Устройство для определения метеорологической дальности видимости

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (si>s G 01 W 1/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4863156/10 (22) 31,08.90 (46) 23,09.92. Бюл. М 35 (71) Производственное объединение "Уральский оптико-механический завод" (72) А.С.Дунаев (56) Заявка ФРГ N.. 3309838, кл. G 01 N 21/59, G 01 W 1/00, 1984.

Авторское свидетельство СССР

N. 1404837, кл, G 01) 1/04, 1987, Авторское свидетельство СССР

М 1538157, кл. 6 01 W 1/00, 1987. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ

МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКОЙ ДАЛЬНОСТИ ВИДИМОСТИ (57) Использование: оптико-электронное приборостроение, метеорология, навига„„. Ж„„1764015 А1 ция. Сущность изобретения: устройство содержит 1 лазер (1), 1 блок управления (2), 1 приемопередающую оптическую систему (3), 1 датчик опорного импульса (4), 1 счетчик (5), 1 генератор счетных импульсов (6), 2 схемы сравнения кодов (7, 8), 2 регистра памяти (9, 10), 1 фотоприемный блок (11), 1 логарифмический усилитель (12), 2 блока памяти (13, 14), 1 схему вычитания (15), 2 цифроаналоговых преобразователя (16, 17), 2 дополнительных логарифмических усилителя (18, 19), 2 сумматора (20, 21), 2 интегратора (22, 23), 2 блока умножения (24, 25), 1 дополнительный аналого-цифровой преобразовател ь (26), 1 источник эталон ного сигнала (27).

2-1-4-5-8-14-20-22-26-25-21-23-25, 1-3-11-1213-20, 5-7-9-16-18-20, 5-9-15-24-20, 5-10-1719.20, 7-13, 12-14, 10-15, 22-24, 27-21. 1 ил.

1764015

Изобретение относится к оптико-электронному приборостроению и может быть использовано в метеорологии и навигации.

Известен прибор для измерения оптической прозрачности по заявке ФРГ N 0$

3309838 (МКИ Q 01 N 21/59, G 01 W 1/00, 1984), содержащий последовательно соединенные источник света и передающую оптическую систему, отражатель, оптически сопряженный с передающей оптической системой, последовательно соединенные при емную оптическую систему, сопряженную с отражателем, фотоприемник и блок электронной обработки.

Недостатки известного устройства вытекают из необходимости использования в нем отражателя, Такими недостатками являются: громоздкость конструкции, ограниченный диапазон высот применения и продолжительное время подготовительных работ, связанное с установкой отражателя и ориентацией приемо-передающего устройства в направлении на отражатель, Известно устройство для определения прозрачности оптической среды по авторскомусвидетельству СССР N 1404837(МКИ

G 01 J 1/04, 1987), содержащее последовательно соединенные задающий генератор, источник излучения, передающую оптическую систему и два уголковых отражателя, установленные на границах исследуемого участка оптической среды, последовательно соединенные приемную оптическую систему, оптически сопряженную с уголковыми отражателями, фотоприемник и коммутатор, к выходам которого подключены два интегратора, а также схему деления, подключенную входами к выходам интеграторов, и линию задержки, подключенную к управляющим входам обоих интеграторов.

Наличие уголковых отражателей в этом устройстве приводит к громоздкости конструкции, ограниченному диапазону высот применения, продолжительности подготовительных работ, связанной с установкой отражателей на заданные расстояния и ориентацией приемо-передающего устройства в направлении на отражатели, Известно устройство по авторскому свидетельству СССР N 1538157 (МКИ G 01

W 1/00, 1987), взятое в качестве прототипа, которое содержит нефелометр, анемометр, блок перемножения, два интегратора, компаратор и блок управления. Известное устройство не содержит передающего канала и служит для приема рассеянного исследуемым участком атмосферы зондирующего излучения, посылаемого некоторым передатчиком. Для гарантированного приема этого излучения, особенно при слабо

55 замутненной атмосфере, известное устройство должно быть ориентировано в направлении на передатчик, Отсюда следует, что одним из недостатков прототипа является ограниченный диапазон высот его применения и продолжительность подготовительных работ, связанная с ориентацией устройства в направлении на передатчик.

Другим существенным недостатком прототипа является невысокая точность измерения метеорологической дальности видимости, а также невозможность измерения этого параметра при отсутствии ветра.

Цель изобретения состоит в повышении точности измерения метеорологической дальности видимости, расширении диапазона высот применения и сокращении подготовительных работ, Сущность изобретения поясняется чертежем, на котором представлена блок-схема устройства.

Устройство содержит источник излучения, выполненный в виде лазера 1 с блоком управления 2, приемо-передающую оптическую систему 3, датчик 4 опорного импульса, оптически сопряженный с лазером 1, счетчик 5, установочный вход которого соединен с выходом датчика 4 опорного импульса, генератор 6 счетных импульсов, запускающий счетчик 5, две схемы 7 и 8 сравнения кодов, два регистра 9 и 10 памяти, фотоприемное устройство 11, оптически сопряженное с приемной оптической системой, логарифмический усилитель 12, преобразующий выходной сигнал фотоприемного устройства 11, два блока 13 и 14 памяти, запоминающие в заданные моменты времени выходной сигнал логарифмического усилителя 12, схему 15 вычитания, два цифроаналоговых преобразователя 16 и 17 преобразующие выходные сигналы регистров 9 и10 памяти соответственно, два логарифмические усилители 18 и 19, подключенные к выходу соответствующих цифроаналоговых преобразователей 16 и

17, два сумматора 20 и 21, два интегратора

22 и 23, два перемножителя 24 и 25, аналого-цифровой преобразователь 26 и источник

27 эталонного сигнала.

Устройство работает следующим образом.

Лазер 1 под воздействием импульса поджига, сформированного в блоке 2 управления, вырабатывает оптический импульс. который через приемо-передающую оптическую систему 3 излучается в атмосферу. В момент излучения лазера 1 датчик 4 формирует опорный импульсв, который обнуляет счетчик 5. Счетные импульсы, выработан. ные генератором 6, подаются на счетный

1764015 вход счетчика 5 и изменяют его состояние.

Текущий цифровой код, выработанный счетчиком 5 и несущий информацию о времени с момента излучения лазером 1 оптического излучения, одновременно подается на две 5 схемы 7 и 8 сравнения кодов и на два регистра 9 и 10 памяти.

Оптическое излучение обратного рассеяния, мощность которого Р()}) для горизонтальной трассы описывается известным 10 выражением

С Ти

Р(D)=Po Abx gngnp" () х пк ехр(— 2я0)/D где Ро — мощность зондирующего импульсного излучения лазера, А х — площадь входного зрачка приемного устройства, с — скорость света, ти — длительность импульса излучения, fJn, 7np — коэффициенты пропускания оптических систем передающей и приемной оптических систем соответственно, (г,a — показатель рассеяния и показатель поглощения лазерного излучения в атмосфере, е = о +а- показатель ослабления, к в модуль вектора индикатриссы рассеяния для угла 180", через приемо-передающую оптическую систему 3 поступает на фотоприемное устройство 11. Для горизонтальной трассы показатель ослабления я и показатель рассеяния о являются постоянными величинами. Поэтому метеорологическая дальность видимости DM, определяемая как расстояние, на котором стандартный наблюдатель, способный воспринимать изображение с некоторым минимальным контрастом Ко, в условиях достаточной освещенности может различить объект, рассчитывается по формуле а п(3/к 3 (2)

Обычно контраст Ко задают равным 0,02.

В фотоприемном устройстве 11 оптическое излучение преобразуется в электрический сигнал. Учитывая связь текущей дальности Й с воеменем t

t = 2D/ñ, а также интегральную чувствительность у фотоприемного устройства 11, из уравнения (1) можно получить форму сигнала S(t) на выходе фотоприемного устройства 11:

S (t ) = 2 Ро у ги 7п ljn p о Х. р ехр(— ) . (3)

ct т

Логарифмический усилитель 12 преобразует сигнал (3) к виду

InS(t) = >пК вЂ” 2lnt — яс с (4)

Пусть момент времени t> после излучения оптического импульса соответствует цифровому коду N;, а момент времени сг после излучения оптического импульса соответствует цифровому коду Мг. Тогда в момент времени t< схема 7 вырабатывает импульс сравнения, поступающий одновременно на управляющие входы регистра 9 и блока 13 памяти. По этому сигналу в регистр

9 запишется цифровой код, соответствующий моменту времени t1, а в блок 13 памяти будет занесен отсчет ! и 3(т1) = InK — 2lnt t — ес/ц, (5)

По истечении некоторого времени цифровой код, сформированный счетчиком 5, будет совпадать с цифровым кодом Мг, В момент совпадения кодов схема 8 вырабатывает импульс сравнения, по которому в регистр 10 заносится цифровой код. соответствующий моменту времени тг, а в блок

14 памяти заносится отсчет:

InS(t2) = In К вЂ” 2lnt2 — ect2 (6)

