BR102017013460A2

BR102017013460A2 - Sistema para medir condições de nuvem, e, método para medir parâmetros de nuvem

Info

Publication number: BR102017013460A2
Application number: BR102017013460-1A
Authority: BR
Inventors: Ray Mark; Josef Anderson Kaare
Original assignee: Rosemount Aerospace Inc.
Priority date: 2016-07-21
Filing date: 2017-06-21
Publication date: 2018-02-06
Also published as: CA2968575A1; EP3273269A1; US11137519B2; BR102017013460B1; US20180024270A1

Abstract

sistema para medir condições de nuvem, e, método para medir parâmetros de nuvem. aparelho e métodos associados se referem a amostragem de um grande volume de uma atmosfera de nuvem de modo a obter uma grande resposta de sinal de uma distribuição esparsa de gotículas de água na atmosfera de nuvem. esse volume pode ser sondado projetando um feixe óptico não colimado na atmosfera de nuvem e amostrando o sinal retroespalhado das gotículas de água localizadas dentro do volume sondado. o feixe óptico não colimado pode ser gerado projetando um pulso divergente de energia de luz de uma extremidade polida de uma primeira fibra óptica. uma segunda fibra óptica pode ser usada para receber o sinal óptico retroespalhado da atmosfera de nuvem. a segunda fibra óptica também pode ter substancialmente o mesmo campo de visão que a primeira fibra óptica, de modo a receber sinais de um volume da atmosfera de nuvem que é substancialmente compatível com o volume sondado.

Description

(54) Título: SISTEMA PARA MEDIR CONDIÇÕES DE NUVEM, E, MÉTODO PARA MEDIR PARÂMETROS DE NUVEM (51) Int. Cl.: G01N 21/17; B64D 15/20 (52) CPC: G01N 21/17,B64D 15/20 (30) Prioridade Unionista: 21/07/2016 US 15/216398 (73) Titular(es): ROSEMOUNT AEROSPACE INC.

(72) Inventor(es): MARK RAY; KAARE JOSEF ANDERSON (74) Procurador(es): KASZNAR LEONARDOS PROPRIEDADE INTELECTUAL (57) Resumo: SISTEMA PARA MEDIR CONDIÇÕES DE NUVEM, E, MÉTODO PARA MEDIR PARÂMETROS DE NUVEM. Aparelho e métodos associados se referem a amostragem de um grande volume de uma atmosfera de nuvem de modo a obter uma grande resposta de sinal de uma distribuição esparsa de gotículas de água na atmosfera de nuvem. Esse volume pode ser sondado projetando um feixe óptico não colimado na atmosfera de nuvem e amostrando o sinal retroespalhado das gotículas de água localizadas dentro do volume sondado. O feixe óptico não colimado pode ser gerado projetando um pulso divergente de energia de luz de uma extremidade polida de uma primeira fibra óptica. Uma segunda fibra óptica pode ser usada para receber o sinal óptico retroespalhado da atmosfera de nuvem. A segunda fibra óptica também pode ter substancialmente o mesmo campo de visão que a primeira fibra óptica, de modo a receber sinais de um volume da atmosfera de nuvem que é substancialmente compatível com o volume sondado.

/ 25 “SISTEMA PARA MEDIR CONDIÇÕES DE NUVEM, E, MÉTODO PARA MEDIR PARÂMETROS DE NUVEM”

FUNDAMENTOS [001] Várias condições de nuvem podem apresentar riscos para aeronaves quando viajando através delas. Se a temperatura de uma atmosfera de nuvem estiver abaixo do ponto de congelamento para a água, gotículas de água podem se tornar gotículas de líquido super-resfriado. Estas gotículas de líquido super-resfriado podem, então, sofrer uma mudança de fase líquido para sólido mediante impacto com uma superfície de aeronave. Gelo agrega em diferentes regiões de superfície para diferentes tamanhos das gotículas de líquido super-resfriado na atmosfera de nuvem. Assim, a caracterização dos tamanhos de gotículas de água super-resfriadas em uma atmosfera de nuvem pode facilitar a predição de regiões de superfícies onde o gelo agregará, bem como fornecer alertas de condições potencialmente perigosas para um piloto. [002] Gotículas de água pequenas super-resfriadas tendem a formar gelo apenas em bordas de ataque da superfície externa de uma aeronave. Gotículas de Água Grandes Super-resfriadas (SLDs), no entanto, podem atingir a borda de ataque de uma asa e passar pelos sistemas de proteção contra congelamento, ou podem atravessar vetores de fluxo de ar e atingir superfícies de popa destas bordas de ataque. Gelo que se forma em regiões de superfície desprotegidas pode alterar seriamente a aerodinâmica da aeronave. Tal agregação de gelo pode causar estol da aeronave ou resultar em variação de controle de aeronave imprevisível que pode levar a problemas de voo. Quando em uma nuvem, o gelo pode formar em superfícies de controle e/ou superfícies de sustentação.

[003] Nem toda nuvem, no entanto, tem uma população de SLD significativa. Diferentes nuvens e diferentes condições atmosféricas podem ser acompanhadas por várias distribuições de tamanho de gotículas de água, diferentes razões de gelo/líquido, etc. , algumas das quais podem ser

Petição 870170042825, de 21/06/2017, pág. 56/93 / 25 inteiramente segura para uma aeronave, enquanto outras podem não ser seguras. Tais distribuições de tamanho de gotículas de água e razões de gelo/líquido podem ser medidas como métricas de nuvem utilizando vários tipos de instrumentos.

[004] Algumas aeronaves são equipadas com sistemas Light

Detection and Ranging (LIDAR) para medir métricas de nuvem. Tais sistemas podem caracterizar nuvens que têm as gotículas de água que têm uma distribuição de tamanho tendo um único modo. Ou o tamanho de gotícula média ou o tamanho de gotícula de modo pode ser calculado pela inversão de um sinal de retroespalhamento usando tais sistemas. Estes sistemas também podem calcular a densidade de gotículas de água para tais distribuições monomodais.

[005] Distribuições multimodais de tamanhos de gotículas de água, no entanto, podem ser difíceis de caracterizar. Tais distribuições multimodais podem ocorrer, por exemplo, quando de nuvens cumulus cai chuvisco ou chuva em uma camada de nuvem estratiforme inferior, criando condições de congelamento. Para distribuições de tamanho de gotícula tendo um modo dominante e um modo secundário (por exemplo, grande distribuição de gotículas de água relativamente pequenas mais uma pequena distribuição de grandes gotículas de água), pode ser difícil detectar as quantidades anômalas de grandes gotículas de água no modo secundário.

[006] Sistemas LIDAR muitas vezes projetam pulsos de um feixe laser colimado para a atmosfera de nuvem e, então, detectam o sinal retroespalhado pela atmosfera de nuvem. O feixe laser colimado amostra um volume relativamente pequeno da nuvem, devido ao feixe colimado ter um pequeno campo de visão (por exemplo,4 mrad de divergência não são atípicos). A amostragem de tal volume de nuvem pequeno pode resultar no feixe encontrando poucas, se alguma, das SLDs de uma distribuição secundária.

Petição 870170042825, de 21/06/2017, pág. 57/93 / 25 [007] Dependendo do tamanho e da densidade das SLDs na distribuição secundária, o sinal de retroespalhamento pode aparecer como picos de cintilação, sobrepostos numa característica de sinal de retroespalhamento resolvido no alcance contínuo de outro modo suave da distribuição principal. O tamanho e a frequência de ocorrência dos picos de cintilação dependem dos tamanhos das SLDs e do volume do espaço sondado pelo feixe laser colimado.

