленный загрязнением поправочный коэффициент, причем
поправочный коэффициент определяют из измеренной прозрачности аппаратных стекол,
которые располагают перед системами излучателя и приемника, с учетом полученных поправочного коэффициента и калибровочного коэффициента определяют коэффициент
центрирования, эквивалентный оптическому центрированию между системами излучателя
и приемника, затем замеренное устройством для измерения пропускания значение пропускания в атмосфере корректируют с учетом калибровочного коэффициента и поправочного коэффициента, а полученный коэффициент центрирования используют для создания
исходного положения юстировки между системами приемника и излучателя.
9. Способ по п. 8, отличающийся тем, что автоматически выбранную ситуацию определяют тем, что при оценке выдаваемых устройством для определения коэффициента рассеяния атмосферы замеренных значений устанавливают отсутствие осадков и значение
дальности видимости более 10 км.
10. Способ по п. 8, отличающийся тем, что центрирование систем излучателя и приемника осуществляют посредством грубого и тонкого центрирования, причем после установки и грубого центрирования систем излучателя и приемника осуществляют
автоматическое тонкое центрирование, при этом вначале систему излучателя, а затем систему приемника перемещают как по вертикали, так и по горизонтали, соответствующие
положения запоминают с зарегистрированными при этом значениями приема, а зарегистрированный профиль интенсивности системы излучателя и профиль чувствительности
2
BY 12304 C1 2009.08.30
системы приемника используют для установки оптимального положения в пространстве
между системой излучателя и системой приемника.
11. Способ по п. 10, отличающийся тем, что профиль интенсивности и профиль чувствительности запоминают при нулевом напряжении.
12. Способ по п. 8, отличающийся тем, что выдаваемые устройством для измерения
коэффициента рассеяния атмосферы значения используют для введения в действие или
выключения продувочной системы.
13. Способ по п. 8, отличающийся тем, что поправочный коэффициент сравнивают с
пороговым значением и в случае превышения порогового значения формируют сигнал об
очистке аппаратных стекол.
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.
3
BY 12304 C1 2009.08.30
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 содержат многочисленные проблемные и трудноосваиваемые 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 и, при необходимости, корректировать центрирование. 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 воздействий
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 воздействий можно снизить лишь
большие эффекты загрязнений, связанные с осадками. На постоянное увеличение загрязнения, представляющего собой пыль и тонкие частицы, нельзя оказать существенного
4
BY 12304 C1 2009.08.30
влияния. В некоторых вариантах осуществления находят практическое применение воздуходувки, которые создают воздушный поток на аппаратных стеклах или перед аппаратными стеклами. 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 ЕР 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 беспроблемным. 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 ЕР 1300671 известен 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. Недостатками этого способа являются
соответственно необходимое нарушение измерений пропускания в целях определения степени загрязнения и часто смещаемые в соответствии с необходимостью механические
элементы устройства.
Из патентного описания ЕР 0745838 известен способ и устройство, которое для устройства измерения пропускания предусматривает оснащение двух излучателей светаприемников 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
5
BY 12304 C1 2009.08.30
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 дальности видимости от
наблюдателя автоматически вычисляется с помощью устройства для обработки данных.
В основе изобретения лежит задача обеспечить устройство и способ, с помощью которых можно устранить недостатки устройств, известных из уровня техники.
Согласно изобретению, поставленная задача решается устройством для измерения
пропускания света в атмосфере и определения метеорологической дальности видимости,
содержащим систему излучателя и систему приемника излучаемого света, которые закреплены на стойках, выполненных в виде труб, причем каждая стойка выполнена из несущей внутренней трубы и механически разъединенной с нею наружной трубы для защиты
внутренней трубы, на внутренних трубах стоек установлены оптические системы излучателя и приемника с системами обеспечения их оптического центрирования, а на наружных
трубах установлены все конструктивные элементы, подверженные возможности изменения своего положения вследствие своего веса, ветровой нагрузки или одностороннего
солнечного облучения, с исключением возможности влияния этих эффектов на оптическое центрирование систем излучателя и приемника, на наружной трубе одной из стоек
установлено устройство для измерения коэффициента рассеяния атмосферы, выполненное
в виде интегральной составляющей части устройства для измерения пропускания, 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 с устройствами измерения пропускания и прозрачности аппаратных стекол для определения степени их загрязнения, при этом оптические системы излучателя и приемника
установлены с возможностью перемещения с помощью карданного устройства.
Предпочтительно, если система излучателя и система приемника оснащены продувочной системой, выполненной с возможностью отклонения частиц осадков в направлении к
земле перед их попаданием на аппаратные стекла для исключения достижения частицами
осадков, как, например, дождевые капли или снежные хлопья, оптических наружных поверхностей. При этом, так как устройство для измерения коэффициента рассеяния атмосферы регистрирует осадки, то эта информация может использоваться для запуска
продувочной системы. 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 прямого рассеяния. Особенно предпочтительным
является применение светоизлучающего диода белого света в качестве источника излучения. Далее, предпочтительным является, если система приемника выполнена с возможностью использования синхронной демодуляции и жестко синхронизирована с частотой
модуляции системы излучателя.