Нетрудно установить, что сев

In S tt — In S t2 + 2 In t2 — In t2

t2 — t> (7)

Цифровые коды, снимаемые с регистров

9 и 10, в цифроаналоговых преобразователях 16 и 17 преобразуются в аналоговые сигналы, которые затем поступают в логарифмические усилители 18 и 19 соответственно. Коэффициенты усиления этих усилителей в два раза больше коэффициента усиления логарифмического усилителя

12. Сигналы, сформированные логарифмическими усилителями 18 и 19, вместе с сигналами, содержащимися в блоках 13 и 14 памяти, поступают на сумматор 20, где определяется их алгебраическая схема в соответствии с числителем выражения (7).

Одновременно с этим цифровые коды, снимаемые с регистров 9 и 10, поступают на схему 15 вычитания, где вычисляется их разность t2 — t> Найденное значение разности поступает на первый вход перемножителя

24, на второй вход которого подается напряжение обратной связи Uoo. Перемножитель

24 может быть выполнен на цифроаналоговом преобразователе, Выходной сигнал перемножителя 24 в сумматоре 20 сравнивается с напряжением U< (числитель выражения (7)), в результате чего на его выходе образуется сигнал

Ug = 01 Uoc(t2 т1). (8)

Полученный сигнал (8) поступает на интегратор 22 и управляет напряжением обратной связи Uoc таким образом, чтобы

1764015 тем, что, с целью повышения точности, оно снабжено датчиком опорного импульса, onтически сопряженным с источником излучения, выполненным в виде лазера с блоком управления, двумя блоками памяти, двумя сумматорами, источником эталонного сигнала, логарифмическим усилителем, вход которого подключен к выходу фотоприемного блока, а выход к информационным вхо10 дам блоков памяти, последовательно

Формула изобретения

Устройство для определения метеорологической дальности видимости, содержащее источник излучения, приемопередающую оптическую систему, фотоприемный блок, первый блок умножения и два интегратора, о т л и ч а ю щ е е с я

Составитель А. Дунаев

Техред М,Моргентал Корректор Н. Ревская

Редактор Г. Бельская

Заказ 3456 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101 напряжение на выходе сумматора 20 было равно нулю, В этом случае

01 = Uoc (2 т1), и следовательно, Uoc =

U1

С2 — т1 (9)

Сопоставляя выражения (7) и (9), заключаем, что

Uoc =се. (1 О)

Выработанное напряжение Uoc обратной связи, пропорциональное показателю ослабления, в аналого-цифровом преобразователе 26 преобразуется в цифровую форму и поступает на первый вход перемножителя 25, на другой вход которого подается сигнал U;>, Выходной сигнал перемножителя 25 в сумматоре 21 сравнивается с эталонным сигналом с In(1/Êo), выработанным источником 27, в результате чего на выходе сумматора 21 образуется сигнал

Uc = с ln(1/Ko) — UD с е. (11)

Выходной сигнал (11) сумматора 21 поступает на интегратор 23 и управляет напряжениeM U таким образом, чтобы напряжение U, на выходе сумматора 21 было равно нулю, В этом случае

In(1/Ko) = U, е, и следовательно, Од = In(1/ -..) е, то есть совпадает с формулой (2) и означает, что сигнал 0 пропорционален метеорологической дальности видимости, В случае необходимости для дополнительного повышения точности измерения метеорологической дальности видимости полученные отсчеты могут быть усреднены.

40 соединенными генератором счетных импульсов и счетчиком, установочный вход которого соединен с выходом датчика опорного импульса, двумя параллельными цепочками последовательно соединенных регистра памяти, цифроаналогового преобразователя и дополнительного логарифмического усилителя, подключенными соответственно к первому и второму входам первого сумматора, двумя схемами сравнения кодов, вход каждой из которых подключен к выходу счетчика, а выход — к управляющим входам соответствующего блока памяти и регистра памяти, схемой вычитания, два входа которой подключены к выходам регистров памяти, а выход — к первому входу первого блока умножения, выход которого подключен к третьему входу первого сумматора, четвертый и пятый входы которого соединены с выходами соответствующих блоков памяти, а выход — с входом первого интегратора, выход которого соединен с входом первого блока умножения, последовательно соединенными аналого-цифровым преобразователем, вход которого соединен с выходом первого интегратора, вторым блоком умножения и вторым сумматором, второй вход которого соединен с источником эталонного сигнала, а выход — с входом второго интегратора, подключенного к второму входу второго блока умножения, причем информационные входы регистров памяти подключены к выходу счетчика.