[008] Ao contrário do sinal de retroespalhamento resolvido no alcance da distribuição primária, sinais de retroespalhamento de distribuições de grandes gotículas têm pulsos de cintilação ocorrendo aleatoriamente. Mediando esses sinais de retroespalhamento através de múltiplos pulsos de laser, embora reforçando a razão sinal para ruído da contribuição de gotícula pequena, pode-se fazer picos esporádicos para as gotículas grandes esparsas serem atenuados e talvez até cairem abaixo de um piso de ruído. Assim, as SLDs, as quais podem ser perigosas para a aeronave, podem não ser detectadas.

[009] Distribuições monomodais de SLDs também podem ser problemáticas, se a densidade de SLDs for pequena. Novamente, o sinal de retroespalhamento pode ser caracterizado por picos de cintilação localizados aleatoriamente. A mediação desses sinais de retroespalhamento pode resultar em uma amplitude de sinal que é pequena. Esse sinal pequeno pode até cair abaixo de um piso de ruído de instrumento. Técnicas e instrumentos de medição, os quais podem caracterizar com mais precisão distribuições de gotículas de água, são necessários.

SUMÁRIO [0010] Aparelho e dispositivos associados se referem a um sistema para medir condições de nuvem. O sistema inclui um diodo laser configurado para gerar um pulso de energia de luz. O sistema inclui uma fibra transmissora configurada para receber o pulso gerado de luz de energia e

Petição 870170042825, de 21/06/2017, pág. 58/93 / 25 projetar o pulso recebido de energia de luz numa atmosfera de nuvem. O pulso projetado de energia de luz é projetado sobre um campo de visão determinado por uma abertura numérica de uma extremidade de transmissão da fibra transmissora. O sistema inclui uma fibra receptora tendo uma extremidade de recepção alinhada próxima e substancialmente paralela à extremidade de transmissão da fibra transmissora. A fibra receptora é configurada para receber uma porção do pulso transmitido de energia de luz retroespalhada pela atmosfera de nuvem. O sistema também inclui um detector configurado para detectar a porção do pulso transmitido de energia de luz recebida pela fibra receptora. A abertura numérica da extremidade de recepção da fibra receptora é substancialmente igual à abertura numérica da extremidade de transmissão da fibra transmissora.

[0011] Algumas modalidades se referem a um método para medir parâmetros de nuvem. O método inclui gerar um pulso de energia de luz. O método inclui divergir o pulso gerado de energia de luz através de um primeiro ângulo sólido maior que um limiar predeterminado. O método inclui projetar o pulso divergido de energia de luz para uma atmosfera de nuvem. O pulso projetado é projetado em uma direção de projeção alinhada com um eixo direcional. O método inclui receber uma porção do pulso projetado de energia de luz retroespalhado pela atmosfera de nuvem. A porção recebida é recebida através de um segundo ângulo sólido substancialmente igual ao primeiro ângulo sólido do pulso divergido. A porção recebida é recebida de uma direção de recepção substancialmente paralela ao eixo direcional. O método também inclui detectar a porção recebida do pulso projetado de energia de luz.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS [0012] A FIG. 1 é uma vista esquemática de uma aeronave usando um sistema de medição de condições de nuvem exemplar para medir várias métricas de uma nuvem no caminho da aeronave.

Petição 870170042825, de 21/06/2017, pág. 59/93 / 25 [0013] A FIG. 2 é um diagrama esquemático de uma modalidade de um sistema de medição de condições de nuvem.

[0014] A FIG. 3 é um diagrama esquemático de outra modalidade de um sistema de medição de condições de nuvem.

[0015] A FIG. 4 é um diagrama esquemático de um feixe de fibra exemplar para uso em um sistema de medição de condições de nuvem, tal como aquele representado na FIG. 3.

[0016] A FIG. 5 é um diagrama esquemático de um sistema de medição de condições de nuvem de múltiplas direções.

[0017] A FIG. 6 é um diagrama de blocos de um calculador de métrica de condições de nuvem exemplar.

[0018] A FIG. 7 é um fluxograma de um método exemplar para medir condições de nuvem.

DESCRIÇÃO DETALHADA [0019] Aparelho e métodos associados se referem a amostragem de um grande volume de uma atmosfera de nuvem de modo a obter uma grande resposta de sinal de uma distribuição esparsa de gotículas de água na atmosfera de nuvem. Esse grande volume pode ser sondado projetando um feixe óptico não colimado na atmosfera de nuvem e amostrando o sinal retroespalhado das gotículas de água localizadas dentro do volume sondado. O feixe óptico não colimado pode ser gerado projetando um pulso de energia de luz de uma extremidade de uma primeira fibra óptica. O pulso de energia de luz pode ser projetado de uma superfície polida da primeira fibra óptica, por exemplo, sem ter uma lente entre a extremidade da fibra óptica e a atmosfera de nuvem. O feixe sem lente pode divergir quando ele se projeta da extremidade da primeira fibra óptica. Várias métricas podem ser usas para caracterizar a divergência do feixe óptico projetado. Por exemplo, ângulo de divergência (θ), abertura numérica (NA), razão focal (F/#) e ângulo sólido (Ω) podem todos ser usados como métricas caracterizando a divergência do feixe

Petição 870170042825, de 21/06/2017, pág. 60/93 / 25 óptico projetado.

[0020] Cada uma da primeira fibra óptica ou de uma segunda fibra óptica podem ser usadas para receber o sinal óptico retroespalhado da atmosfera de nuvem. Se usando uma segunda fibra óptica para tais fins, a segunda fibra óptica pode ser alinhada paralela à primeira fibra óptica, de modo a ser sensível a sinais ópticos retroespalhados do volume sondado. A segunda fibra óptica também pode ter substancialmente o mesmo campo de visão que a primeira fibra óptica, de modo a receber sinais de um volume da atmosfera de nuvem que é substancialmente compatível com o volume sondado. Amostrando o grande volume da atmosfera de nuvem, um sinal de retroespalhamento resolvida no alcance contínuo pode ser detectado, mesmo para nuvens tendo distribuições esparsas de gotículas de água.

[0021] Os campos de visão da primeira e da segunda fibras ópticas são substancialmente iguais, ou substancialmente os mesmos, de modo que o volume da atmosfera de nuvem sondado por um sinal se projetando da primeira fibra óptica seja substancialmente o mesmo volume do qual um sinal retroespalhado é recebido pela segunda fibra óptica. Dois campos de visão, e quaisquer das medições de divergência que caracterizam esses campos de visão, são substancialmente iguais um ao outro se eles diferem em menos de dez por cento. Por exemplo, se 2(θ2-θ1)/(θ2+θ1)<0,1, então, os dois ângulos de divergência são substancialmente iguais um ao outro.

[0022] A FIG. 1 é uma vista esquemática de uma aeronave usando um sistema de medição de condições de nuvem exemplar para medir várias métricas de uma nuvem no caminho da aeronave. Na FIG. 1, a aeronave 10 está viajando através da atmosfera de nuvem 12. A aeronave 10 é equipada com sistema de medição de condições de nuvem 14 que está sondando a atmosfera de nuvem 12 com feixe óptico colimado 16 e feixe óptico não colimado 18.