6
BY 12304 C1 2009.08.30
Согласно другому аспекту изобретения, обеспечивается способ измерения пропускания света в атмосфере и определения метеорологической дальности видимости, при котором в выбранных автоматически ситуациях определяют калибровочный коэффициент,
причем калибровочный коэффициент определяют из коэффициента значения дальности
видимости, выдаваемого устройством для измерения коэффициента рассеяния атмосферы,
пересчитанного в эквивалентное значение пропускания в атмосфере, для автоматически
выбранных ситуаций определяют обусловленный загрязнением поправочный коэффициент, причем поправочный коэффициент определяют из измеренной прозрачности аппаратных стекол, которые располагают перед системами излучателя и приемника, с учетом
полученных поправочного коэффициента и калибровочного коэффициента определяют
коэффициент центрирования, эквивалентный оптическому центрированию между системами излучателя и приемника, затем замеренное устройством для измерения пропускания
значение пропускания в атмосфере корректируют с учетом калибровочного коэффициента
и поправочного коэффициента, а полученный коэффициент центрирования используют
для создания исходного положения юстировки между системами приемника и излучателя.
Настоящее изобретение выполнено с возможностью исключения всех известных из
практики вредных воздействий, но, с другой стороны, с возможностью детально учесть и,
при необходимости, компенсировать указанные вредные воздействия.
Благодаря этому получается система измерения пропускания света в атмосфере 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;
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 воздействий, 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 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 внут7
BY 12304 C1 2009.08.30
ренней 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 воздействий (фиг. 4).
Колпак 2 для защиты от атмосферных воздействий 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 воздействий, несмотря на это аппаратные стекла 9 остаются легкодоступными для обслуживающего персонала при их очистке.
Оптоэлектронная система на внутренней трубе 5 и несущая конструкция 7 на наружной трубе 6 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 систем 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 системы излучателя, так
и для системы 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, при необходимости, имеются в распоряжении.
Для защиты оптоэлектронных элементов устройства для измерения пропускания света
в атмосфере как для системы излучателя, так и для системы приемника предусмотрены
прозрачные аппаратные стекла, которые не ограничивают оптический ход лучей. В данном варианте осуществления новая продувочная система предотвращает смачивание оптических наружных поверхностей, например, частицами осадков, приводимыми в
движение ветром, которые не отражены колпаком 2 для защиты от атмосферных воздействий. Чтобы противодействовать постоянной рециркуляции пыли и тонких частиц за8
BY 12304 C1 2009.08.30
грязнений продувочной системой и опасности отложений таких частиц на аппаратных
стеклах, воздуходувка продувочной системы 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 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 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.
Системы 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 воздействий. 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 явления, 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 обеспечивает определение текущей погоды
и генерирует в связи с этим информацию о ситуациях с осадками как для управления продувочной системой, 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 литра, который используется
для определения дальности видимости, а также на проблематике неэквивалентного измерения видимого увеличения облачности при различных явлениях осадков, что определяет
предпочтительным применение выборочных визибилиметров для области измерения
9
BY 12304 C1 2009.08.30
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 установлено отсутствие каких-либо 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 дальности 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 по10
BY 12304 C1 2009.08.30
мощью 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 воздействий можно принять, что оба стекла загрязнены равномерно. Таким образом, коррекция измерения пропускания света в атмосфере на основе описанного измерения
прозрачности допустима также в том случае, если на измерение пропускания света 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 9 отклоняется в направлении оптического приемного устройства системы управления (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 (3, 4).
При этом действуют соотношения:
VS = 1/(TPS)^0,5;
VE = 1/(ТРЕ)^0,5,
где VS - обусловленный загрязнением поправочный коэффициент для излучателя;
VE - обусловленный загрязнением поправочный коэффициент для приемника;
TPS - нормированный результат измерения прозрачности стекол оптоэлектронной системы излучателя;
ТРЕ - нормированный результат измерения прозрачности стекол системы 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 VGtemp, 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:
TMcorr = TMmess*VGtemp*KF,
где TMcorr - скорректированный результат измерения пропускания света в атмосфере;
11
BY 12304 C1 2009.08.30
TMmess - нескорректированный результат измерения пропускания света в атмосфере;
VGtemp - 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 непосредственно рассчитать обусловленную центрированием составляющую калибровочного коэффициента:
KA = KF/VG,
где КА - доля калибровочного коэффициента, обусловленная центрированием;
KF - калибровочный коэффициент;
VG - общий коэффициент загрязнения.
Зная КА и VG коэффициенты, согласно изобретению, можно сделать заключение о
качестве центрирования и степени загрязнения аппаратных стекол. С помощью VGtemp
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 КА и VG четко определяется, когда следует подвергнуть
аппаратные стекла очистке и требуется ли новое центрирование оптических осей систем
излучателя и/или приемника. 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 никаких нарушений в работе устройства для измерения пропускания.
12
BY 12304 C1 2009.08.30
Определение калибровочного коэффициента KF согласно изобретению, а также временного, обусловленного загрязнением поправочного коэффициента VGtemp в любое время
обеспечивает оптимальную эффективность измерений пропускания и в конечном итоге до
сих пор 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 (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 гражданской 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 ксеноновыми лампами-вспышками, 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.
Фиг. 1
13
BY 12304 C1 2009.08.30
Фиг. 3
Фиг. 4
Фиг. 5
14
BY 12304 C1 2009.08.30
Фиг. 6
Фиг. 7
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
15
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
2 050 Кб
Теги
by12304, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа