Базисный фотометр фотоэлектрический универсальный
Использование: в технике измерения фотометрических параметров, предназначено, преимущественно, для измерения прозрачности атмосферы на аэродроме. Задача: обеспечение контроля смещения оптической оси первого приемника световых импульсов относительно блока отражателя. Сущность: базисный фотометр, содержащий установленные на одном конце базисной линии источник излучения и первый приемник световых импульсов, а также блок обработки электрических сигналов, и отражатель света, установленный на противоположном конце базисной линии, оптический вход первого приемника связан с источником световых импульсов через отрезок измерительной трассы, проходящей через измеряемую среду и отражатель, электрический выход приемника соединен с первым входом блока обработки, второй вход которого электрически связан с источником световых импульсов, выход блока обработки связан с первым его входом через устройство нормирования амплитуд сигналов, второй приемник световых импульсов, установленный на противоположном от излучателя конце базисной линии рядом с отражателем света, коаксиальный кабель, масштабный усилитель, коммутатор измерительных каналов, блок обработки электрических сигналов, имеющий дополнительный третий вход, при этом оптический вход второго приемника связан с источником световых импульсов через отрезок измерительной трассы, а электрический выход - с дополнительным входом блока обработки электрических сигналов через коаксиальный кабель и масштабный усилитель так, что измерительные трассы для первого и второго приемников пространственно совмещены по всей их длине, выход блока обработки связан с первым его входом через коммутатор и первый выход устройства нормирования сигналов, который соединен с первым входом электронного коммутатора, второй вход которого подключен ко второму выходу устройства нормирования сигналов, сопряженному с третьим его входом, который является дополнительным входом блока обработки, выход коммутатора является выходом базисного фотометра, который соединен с одним из входов коммутатора в зависимости от управляющего сигнала на его входе, а также сравнивающее устройство на два входа, один из которых соединен с выходом устройства нормирования амплитуд сигналов, сопряженным со вторым и третьим его входами, третий выход устройства нормирования амплитуд сигналов сопряжен с третьим и первым его входами и с другим входом сравнивающего устройства, а управляющий вход масштабного усилителя соединен с выходом сравнивающего устройства, отражатель света выполнен в виде сферического зеркала, установленного соосно с объективом приемника излучения в его фокальной плоскости с возможностью перемещения вдоль оптической оси, при этом радиус сферического зеркала равен фокусному расстоянию объектива приемника, а приемник излучения установлен у задней поверхности сферического зеркала на оптической оси объектива, причем отражающая поверхность зеркала выполнена полупрозрачной, дополнен полевой диафрагмой с зеркальной поверхностью, дополнительным третим фотоприемником световых импульсов и электронным ключем на два входа и одним выходом, при этом полевая диафрагма с зеркальной поверхностью установлена перед первым приемником световых импульсов, дополнительный третий фотоприемник световых импульсов установлен соосно с первым приемником, светочувствительные площадки фотоприемников обращены навстречу друг другу, выход дополнительного третьего фотоприемника световых импульсов подключен к первому входу электронного ключа, второй вход которого подключен к выходу коммутатора измерительных каналов, причем выход электронного ключа является выходом базисного фотометра. 1 с.п. ф-лы; 1 илл.
Предлагаемая полезная модель относится к технике измерения фотометрических параметров и предназначена, преимущественно, для измерения прозрачности атмосферы на аэродроме.
К основным средствам, предназначенным для измерения прозрачности атмосферы на аэродроме, относятся базисные фотометры (трансмиссометры). Известны три варианта реализации базисных фотометров. В первом варианте на одном конце базисной линии прибора установлен блок источника света, на другом - приемник света [1].
Второй вариант отличается тем, что на одном конце базисной линии установлен блок приемоизлучателя, а на другом - отражатель света [2].
Недостатком первых двух вариантов реализации является ограниченный диапазон измерения прозрачности (коэффициента светопропускания).
Третий вариант отличается тем, что содержит второй приемник световых импульсов, размещенный в блоке отражателя, что позволяет расширить на порядок величины диапазон измерения коэффициента светопропускания атмосферы, а также позволяет выполнять контроль достоверности измерений [3].
Наиболее близким техническим решением к предлагаемой полезной модели является базисный фотометр [3], содержащий установленные на одном конце базисной линии источник излучения и первый приемник световых импульсов, а также блок обработки электрических сигналов, и отражатель света, установленный на противоположном конце базисной линии, оптический вход первого приемника связан с источником световых импульсов через отрезок измерительной трассы, проходящей через измеряемую среду и отражатель, электрический выход приемника соединен с первым входом блока обработки, второй вход которого электрически связан с источником световых импульсов, выход блока обработки связан с первым его входом через устройство нормирования амплитуд сигналов, второй приемник световых импульсов, установленный на противоположном от излучателя конце базисной линии рядом с отражателем света, коаксиальный кабель, масштабный усилитель, электронный коммутатор, блок обработки электрических сигналов, имеющий дополнительный третий вход, при этом оптический вход второго приемника связан с источником световых импульсов через отрезок измерительной трассы, а электрический выход - с дополнительным входом блока обработки электрических сигналов через коаксиальный кабель и масштабный усилитель так, что измерительные трассы для первого и второго приемников пространственно совмещены по всей их длине, выход блока обработки связан с первым его входом через коммутатор и первый выход устройства нормирования сигналов, который соединен с первым входом коммутатора измерительных каналов, второй вход которого подключен ко второму выходу устройства нормирования сигналов, сопряженному с третьим его входом, который является дополнительным входом блока обработки, выход коммутатора является выходом базисного фотометра, который соединен с одним из входов коммутатора в зависимости от управляющего сигнала на его входе, а также сравнивающее устройство на два входа, один из которых соединен с выходом устройства нормирования амплитуд сигналов, сопряженным со вторым и третьим его входами, третий выход устройства нормирования амплитуд сигналов сопряжен с третьим и первым его входами и с другим входом сравнивающего устройства, а управляющий вход масштабного усилителя соединен с выходом сравнивающего устройства.
Отражатель света в виде сферического зеркала, установленного соосно с объективом приемника излучения в его фокальной плоскости с возможностью перемещения вдоль оптической оси, при этом радиус сферического зеркала равен фокусному расстоянию объектива приемника, а приемник излучения установлен у задней поверхности сферического зеркала на оптической оси объектива, причем отражающая поверхность зеркала выполнена полупрозрачной.
Недостатком известного устройства является отсутствие контроля смещения оптической оси первого приемника световых импульсов относительно блока отражателя под воздействием ветровых нагрузок или смещения грунта в осенний или весенний период эксплуатации.
Основной задачей, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель, является обеспечение контроля смещения оптической оси первого приемника световых импульсов относительно блока отражателя.
Для решения поставленной задачи предложен базисный фотометр, который, как и прототип, содержит установленные на одном конце базисной линии источник излучения и первый приемник световых импульсов, а также блок обработки электрических сигналов, и отражатель света, установленный на противоположном конце базисной линии, оптический вход первого приемника связан с источником световых импульсов через отрезок измерительной трассы, проходящей через измеряемую среду и отражатель, электрический выход приемника соединен с первым входом блока обработки, второй вход которого электрически связан с источником световых импульсов, выход блока обработки связан с первым его входом через устройство нормирования амплитуд сигналов, второй приемник световых импульсов, установленный на противоположном от излучателя конце базисной линии рядом с отражателем света, коаксиальный кабель, масштабный усилитель, коммутатор измерительных каналов, блок обработки электрических сигналов, имеющий дополнительный третий вход, при этом оптический вход второго приемника связан с источником световых импульсов через отрезок измерительной трассы, а электрический выход - с дополнительным входом блока обработки электрических сигналов через коаксиальный кабель и масштабный усилитель так, что измерительные трассы для первого и второго приемников пространственно совмещены по всей их длине, выход блока обработки связан с первым его входом через коммутатор и первый выход устройства нормирования сигналов, который соединен с первым входом электронного коммутатора, второй вход которого подключен ко второму выходу устройства нормирования сигналов, сопряженному с третьим его входом, который является дополнительным входом блока обработки, выход коммутатора является выходом базисного фотометра, который соединен с одним из входов коммутатора в зависимости от управляющего сигнала на его входе, а также сравнивающее устройство на два входа, один из которых соединен с выходом устройства нормирования амплитуд сигналов, сопряженным со вторым и третьим его входами, третий выход устройства нормирования амплитуд сигналов сопряжен с третьим и первым его входами и с другим входом сравнивающего устройства, а управляющий вход масштабного усилителя соединен с выходом сравнивающего устройства.
Отражатель света выполнен в виде сферического зеркала, установленного соосно с объективом приемника излучения в его фокальной плоскости с возможностью перемещения вдоль оптической оси, при этом радиус сферического зеркала равен фокусному расстоянию объектива приемника, а приемник излучения установлен у задней поверхности сферического зеркала на оптической оси объектива, причем отражающая поверхность зеркала выполнена полупрозрачной.
В отличие от прототипа в базисный фотометр введены полевая диафрагма с зеркальной поверхностью, дополнительный третий фотоприемник световых импульсов и электронный ключ на два входа и один выход, при этом полевая диафрагма с зеркальной поверхностью установлена перед первым приемником световых импульсов, дополнительный третий фотоприемник световых импульсов установлен соосно с первым приемником, светочувствительные площадки фотоприемников обращены навстречу друг другу, выход дополнительного третьего фотоприемника световых импульсов подключен к первому входу электронного ключа, второй вход которого подключен к выходу коммутатора измерительных каналов, причем выход электронного ключа является выходом базисного фотометра.
Сущность полезной модели заключается в том, что, благодаря введению полевой диафрагмы с зеркальной поверхностью, установленной перед первым приемником световых импульсов и введению дополнительного третьего фотоприемника световых импульсов, установленного соосно с первым приемником так, что светочувствительные площадки фотоприемников обращены навстречу друг другу, а также введению электронного ключа на два входа и один выход, первый вход которого подключен к выходу дополнительного третьего фотоприемника, второй вход - к выходу коммутатора измерительных каналов базисного фотометра, а выход электронного ключа является выходом базисного фотометра появилась возможность получать сигнал с выхода дополнительного третьего фотоприемника о смещении оптической оси первого приемника световых импульсов относительно блока отражателя и передавать этот сигнал на выход базисного фотометра.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором на фиг.1 - изображена схема предлагаемого базисного фотометра.
Базисный фотометр содержит источник излучения 1 и первый приемник 2 световых импульсов, а также блок обработки электрических сигналов 3, и масштабный усилитель 4, установленные на одном конце базисной линии, отражатель света 5 и второй приемник световых импульсов 6, электрически связанный с блоком обработки электрических сигналов 3 через коаксиальный кабель, оптический вход первого приемника световых импульсов связан с источником световых импульсов через отрезок измерительной трассы (L), проходящей через измеряемую среду и отражатель 5, установленный на расстоянии L/2 от источника излучения 1, оптический вход второго приемника световых импульсов 6а связан с источником излучения 1 через отрезок измерительной трассы L/2, равный длине базисной линии прибора, электрический выход первого приемника подключен к первому входу 7 блока обработки электрических сигналов 3, электрический выход второго приемника подключен ко второму входу 8 блока обработки электрических сигналов 3 через масштабный усилитель 4, третий вход 9 блока обработки электрических сигналов 3 электрически связан с источником излучения 1.
Блок обработки электрических сигналов 3 содержит коммутатор измерительных каналов 10, устройство нормирования сигналов 11, сравнивающее устройство 12. Входы коммутатора электрических сигналов 10 подключены к выходам 7/9 и 8/9 устройства нормирования сигналов 11, входы сравнивающего устройства 12 соединены с выходами 8/9 и 7/8 устройства нормирования 11.
Входы 7, 8 и 9 устройства нормирования 11 явяляются входами блока обработки электрических сигналов 3, выходом которого является выход коммутатора электрических сигналов 10. Выход 13 сравнивающего устройства 12 подключен к управляющему входу масштабного усилителя 4.
Отражатель света 5 выполнен в виде сферического зеркала 14, установленного соосно с объективом приемника излучения 6а в его фокальной плоскости с возможностью перемещения вдоль оптической оси, при этом радиус сферического зеркала равен фокусному расстоянию объектива приемника излучения, а приемник излучения установлен у задней поверхности сферического зеркала 14 на оптической оси объектива приемника излучения 6а, причем отражающая поверхность сферического зеркала 14 выполнена полупрозрачной.