[0023] Feixe óptico colimado 16 tem uma divergência relativamente

Petição 870170042825, de 21/06/2017, pág. 61/93 / 25 pequena e sonda o primeiro volume de sonda 20. Em algumas modalidades, a divergência do feixe óptico colimado 16 pode ser caracterizada por um ângulo de divergência de 4 mrad, por exemplo. Uma atmosfera de nuvem amostrada através de uma profundidade de dez metros por tal feixe óptico colimado resulta num primeiro volume de sonda 20 sendo igual a cerca de 5x10^-3 m³. [0024] O feixe óptico não colimado 18 tem uma divergência relativamente grande e sonda o segundo volume 22. Em algumas modalidades, a divergência do feixe óptico não colimado 18 pode ser caracterizada por uma abertura numérica de 0,39, por exemplo. Uma atmosfera de nuvem amostrada através de uma profundidade de dez metros por tal feixe óptico não colimado resulta num segundo volume de sonda 22 sendo igual a cerca de 170 m³. Assim, o segundo volume de sonda 22 é mais de trinta mil vezes maior que o primeiro volume de sonda 20.

[0025] A FIG. 2 é um diagrama esquemático de uma modalidade de um sistema de medição de condições de nuvem. Na FIG. 2, o sistema de medição de condições de nuvem 14 é representado sondando a atmosfera de nuvem 12. O sistema de medição de condições de nuvem 14 inclui sistema colimado 24 e sistema não colimado 26. O sistema colimado 24 gera o feixe óptico colimado 16. O sistema não colimado 26 gera o feixe óptico não colimado 18. O feixe óptico não colimado 18 pode ser caracterizado por eixo direcional 28 e ângulo de divergência (θ), por exemplo.

[0026] O sistema não colimado 26 inclui diodo laser 30, placa de meia onda 32, divisor de feixe de polarização 34, lente condensadora 36, fibra transmissora 38, embaralhador de polarização de janela 40, fibra receptora 42 e detector acoplado a fibra 44. Diodo laser 30 gera uma sequência de pulsos de energia óptica. Em algumas modalidades o comprimento de onda da energia óptica gerada pelo díodo laser 30 é de cerca de 905 nm, por exemplo. Em outras modalidades o comprimento de onda de energia óptica gerada pelo díodo laser 30 é de cerca de 1550 nm, por exemplo. Os pulsos de energia

Petição 870170042825, de 21/06/2017, pág. 62/93 / 25 óptica são transmitidos através da placa de meia onda 32 a qual é rotativa de modo a proporcionar uma polarização variável do feixe óptico transmitido. O feixe óptico polarizado é, então, dividido pelo divisor de feixe de polarização 34.

[0027] O separador de feixe de polarização 34 no caminho de feixe dos pulsos de energia óptica passa por luz polarizada P a qual é usada como uma fonte para o sistema colimado 24. A polarização S é refletida pelo divisor de feixe de polarização 34 e acoplada na fibra transmissora 38 via lente condensadora 36. Desta forma, a placa de meia onda 32 permite ajuste da polarização e, daí, da fração relativa de luz laser entrando no sistema colimado 24 e no sistema não colimado 26.

[0028] Em algumas modalidades, a fibra transmissora 38 é uma fibra multimodal, por exemplo. Tal fibra multimodal não mantém o estado de polarização da luz entrando na mesma. Assim, luz projetada da extremidade de projeção 46 da fibra transmissora 38 pode ter múltiplas contribuições de polarização. A luz é projetada através de embaralhador de janela/polarização 40 o qual suprime ainda qualquer polarização residual permanecendo no feixe óptico projetado. Em algumas modalidades, o embaralhador de janelapolarização 40 pode ser um embaralhador de polarização Cornu, por exemplo. A luz é, então, projetada na direção do eixo direcional 28 com um ângulo de divergência (θ).

[0029] Na modalidade representada, a função do sistema não colimado 26 é medir retroespalhamento e extinção em vez de nuvem de fase de nuvem (por exemplo, gelo vs líquido). O sistema colimado 24 pode ser usado para determinar fase de nuvem na modalidade representada. O sinal projetado pelo sistema não colimado 26 é, então, retroespalhado pela atmosfera de nuvem 12. O sinal retroespalhado pela atmosfera de nuvem 12 é, então, transversal ao, mas na direção inversa do, embaralhador de janela/polarização 40. O sinal retroespalhado, então, é recolhido (por

Petição 870170042825, de 21/06/2017, pág. 63/93 / 25 exemplo, recebido) pela fibra receptora 42, que tem uma grande abertura numérica na extremidade de recepção 48 da fibra receptora 42, de modo a receber luz retroespalhada de substancialmente o mesmo volume que foi sondado pelo feixe de projeção. A fibra receptora 42 é orientada substancialmente paralela ao eixo direcional 28. Fibras receptoras são substancialmente paralelas com fibras transmissoras se seus eixos forem alinhados dentro de dez graus um do outro. Luz recebida pela fibra receptora 42 tem um ângulo de convergência sensivelmente igual ao ângulo de divergência (θ) associado com a fibra transmissora 38.

[0030] A fibra receptora 40, então, dirige o feixe recebido para o detector acoplado à fibra 42. Detector acoplado de fibra é capaz de medições resolvidas em alcance. As medições podem ser consideradas resolvidas em alcance se a resposta de frequência do detector acoplado de fibra for suficiente para distinguir sinais retroespalhados de vários alcances (por exemplo, várias distâncias do sistema não colimado 26) dentro do volume sondado. O sinal retroespalhado detectado pelo detector acoplado de fibra 44 pode, então, ser modelado e, então, os coeficientes de retroespalhamento e extinção podem ser derivados por métodos de inversão. Os coeficientes de retroespalhamento e extinção podem, então, ser usados para determinar tamanhos de gotículas na atmosfera de nuvem 12.

[0031] O sistema colimado 24 inclui placa de quarto de onda 50, diodo laser 52, filtro dicroico 54, lente objetiva com espelho rotativo 56, lente colimadora 58, filtro dicroico 60, filtro passa banda 62, lentes condensadoras 64, 74, 78, detectores ópticos 66, 76, 80, filtro passa banda 68, placa de quarto de onda 70 e um divisor de feixe de polarização 72. O sistema colimado 24 sonda a atmosfera de nuvem 12 usando feixes colimados de energia óptica de dois comprimentos de onda diferentes. O uso de dois comprimentos de onda diferentes de energia óptica pode fornecer informações usadas para determinar teor de água líquida da atmosfera de nuvem 12.

Petição 870170042825, de 21/06/2017, pág. 64/93 / 25 [0032] O diodo laser 30 e o diodo laser 52 geram pulsos de energia óptica de comprimentos de onda diferentes. Por exemplo, o diodo laser 30 pode gerar pulsos de energia óptica tendo um primeiro comprimento de onda que corresponde a luz tendo um coeficiente de absorção de água relativamente baixo. Por exemplo, várias modalidades podem ter o primeiro comprimento de onda correspondendo a luz tendo um coeficiente de absorção de água de menos de 100 m^-1, menos de 30 m^-1, ou menos de 10 m^-1. Numa modalidade exemplar, o primeiro comprimento de onda pode ser de cerca de 905 nm. Em tal modalidade, o diodo laser 52 pode ser selecionado de modo a gerar pulsos de energia óptica tendo um segundo comprimento de onda que corresponde a luz tendo um coeficiente de absorção de água relativamente alto. Por exemplo, várias modalidades podem ter o segundo comprimento de onda pode ser de cerca de 1550 nm.

[0033] A porção polarizada P dos pulsos de energia óptica gerados pelo diodo laser 30 que passam através divisor de feixe de polarização 34 é circularmente polarizada pela placa de quarto de onda 50. O filtro dicroico 60 passa luz tendo primeiro comprimento de onda, como é gerado pelo diodo laser 30, mas reflete luz de segundo comprimento de onda, como é gerado pelo díodo laser 52. Assim, o feixe polarizado circularmente do primeiro comprimento de onda passa através do filtro dicroico 60 e é, então, refletido pelo espelho rotativo 56. O espelho rotativo 56, assim, dirige feixe colimado circularmente polarizado o qual tem o primeiro comprimento de onda numa direção paralela ao eixo direcional 28 e para a atmosfera de nuvem 12.

[0034] Um segundo feixe colimado tendo o segundo comprimento de onda é gerado pelo diodo laser 52, refletido por ambos filtro dicroico 54 e espelho rotativo 56. O segundo feixe colimado é também dirigido paralelo ao eixo direcional 28 e para a atmosfera de nuvem 12. Cada um do primeiro e do segundo feixes colimados é, então, retroespalhado pela atmosfera de nuvem 12. O primeiro feixe colimado pode ser usado para determinar uma raaão de

Petição 870170042825, de 21/06/2017, pág. 65/93 / 25 fase gelo/líquido da atmosfera de nuvem 12.

[0035] Uma razão de fase gelo/líquido das gotículas de água em uma nuvem pode ser determinada, como divulgado por Ray et al. na patente US 7.986.408, depositada em 5 de novembro de 2008, intitulada “Apparatus and Method for In-Flight Detection of Airborne Water Droplets and Ice Crystals”, toda a divulgação (doravante denominada como a patente '408) da qual é aqui incorporada por referência. A patente '408 divulga:

[0036] Gotículas de água idealmente agem como espelhos perfeitos e espalham a luz de laser refletida de volta em si mesmos sem alterar o estado de polarização. Se a luz incidente for polarizada horizontalmente ou verticalmente, a luz refletida é também da mesma forma horizontalmente ou verticalmente polarizada. Portanto, uma polarização de retroespalhamento com um grau relativamente baixo de despolarização é indicativa de uma nuvem de água líquida. No caso de polarização circular, a direção do campo elétrico rotativo não muda mediante reflexão, mas a mudança no vetor Poynting da onda incidente muda o sentido de polarização circular. Assim, um feixe incidente que é polarizado circularmente à direita se torna polarizado circularmente à esquerda mediante reflexão e vice-versa.

[0037] Cristais de gelo, por outro lado, tendem a alterar o estado de polarização de luz reflectida, em parte devido a múltiplas reflexões internas de suas facetas e em parte a birrefringência de gelo. A luz refletida de cristais de gelo aerotransportados se torna uma mistura de dois estados de polarização ortogonais quando a luz incidente estiver num estado de polarização puro. Ao monitorar ambos os estados de polarização ortogonais da luz retroespalhada, é possível distinguir gotículas de água de cristais de gelo. (Parágrafos [0025, 0026]) [0038] Assim, um primeiro sinal óptico que resulta de retroespalhamento do primeiro feixe colimado de luz polarizada circularmente incluirá um componente que é polarizado circularmente à esquerda e um

Petição 870170042825, de 21/06/2017, pág. 66/93 / 25 componente que é polarizado circularmente à direita. Cada um destes componentes do sinal óptico retroespalhado é focado pela lente objetiva 56 e lente de colimador 58. Este sinal óptico retroespalhado focado, então, passa através do filtro dicroico 60 e filtro passa banda 68. Componentes polarizados circularmente deste sinal óptico retroespalhado são, então, convertidos em componentes polarizados planares ortogonais (por exemplo, polarizados S e polarizados P) via placa de quarto de onda 70. O divisor de feixe de polarização 72 dirige o componente polarizado planar correspondente a luz circularmente polarizada à direita para o detector óptico 80 via lente condensadora 78. O divisor de feixe de polarização 72 dirige o componente planar correspondente a luz circularmente polarizada à esquerda para o detector óptico 76 via lente condensadora 74.

[0039] Assim, uma razão das magnitudes de luz circularmente polarizada à esquerda e de luz circularmente polarizada à direita pode ser calculada com base em amplitudes dos componentes polarizados planares correspondentes detectados. Esta razão pode ser usada para calcular uma razão de fase gelo/líquido de atmosfera de nuvem 12.

[0040] Um segundo sinal óptico resultante de retroespalhamento do segundo feixe colimado será semelhantemente focado pela lente objetiva 56 e a lente de colimador 58. O segundo sinal retroespalhado será, então, refletido pela lente dicroica 60. O segundo sinal retroespalhado refletido será filtrado pelo filtro passa banda 62. O segundo sinal retroespalhado, retroespalhado filtrado será focada no detector óptico 66 por lentes condensadoras 64. As magnitudes de sinais ópticos detectados por detectores 66, 76, 80 podem ser utilizadas para calcular muitas métricas de nuvem incluindo, por exemplo, tamanho de gotícula, teor de água total, razão de fase gelo/líquido, etc.

[0041] A FIG. 3 é um diagrama esquemático de outra modalidade de um sistema de medição de condições de nuvem. Na FIG. 3, o sistema de medição de condições de nuvem 114 é mostrado sondando a atmosfera de

Petição 870170042825, de 21/06/2017, pág. 67/93 / 25 nuvem 12. O sistema de medição de condições de nuvem 114 inclui apenas os sistemas não colimados 116, 118. O primeiro sistema não colimado 116 inclui primeiro transmissor óptico 120 e primeiro receptor óptico 122. O primeiro transmissor óptico 120 inclui laser acoplado de fibra 124, fibra transmissora 126, polarizador linear 128, placa de quarto de onda 130, filtro passa banda 132 e janela 134.

[0042] O laser acoplado de fibra 124 gera pulsos de energia óptica tendo primeiro comprimento de onda. A fibra transmissora 126 transmite estes pulsos de energia óptica para uma extremidade de projeção da fibra transmissora 126. Estes pulsos de energia óptica divergem da extremidade de projeção da fibra transmissora, de modo a ficarem um feixe não colimado. O feixe não colimado, então, se projeta da fibra transmissora 126 para sondar atmosfera de nuvem 12 via transmissão através do polarizador linear 128, placa de quarto de onda 130, filtro passa banda 132 e janela 134. Estes elementos 128, 130, 132, 134, através dos quais o feixe não colimado transmite, fazem o feixe não colimado ser polarizado circularmente.

[0043] A atmosfera de nuvem 12, então, retroespalha o feixe não colimado que sonda a atmosfera de nuvem. O sinal retroespalhado, então, é transmitido de volta através da janela 134, filtro passa banda 132 e placa de quarto de onda 130 em ordem inversa que o feixe de sondagem transmitido através da mesma. Estes elementos 134, 132, 130, através dos quais o sinal retroespalhado transmite, fazem o sinal retroespalhado ter componentes polarizados planares ortogonais.