Полевая диафрагма 15 с зеркальной поверхностью установлена перед первым фотоприемником световых импульсов 2, соосно с которым установлен дополнительный третий фотоприемник световых импульсов 16, выход которого подключен к одному из входов электронного ключа 17, другой вход которого подключен к выходу коммутатора измерительных каналов 10, а выход электронного ключа 17 является выходом базисного фотометра.
Работа базисного фотометра осуществляется следующим образом.
Источник излучения 1 формирует световой поток в направлении отражателя 5. Одновременно электрические сигналы, пропорциональные интенсивности излучаемых импульсов, поступают на вход 9 блока обработки электрических сигналов 3. Отражатель 5 возвращает световые импульсы на первый приемник 2.
В блоке обработки электрических сигналов 3 устройство нормирования сигналов 11 измеряет отношение амплитуд сигналов, ослабленных измеряемой средой на отрезке трассы, равном удвоенной длине базисной линии, к амплитудам излучаемых импульсов. Дополнительно устройство нормирования сигналов 11 измеряет отношение амплитуд сигналов на входе 8, полученных от второго приемника 6, ослабленных измеряемой средой на отрезке трассы, равном длине базисной линии, к амплитудам, излучаемых импульсов. На вход 8 блока обработки электрических сигналов 3 сигналы от второго приемника 6 поступают после прохождения по коаксиальному кабелю 1 и каналу масштабного усилителя 4. При относительно высокой прозрачности измеряемой среды уровни нормированных сигналов, поступающих от обоих приемников, будут практически одинаковы.
По мере ухудшения прозрачности среды уровень сигналов, поступающих от первого приемника, уменьшается быстрее по отношению к сигналам от второго приемника. При большой оптической плотности среды сигнал от первого приемника становится слишком малым для того чтобы выполнять приемлемые по точности измерения. Сигнал на выходе второго приемника оказывается заметно больше, что и позволяет расширить нижний предел измерения. Например, в случае, когда сигнал на выходе первого приемника уменьшается до 1% своей исходной величины, соответствующей высокой прозрачности среды, сигнал на выходе второго приемника оказывается на порядок величины больше и составляет 10% исходной величины. Это объясняется тем, что сигнал, прежде чем он будет принят первым приемником, пройдет измеряемую среду дважды - в прямом и обратном направлении, в то время как сигнал, принятый вторым приемником, пройдет через измеряемую среду лишь в одном направлении. Измеренное значение коэффициента пропускания в первом случае равно квадрату коэффициента пропускания во втором случае, то есть 
. Если, например, K2=0,1, то K1=0,01. Таким образом, при заданной погрешности измерения оказывается возможным на порядок величины расширить диапазон измерения коэффициента светопропускания. В зависимости от сигнала на управляющем входе блока обработки электрических сигналов 3 на выход прибора поступает сигнал, пропорциональный K1 или K2.
Блок обработки электрических сигналов 3, кроме того, выполняет непрерывный контроль достоверности измерений путем сравнения сигналов, поступающих от первого и второго приемников после их нормирования в устройстве нормирования сигналов 11.
Контроль достоверности измерений в предложенном устройстве возможен благодаря пространственному совмещению основной (L) и дополнительной (L/2) измерительных трасс, ограниченных базисной линией прибора (Ь/2). Световой импульс проходит один и тот же отрезок среды на обеих измерительных трассах.
Блок обработки электрических сигналов 3 выполняет контроль достоверности с помощью сравнивающего устройства 12, на входы которого поступают сигналы с выходов 8/9 и 7/8 устройства нормирования сигналов 11. На своем выходе 7/8 устройства нормирования сигналов 11 формирует сигнал, пропорциональный отношению уровней сигналов на его основном и дополнительном входах, то есть сигнал, равный отношению К осн(L)/Кдоп(L/2). При этом на выходе 8/9 имеется сигнал, пропорциональный Кдоп(L/2). Указанные сигналы действуют на входах сравнивающего устройства 12, выход которого 13 соединен с управляющим входом масштабного усилителя 4. Коэффициент передачи масштабного усилителя 4 устанавливается благодаря действию этой обратной связи таким, чтобы обеспечивалось равенство сигналов на входах сравнивающего устройства 12, то есть: К0СН (L)/(КдопL/2)=(КдопL/2).