[0044] O primeiro receptor óptico 122 inclui polarizadores lineares

136, 138, fibras receptoras 140, 142 e detectores ópticos 144, 146. Os polarizadores lineares 136, 138 são configurados em direções ortogonais, um ao outro, de modo que cada um permita a transmissão de componentes correspondentes a sinais retroespalhados que são polarizados circularmente em direções opostas (por exemplo, polarizados circularmente à esquerda e

Petição 870170042825, de 21/06/2017, pág. 68/93 / 25 polarizados circularmente à direita). Fibras receptoras 140, 142 são orientadas substancialmente paralelas a e a fibra transmissora 126 e as fibras receptoras 140, 142 têm um campo de visão compatível com (por exemplo, substancialmente igual) o campo de visão correspondente à fibra transmissora 126, de modo a receber sinais de retroespalhamento do volume da atmosfera de nuvem 12 que é sondada pelo feixe não colimado projetado da fibra transmissora 126.

[0045] O segundo sistema não colimado 148 inclui segundo transmissor óptico 150 e segundo receptor óptico 152. O segundo sistema não colimado 148 é semelhante ao primeiro sistema não colimado 116, exceto que os filtros de polarização não são utilizados. Outra diferença é que o segundo sistema não colimado 148 gera e detecta sinais de um segundo comprimento de onda, diferente do primeiro comprimento de onda utilizado no primeiro sistema não colimado 116. O sistema de medição de condições de nuvem 114 representado na FIG. 3 difere do sistema dedal medição de condições de nuvem 14 representado na FIG. 2, em que apenas feixes não colimados são usados para a atmosfera de nuvem de sondagem 12 na modalidade da FIG. 3. [0046] O segundo transmissor óptico 150 inclui laser acoplado de fibra 154, fibra transmissora 156 e janela 134. O laser acoplado de fibra 154 gera pulsos de energia óptica tendo segundo comprimento de onda. A fibra transmissora 156 transmite estes pulsos de energia óptica para uma extremidade de projeção da fibra transmissora 156. Estes pulsos de energia óptica divergem da extremidade de projeção da fibra transmissora, de modo a ficarem um feixe não colimado. O feixe não colimado, então, se projeta da fibra transmissora 156 para sondar a atmosfera de nuvem 12 via transmissão através da janela 134.

[0047] A atmosfera de nuvem 12, então, retroespalha o feixe não colimado que sonda a atmosfera de nuvem 12. O sinal retroespalhado, então, transmite através da janela 134, filtro passa banda 158. O segundo receptor

Petição 870170042825, de 21/06/2017, pág. 69/93 / 25 óptico 152 inclui fibra receptora 160 e detector óptico 162. A fibra receptora 160 tem um campo de visão compatível com o campo de visão correspondente à fibra transmissora 156, de modo a receber sinais retroespalhados do volume de atmosfera de nuvem 12 que é sondado pelo feixe não colimado projetado da fibra transmissora 156.

[0048] A FIG. 4 é um diagrama esquemático de um feixe de fibra exemplar para uso em um sistema de medição de condições de nuvem, tal como aquele representado na FIG. 3. Na FIG. 4, o feixe de fibras 200 inclui: fibras ópticas 126, 140, 142, 156, 160; polarizadores lineares 128, 136, 138; placas de quarto de onda 130; filtros passa banda 132, 158; e janela 134. O feixe de fibra 200 representa uma modalidade exemplar de uma porção do sistema de medição de condições de nuvem 114 representado na FIG. 3. A configuração representada de elementos ópticos mostra fibras transmissoras 126, 156 em feixe com fibras receptoras 140, 142, 160. Fibras transmissoras 126, 156 são adjacentes e alinhadas paralelas às fibras receptoras 140, 142, 160. Uma tal configuração facilita o alinhamento das fibras receptoras 140, 142 com a fibra transmissora correspondente 126 e facilita o alinhamento de fibra receptora 160 à fibra transmissora correspondente 156.

[0049] A disposição representada de elementos ópticos na FIG. 4 também representa fibras transmissoras 126, 156 que têm substancialmente o mesmo diâmetro que as fibras receptoras 140, 142, 160. Essas fibras de tamanho similar podem fornecer campos de visão semelhantes para as fibras transmissoras 126, 156 e fibras receptoras 140, 142, 160. Outra vantagem da configuração representada é que o tamanho resultante do feixe de fibra 200 é pequeno, por causa da disposição compacta de elementos. Pode-se dirigir as fibras transmissoras 126, 156 e as fibras receptoras 140, 142, 160 numa direção desejada dobrando o feixe de fibras 126, 140, 142, 156, 160 de modo que uma extremidade de projeção/recepção 202 do feixe de fibra 200 seja orientada de modo que a janela 134 é tenha um vetor normal dirigido na

Petição 870170042825, de 21/06/2017, pág. 70/93 / 25 direção desejada para sondar uma atmosfera de nuvem.

[0050] A FIG. 5 é um diagrama esquemático de um sistema de medição de condições de nuvem de múltiplas direções. Na FIG. 5, a aeronave 10 está equipada com sistema de medição de condições de nuvem de múltiplas direções 214. O sistema de medição de condições de nuvem de múltiplas direções 214 inclui três feixes de fibra 200a, 200b, 200c. Cada um dos feixes de fibra 200a, 200b, 200c pode ser dirigido em diferentes direções em relação à aeronave 10. Cada um dos feixes de fibra 200a, 200b, 200c pode transmitir pulsos de energia óptica para sondar a atmosfera de nuvem 12 para e de transmissores ópticos e receptores ópticos, respectivamente. Em algumas modalidades todos os três feixes de fibra 200a, 200b, 200c podem proporcionar transmissões de sinais ópticos simultaneamente. Em outras modalidades, a transmissão de sinais ópticos pode ser realizada sequencialmente em feixes de fibra 200a, 200b, 200c.

[0051] A FIG. 6 é um diagrama de blocos de um calculador de métrica de condições de nuvem exemplar. Na FIG. 6, o calculador de métrica de condições de nuvem óptico 114 inclui: transmissor óptico 120, 150; receptores ópticos 122, 152; processador 170; memória 172 tendo localizações de memória de dados 174 e localizações de memória de programa 176; máquina de cálculo de métrica de nuvem 178; calculador de distribuição de tamanho de gotícula 180; e uma interface de entrada/saída 182. Cada um dos dois transmissores ópticos 120, 150 gera pulsos de laser de um comprimento de onda especificado e dirige os pulsos gerados para uma atmosfera de nuvem via feixe óptico 200. Cada um dos dois receptores ópticos 150, 152 é, então, configurado para receber luz correspondente a um dos pulsos gerados e retroespalhada da atmosfera de nuvem.

[0052] O processador 170, então, recebe sinais retroespalhados dos receptores ópticos 122, 152. O processor 170, então, calcula parâmetros de modelo com base nos sinais retroespalhados recebidos. O processador 170

Petição 870170042825, de 21/06/2017, pág. 71/93 / 25 comunica com localizações de memória de dados 174 e localizações de memória de programa 176 da memória 172. O processador 170 comunica parâmetros de modelo calculados para cada calculador de distribuição de tamanho de gotícula 180 e máquina de cálculo de fase de gelo/líquida 178. O calculador de distribuição de tamanho de gotícula 180 calcula, com base nos parâmetros de modelo calculados, uma distribuição de tamanho de partículas de água na atmosfera de nuvem. O calculador de distribuição de tamanho de gotícula 180, então, comunica a distribuição de tamanho de gotícula calculado para o processor 170. Em algumas modalidades, o cálculo de distribuição de tamanho de gotícula é realizado pelo processador 170.

[0053] A máquina de cálculo de fase gelo/líquida 178 calcula, com base nos parâmetros de modelo calculados, uma razão gelo/líquido de partículas de água na formação de nuvem. A máquina de cálculo de fase gelo/líquida 178, então, comunica a razão gelo/líquido calculada para o Processador 170. Em algumas modalidades, o cálculo de uma razão gelo/líquido é realizado pelo Processador 170. O Processador 170, por sua vez, comunica tanto a distribuição de tamanho de gotícula calculada e a razão gelo/água para um sistema remoto via interface de entrada/saída 182. Um sistema remoto exemplar pode ser um indicador de parâmetro de nuvem localizado numa cabina de pilotagem de uma aeronave.

[0054] O Processador 170, num exemplo, é configurado para implementar funcionalidade e/ou processar instruções para execução dentro do calculador de métrica de condições de nuvem 114. Por exemplo, o processador(es) 50 pode ser capaz de processar instruções armazenadas no(s) dispositivo(s) de armazenamento 56. Exemplos de processador(es) 50 podem incluir qualquer um ou mais dentre um microprocessador, um controlador, um processador de sinal digital (DSP), um circuito integrado específico de aplicativo (ASIC), uma matriz de portas programáveis no campo (FPGA) ou outro circuito lógico discreto ou integrado equivalente.

Petição 870170042825, de 21/06/2017, pág. 72/93 / 25 [0055] A memória 172 pode ser configurada para armazenar informação dentro do calculador de métrica de condições de nuvem 114 durante a operação. A memória 172, em alguns exemplos, é descrita como meios de armazenamento legíveis por computador. Em alguns exemplos, um meio de armazenamento legível por computador pode incluir um meio não transitório. O termo não transitório pode indicar que o meio de armazenamento não está incorporado a uma onda portadora ou a um sinal propagado. Em certos exemplos, um meio de armazenamento não transitório pode armazenar dados que podem, ao longo do tempo, mudar (por exemplo, em RAM ou cache). Em alguns exemplos, a memória 172 é uma memória temporária, o que significa que um objetivo primário da memória 172 não é armazenamento de longo prazo. A memória 172, em alguns exemplos, é descrita como memória volátil, o que significa que a memória 172 não mantém o conteúdo armazenado quando a energia para o calculador de métrica de condições de nuvem 114 é desligado. Exemplos de memórias voláteis podem incluir memórias de acesso aleatório (RAM), memórias de acesso aleatório dinâmico (DRAM), memórias de acesso aleatório estático (SRAM) e outras formas de memórias voláteis. Em alguns exemplos, a memória 172 é usada para armazenar instruções de programa para execução pelo processador 170. A memória 172, em um exemplo, é usada por software ou aplicativos rodando no calculador de métrica de condições de nuvem 114 (por exemplo, um programa de software implementando cálculos de métrica de condições de nuvem) para armazenar temporariamente informações durante a execução do programa.

[0056] Em alguns exemplos, a memória 172 pode também incluir um ou mais meios de armazenamento legíveis por computador. A memória 172 pode ser configurada para armazenar maiores quantidades de informações do que a memória volátil. A memória 172 pode ainda ser configurada para armazenamento de longo prazo de informações. Em alguns exemplos, a

Petição 870170042825, de 21/06/2017, pág. 73/93 / 25 memória 172 inclui elementos de armazenamento não voláteis. Exemplos de tais elementos de armazenamento não voláteis podem incluir discos rígidos magnéticos, discos ópticos, memórias flash ou formas de memórias eletricamente programáveis (EPROM) ou memórias eletricamente apagáveis e programáveis (EEPROM).

[0057] A interface de entrada/saída 182 pode ser usada para comunicar informações entre o calculador de métrica de condições de nuvem 114 e uma aeronave. Em algumas modalidades, essa informação pode incluir condições de aeronave, condições de voo e/ou condições atmosféricas. Em algumas modalidades, essa informação pode incluir dados processados pelo calculador de métrica de condições de nuvem 114 tais como, por exemplo, sinais de alerta. A interface de entrada/saída 182 também pode incluir um módulo de comunicações. A interface de entrada/saída 182, em um exemplo, utiliza o módulo de comunicações para comunicar com dispositivos externos via uma ou mais redes, tal como uma ou mais redes sem fios ou com fios ou ambas. O módulo de comunicações pode ser um cartão de interface de rede, tal como um cartão Ethernet, um transceptor óptico, um transceptor de radiofrequência ou qualquer outro tipo de dispositivo que pode enviar e receber informações. Outros exemplos de tais interfaces de rede podem incluir dispositivos de computação de rádio Bluetooth, 3G, 4G e Wi-Fi, bem como Barramento Serial Universal USB). Em algumas modalidades, a comunicação com a aeronave pode ser realizada via um barramento de comunicações, como, por exemplo, um protocolo de comunicações padrão Incorporado para Rádio Aeronáutico (ARINC). Numa modalidade exemplar, a comunicação de aeronave com a aeronave pode ser realizada via um barramento de comunicações tal como, por exemplo, um barramento de Rede de Área de Controlador (CAN).

[0058] A FIG. 7 é um fluxograma de um método exemplar para medir condições de nuvem. Na FIG. 7, método 200 é representado da perspectiva do

Petição 870170042825, de 21/06/2017, pág. 74/93 / 25 processador 170 (mostrado na FIG. 6). O método 200 começa na etapa 202, onde o processador 170 inicializa o índice I. Então, na etapa 204, o processador 170 envia um sinal de comando para os transmissores ópticos 120, 122 gerarem um pulso de energia de luz. Em resposta ao sinal de comando, o primeiro transmissor óptico 120 gera um primeiro pulso de energia óptica tendo um primeiro comprimento de onda e o segundo transmissor óptico 122 gera um segundo pulso de energia óptica tendo um segundo comprimento de onda diferente do primeiro comprimento de onda. Cada um do primeiro e do segundo pulsos de energia óptica é, então, transmitido para o feixe de fibra 200. Uma primeira fibra transmissora transmite o primeiro pulso de energia óptica do primeiro transmissor óptico 120 e projeta o pulso de energia óptica para uma atmosfera de nuvem externa à aeronave. Uma segunda fibra transmissora transmite o segundo pulso de energia óptica do segundo transmissor óptico 122 e projeta o pulso de energia óptica para a atmosfera de nuvem externa à aeronave. Cada um do primeiro e do segundo pulsos de energia óptica é projetado para a atmosfera de nuvem de uma forma não colimada, de modo que estes projetados pulsados de energia óptica divirjam.

[0059] Na etapa 206, o processador 170 espera para receber sinais retroespalhados dos receptores ópticos 150, 152. Quando o processador 170 recebe sinais retroespalhados correspondentes a luz polarizada circularmente à direita e polarizada circularmente à esquerda do receptor óptico 150, bem como um sinal de retroespalhamento do receptor óptico 152, o método 200 prossegue para a etapa 208. Os sinais retroespalhados recebidos são recebidos por fibras receptoras que têm um campo de visão compatível com o campo de visão das fibras transmissoras. Os sinais retroespalhados são, então, transmitidos de uma extremidade receptora das fibras receptoras para os receptores ópticos 150, 152. Quando sinais retroespalhados são recebidos por receptores ópticos 150, 152, detectores ópticos detectam os sinais recebidos e

Petição 870170042825, de 21/06/2017, pág. 75/93 / 25 fornecem os sinais recebidos detectados ao processador 170. Na etapa 208, o processador 170 envia os sinais retroespalhados recebidos para o calculador de distribuição de tamanho de gotícula 180 e a máquina de cálculo de fase gelo/líquida 178.