Это возможно в случае идентичности коэффициентов передачи элементов в обоих измерительных каналах. Если, например, коэффициент передачи второго фотоприемника изменяется под воздействием дестабилизирующих факторов, то изменение будет автоматически скомпенсировано блоком обработки электрических сигналов 3.
Если смещение оптической оси фотоприемника 2/2а превышает допустимые пределы, то на дополнительный третий фотоприемник световых импульсов 16 поступает сигнал от зеркальной поверхности полевой диафрагмы 15, который поступает на электронный ключ 17, который блокирует выход коммутатора каналов 10 так, что на выход фотометра поступает сигнал о необходимости устранить смещение оптической оси фотоприемника 2/2а.
Дополнительный полезный эффект состоит в том, что при налипании на защитное стекло мокрого снега сигнал на выходе базисного фотометра будет также сформирован благодаря тому, что рассеянный снегом световой поток от отражателя будет обнаружен полевой диафрагмой 15 с зеркальной поверхностью.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. Ковалев В.А. Видимость в атмосфере и ее определение.- Л.: Гидрометеоиздат, 1988, с.83.
2. Приборы и установки для метеорологических измерений на аэродромах. / Под ред. Л.П.Афиногенова и др.- Л.: Гидрометеоиздат, 1981, с.35 - 40.
3. Российская Федерация, патент 
105992, МПК: G01J 1/44, опубл. 27.06.2011 г.- прототип.
Базисный фотометр, содержащий установленные на одном конце базисной линии источник световых импульсов и первый приемник световых импульсов, а также блок обработки электрических сигналов и отражатель света, установленный на противоположном конце базисной линии, оптический вход первого приемника связан с источником световых импульсов через отрезок измерительной трассы, проходящей через измеряемую среду и отражатель, электрический выход приемника соединен с первым входом блока обработки, второй вход которого электрически связан с источником световых импульсов, выход блока обработки связан с первым его входом через устройство нормирования амплитуд сигналов, второй приемник световых импульсов, установленный на противоположном от источника световых импульсов конце базисной линии рядом с отражателем света, коаксиальный кабель, масштабный усилитель, электронный коммутатор, блок обработки электрических сигналов, имеющий дополнительный третий вход, при этом оптический вход второго приемника связан с источником световых импульсов через отрезок измерительной трассы, а электрический выход - с дополнительным входом блока обработки электрических сигналов через коаксиальный кабель и масштабный усилитель так, что измерительные трассы для первого и второго приемников пространственно совмещены по всей их длине, выход блока обработки связан с первым его входом через коммутатор и первый выход устройства нормирования сигналов, который соединен с первым входом коммутатора измерительных каналов, второй вход которого подключен ко второму выходу устройства нормирования сигналов, сопряженному с третьим его входом, который является дополнительным входом блока обработки, выход коммутатора является выходом базисного фотометра, который соединен с одним из входов коммутатора в зависимости от управляющего сигнала на его входе, а также сравнивающее устройство на два входа, один из которых соединен с выходом устройства нормирования амплитуд сигналов, сопряженным со вторым и третьим его входами, третий выход устройства нормирования амплитуд сигналов сопряжен с третьим и первым его входами и с другим входом сравнивающего устройства, а управляющий вход масштабного усилителя соединен с выходом сравнивающего устройства, отражатель света выполнен в виде сферического зеркала, установленного соосно с объективом приемника излучения в его фокальной плоскости с возможностью перемещения вдоль оптической оси, при этом радиус сферического зеркала равен фокусному расстоянию объектива приемника, а приемник излучения установлен у задней поверхности сферического зеркала на оптической оси объектива, причем отражающая поверхность зеркала выполнена полупрозрачной, отличающийся тем, что в базисный фотометр введены полевая диафрагма с зеркальной поверхностью, дополнительный третий фотоприемник световых импульсов и электронный ключ на два входа и один выход, при этом полевая диафрагма с зеркальной поверхностью установлена перед первым приемником световых импульсов, дополнительный третий фотоприемник световых импульсов установлен соосно с первым приемником, светочувствительные площадки фотоприемников обращены навстречу друг другу, выход дополнительного третьего фотоприемника световых импульсов подключен к первому входу электронного ключа, второй вход которого подключен к выходу коммутатора измерительных каналов, причем выход электронного ключа является выходом базисного фотометра.