[0060] Então, na etapa 210, o processador recebe métricas de nuvem calculadas do calculador de distribuição de tamanho de gotícula 180 e da máquina de cálculo de fase gelo/líquido 178. Na etapa 212, o processador 170 gera um sinal de comunicação, com base nas métricas de nuvem calculadas recebidas, e envia o sinal de comunicação para um piloto via uma interface de entrada/saída 182. Em seguida, na etapa 212, o processador 170 incrementa o índice I e o método 200 retorna à etapa 204, onde o processador 170 envia outro sinal de comando para os transmissores ópticos 120, 122 para gerar novos pulsos de energia de luz.

[0061] São encontradas, a seguir, descrições não exclusivas de possíveis modalidades da presente invenção.

[0062] Um sistema para medir condições de nuvem inclui um diodo laser configurado para gerar um pulso de energia de luz. O sistema inclui uma fibra transmissora configurada para receber o pulso gerado de luz de energia e projetar o pulso recebido de energia de luz numa atmosfera de nuvem. O pulso projetado de energia de luz é projetado sobre um campo de visão determinado por uma abertura numérica de uma extremidade de transmissão da fibra transmissora. O sistema inclui uma fibra receptora tendo uma extremidade de recepção alinhada próxima e substancialmente paralela à extremidade de transmissão da fibra transmissora. A fibra receptora é configurada para receber uma porção do pulso transmitido de energia de luz retroespalhada pela atmosfera de nuvem. O sistema também inclui um detector configurado para detectar a porção do pulso transmitido de energia de luz recebida pela fibra receptora. A abertura numérica da extremidade de recepção da fibra receptora é substancialmente igual à abertura numérica da

Petição 870170042825, de 21/06/2017, pág. 76/93 / 25 extremidade de transmissão da fibra transmissora.

[0063] O sistema do parágrafo anterior pode, opcionalmente, incluir, adicional e/ou alternativamente, qualquer uma ou mais das seguintes características, configurações e/ou componentes adicionais: um processador; um segundo diodo laser; um segundo detector; uma segunda fibra transmissora; um segundo receptor; uma terceira fibra receptora; um terceiro detector; e/ou um elemento de polarização circular.

[0064] O processador pode ser configurado para calcular um tamanho de gotícula grande super-resfriada com base na porção detectada da energia de luz transmitida recebida pela fibra receptora.

[0065] Em algumas modalidades, o diodo laser é um primeiro diodo laser, o pulso de energia de luz é um primeiro pulso de energia de luz de um primeiro comprimento de onda, a fibra transmissora é uma primeira fibra transmissora, a fibra receptora é uma primeira fibra receptora e o detector é um primeiro detector. O segundo diodo laser pode ser configurado para gerar um segundo pulso de energia de luz de um segundo comprimento de onda diferente do primeiro comprimento de onda. O segundo detector pode ser configurado para detectar a porção do segundo pulso de energia de luz retroespalhada pela atmosfera de nuvem.

[0066] A segunda fibra transmissora pode ser configurada para receber o segundo pulso gerado de luz de energia e projetar o segundo pulso recebido de energia de luz numa atmosfera de nuvem. O segundo pulso projetado de energia de luz pode ser projetado sobre um campo de visão determinado por uma abertura numérica de uma segunda extremidade de transmissão da segunda fibra transmissora.

[0067] A segunda fibra receptora pode ter uma extremidade de recepção alinhada próxima e substancialmente paralela à extremidade de transmissão da segunda fibra transmissora. A segunda fibra receptora pode ser configurada para receber uma porção do segundo pulso transmitido de energia

Petição 870170042825, de 21/06/2017, pág. 77/93 / 25 de luz retroespalhada pela atmosfera de nuvem. A abertura numérica da extremidade de recepção da segunda fibra receptora pode ser substancialmente igual à abertura numérica da extremidade de transmissão da segunda fibra transmissora.

[0068] A terceira fibra receptora pode ter uma extremidade de recepção alinhada próxima e substancialmente paralela à extremidade de transmissão da segunda fibra transmissora. A terceira fibra receptora pode ser configurada para receber uma porção do segundo pulso transmitido de energia de luz retroespalhada pela atmosfera de nuvem.

[0069] O terceiro detector pode ser configurado para detectar a porção do segundo pulso transmitido de energia de luz recebida pela fibra receptora. A abertura numérica da extremidade de recepção da terceira fibra receptora pode ser substancialmente igual à abertura numérica da extremidade de transmissão da segunda fibra transmissora.

[0070] O elemento de polarização circular pode ser configurado para polarizar circularmente o segundo pulso de energia de luz. O segundo e o terceiro detectores podem ser configurados para detectar energia de luz polarizada circularmente de direções de polarização opostas.

[0071] Uma modalidade adicional de qualquer um dos sistemas anteriores, em que as aberturas numéricas da extremidade de transmissão da fibra transmissora e da extremidade de recepção da fibra receptora podem ser maiores que um limiar predeterminado. Em algumas modalidades, o limiar predeterminado pode ser de 0,25, 0,3 ou 0,35, por exemplo. Uma modalidade adicional de qualquer um dos sistemas anteriores, em que o segundo pulso de energia de luz é um feixe colimado.

[0072] Um método para medir parâmetros de nuvem inclui gerar um pulso de energia de luz. O método inclui divergir o pulso gerado de energia de luz através de um primeiro ângulo sólido maior que um limiar predeterminado. O método inclui projetar o pulso divergido de energia de luz

Petição 870170042825, de 21/06/2017, pág. 78/93 / 25 para uma atmosfera de nuvem. O pulso projetado é projetado em uma direção de projeção alinhada com um eixo direcional. O método inclui receber uma porção do pulso projetado de energia de luz retroespalhado pela atmosfera de nuvem. A porção recebida é recebida através de um segundo ângulo sólido substancialmente igual ao primeiro ângulo sólido do pulso divergido. A porção recebida é recebida de uma direção de recepção substancialmente paralela ao eixo direcional. O método também inclui detectar a porção recebida do pulso projetado de energia de luz.

[0073] O método do parágrafo anterior pode incluir, opcionalmente, além disso e/ou alternativamente, qualquer um ou mais dos seguintes recursos, configurações e/ou componentes adicionais: calcular um tamanho de gotícula grande super-resfriada; gerar um segundo pulso de energia de luz; projetar o segundo pulso gerado de energia de luz na atmosfera de nuvem; receber uma porção do segundo pulso projetado de energia de luz retroespalhada pela atmosfera de nuvem; detectar a porção recebida do segundo pulso de energia de luz; divergir o segundo pulso de energia de luz gerado ao longo de um terceiro ângulo sólido, em que o terceiro ângulo sólido é substancialmente igual ao primeiro ângulo sólido; polarizar circularmente o segundo pulso de energia de luz; e detectar uma porção polarizada circularmente à direita do segundo pulso de energia de luz.

[0074] Uma modalidade adicional de qualquer um dos métodos anteriores, em que as aberturas numéricas da extremidade de transmissão da fibra transmissora e da extremidade de recepção da fibra receptora podem ser maiores que um limiar predeterminado. Em algumas modalidades, o limiar predeterminado pode ser de 0,25, 0,3 ou 0,35, por exemplo. Uma modalidade adicional de qualquer um dos métodos anteriores, em que o segundo pulso de energia de luz é um feixe colimado.

[0075] Embora a invenção tenha sido descrita com referência a uma modalidade (ou modalidades) exemplificadora, será entendido pelos versados

Petição 870170042825, de 21/06/2017, pág. 79/93 / 25 na técnica que várias mudanças podem ser feitas e equivalentes podem ser usados no lugar de elementos da mesma sem que se afaste do escopo da invenção. Além disso, muitas modificações podem ser feitas para adaptar uma situação ou material particular aos ensinamentos da invenção sem que se afaste do escopo essencial da mesma. Portanto, pretende-se que a invenção não seja limitada à modalidade (ou modalidades) particular revelada, mas que a invenção inclua todas as modalidades que estão dentro do escopo das reivindicações anexas.

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Claims

REIVINDICAÇÕES

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1. Sistema para medir condições de nuvem, caracterizado pelo fato de que compreende:

um diodo laser configurado para gerar um pulso de energia de luz;

uma fibra transmissora configurada para receber o pulso gerado de energia de luz e projetar o pulso recebido de energia de luz em uma atmosfera de nuvem, o pulso projetado de energia de luz projetado sobre um campo de visão determinado por uma abertura numérica de uma extremidade de transmissão da fibra transmissora;

uma fibra receptora tendo uma extremidade de recepção alinhada próxima e substancialmente paralela à extremidade de transmissão da fibra transmissora, a fibra receptora configurada para receber uma porção do pulso transmitido de energia de luz retroespalhada pela atmosfera de nuvem; e um detector configurado para detectar a porção do pulso transmitido de energia de luz recebida pela fibra receptora, em que uma abertura numérica da extremidade de recepção da fibra receptora é substancialmente igual à abertura numérica da extremidade de transmissão da fibra transmissora.

2. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que as aberturas numéricas da extremidade de transmissão da fibra transmissora e da extremidade de recepção da fibra receptora são maiores que um limiar predeterminado.

3. Sistema de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o limiar predeterminado é de 0,25.

4. Sistema de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o limiar predeterminado é de 0,3.

5. Sistema de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo

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2 / 5 fato de que o limiar predeterminado é de 0,35.

6. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende:

um processador configurado para calcular um tamanho de gotícula grande super-resfriada com base na porção detectada da energia de luz transmitida recebida pela fibra receptora.

7. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o diodo laser é um primeiro diodo laser, o pulso de energia de luz é um primeiro pulso de energia de luz de um primeiro comprimento de onda, a fibra transmissora é uma primeira fibra transmissora, a fibra receptora é uma primeira fibra receptora e o detector é um primeiro detector, o sistema de medição de condições de nuvem compreendendo ainda:

um segundo diodo laser configurado para gerar um segundo pulso de energia de luz de um segundo comprimento de onda diferente do primeiro comprimento de onda; e um segundo detector configurado para detectar a porção do segundo pulso de energia de luz retroespalhada pela atmosfera de nuvem.

8. Sistema de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente:

uma segunda fibra transmissora configurada para receber o segundo pulso gerado de energia de luz e projetar o segundo pulso recebido de energia de luz em uma atmosfera de nuvem, o segundo pulso projetado de energia de luz projetado sobre um campo de visão determinado por uma abertura numérica de uma segunda extremidade de transmissão da segunda fibra transmissora; e uma segunda fibra receptora tendo uma extremidade de recepção alinhada próxima e substancialmente paralela à extremidade de transmissão da segunda fibra transmissora, a segunda fibra receptora configurada para receber uma porção do segundo pulso transmitido de energia

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3 / 5 de luz retroespalhada pela atmosfera de nuvem;

em que uma abertura numérica da extremidade de recepção da segunda fibra receptora é substancialmente igual à abertura numérica da extremidade de transmissão da segunda fibra transmissora.

9. Sistema de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que compreende:

uma terceira fibra receptora tendo uma extremidade de recepção alinhada próxima e substancialmente paralela à extremidade de transmissão da segunda fibra transmissora, a terceira fibra receptora configurada para receber uma porção do segundo pulso transmitido de energia de luz retroespalhada pela atmosfera de nuvem; e um terceiro detector configurado para detectar a porção do segundo pulso transmitido de energia de luz recebida pela fibra receptora, em que uma abertura numérica da extremidade de recepção da terceira fibra receptora é substancialmente igual à abertura numérica da extremidade de transmissão da segunda fibra transmissora.

10. Sistema de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que compreende:

um elemento de polarização circular configurado para polarizar circularmente o segundo pulso de energia de luz, em que o segundo e o terceiro detectores são configurados para detectar energia de luz polarizada circularmente de direções de polarização opostas.

11. Sistema de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que o segundo pulso de energia de luz é um feixe colimado.

12. Método para medir parâmetros de nuvem, o método caracterizado pelo fato de que compreende:

gerar um pulso de energia de luz;

divergir o pulso gerado de energia de luz através de um

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4 / 5 primeiro ângulo sólido maior que um limiar predeterminado;

projetar o pulso divergido de energia de luz em uma atmosfera de nuvem, em que o pulso projetado é projetada numa direção de projeção alinhada com um eixo direcional;

receber uma porção do pulso projetado de energia de luz retroespalhada pela atmosfera de nuvem, em que a porção recebida é recebida através de um segundo ângulo sólido substancialmente igual ao primeiro ângulo sólido do pulso divergido e em que a porção recebida é recebida de uma direção de recepção substancialmente paralela ao eixo direcional; e detectar a porção recebida do pulso projetado de energia de luz.

13. Método de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que o limiar predeterminado é de 0,3 estereorradianos.

14. Método de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que o limiar predeterminado é de 0,4 estereorradianos.

15. Método de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que o limiar predeterminado é de 0,5 estereorradianos.

16. Método de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que compreende ainda:

calcular um tamanho de gotícula grande super-resfriada com base na porção detectada do pulso projetado de energia de luz.

17. Método de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que o pulso de energia de luz é um primeiro pulso de energia de luz de um primeiro comprimento de onda, a direção de projeção é uma primeira direção de projeção e a direção de recepção é uma primeira direção de recepção, o método compreendendo ainda:

gerar um segundo pulso de energia de luz; e projetar o segundo pulso gerado de energia de luz na atmosfera de nuvem, em que o segundo pulso projetado de energia de luz é projetado

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5 / 5 numa segunda direção de projeção;

receber uma porção do segundo pulso projetado de energia de luz retroespalhada pela atmosfera de nuvem, em que a porção recebida é recebida de uma segunda direção de recepção substancialmente paralela à segunda direção de projecção; e detectar a porção recebida do segundo pulso de energia de luz.

18. Método de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que compreende ainda:

divergir o segundo pulso gerado de energia de luz gerado através de um terceiro ângulo sólido, em que o terceiro ângulo sólido é substancialmente igual ao primeiro ângulo sólido.

19. Método de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que o segundo pulso de energia de luz é um feixe colimado.

20. Método de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que a detecção da porção recebida do segundo pulso de energia de luz compreende detectar uma porção polarizada circularmente à esquerda do segundo pulso de energia de luz, o método compreendendo ainda:

polarizar circularmente o segundo pulso de energia de luz; e detectar uma porção polarizada circularmente à direita do segundo pulso de energia de luz.

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