CH625628A5

CH625628A5 -

Info

Publication number: CH625628A5
Application number: CH346878A
Authority: CH
Inventors: Frank Dr Ing Fruengel
Original assignee: Impulsphysik Gmbh
Priority date: 1978-03-31
Filing date: 1978-03-31
Publication date: 1981-09-30
Also published as: JPS54164177A; US4288158A; CA1131330A

Description

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Sicherheitsvorrichtung für einen Wolkenhöhenmesser zu schaffen, die Au-15 genschäden verhindert und dadurch eine Erhöhung der Sendeleistung des Lasers und damit der Reichweite des Wolkenhöhenmessers ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch den kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 gelöst. 20 Augenschäden können einerseits durch einen einzelnen Laserstrahlimpuls genügender Energie und andererseits durch einen Impulszug verursacht werden, bei dem nicht die einzelnen Laserstrahlimpulse sondern die Summe der Impulse zu Augenschäden führt. Dementsprechend kann die Sendeleistung des 25 Lasers auf einen, eine Augenschädigung ausschliessenden Wert herabgesetzt werden, indem je nach der Energie der Einzelimpulse entweder die Impulsamplitude (Spitzenleistung), die Impulsdauer oder die Impulsfolgefrequenz oder mehrere dieser Kenngrössen gemeinsam herabgesetzt werden. 30 Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die Laserstrahlimpulse in der Betriebsstellung des Wolkenhöhenmessers mit einem optischen Gerät, beispielsweise einem Teleskop, nicht betrachtet werden können, da sie vertikal nach oben ausgesandt werden. Eine Betrachtung des Lasers von oben wäre 35 nämlich höchstens von einem Flugzeug (z.B. einem Helikopter) aus möglich; es ist jedoch praktisch völlig ausgeschlossen, mit einem Teleskop vom bewegten Flugzeug aus den ausserordentlich schmalen Laserstrahl (Divergenz meist unter 1/10 °) aufzufinden, geschweige dann ihn zu beobachten. Der Erfindung liegt 40 also die Erkenntnis zugrunde, dass die Gefahr von Augenschäden infolge Betrachten des Lasers mit einem Teleskop nur bei aus der Betriebsstellung gekipptem Wolkenhöhenmesser auftritt. Wolkenhöhenmesser werden nämlich insbesondere zum Justieren des Lasers bzw. der Sendeoptik und zu deren Reini-45 gung gelegentlich aus der Betriebsstellung in eine Stellung gekippt, in der der Laserstrahl horizontal verläuft. In dieser Stellung kann der Laser ohne weiteres vom Boden aus mittels eines Teleskops beobachtet werden. Durch die erfindungsgemässe Ausschaltung des Lasers bzw. Herabsetzung der Sendeleistung so beim Neigen des Wolkenhöhenmessers aus der Betriebsstellung wird die Gefahr von Augenschäden in dieser horizontalen Stellung vermieden. Dementsprechend kann die Sendeleistung des Lasers in der Betriebsstellung des Wolkenhöhenmessers wesentlich grösser als bisher, nämlich knapp (um eine Sicherheits-55 toleranz) unterhalb der Grenze für durch das vom Flugzeug aus mögliche Betrachten der Laserstrahlimpulse mit blossem Auge verursachte Augenschäden und damit weit über der bisherigen Grenze für durch Betrachten der Laserstrahlimpulse mit einem Teleskop beispielsweise mit Objektivdurchmesser 80 mm verur-60 sachte Augenschäden gewählt werden. Dadurch kann die Reichweite des Wolkenhöhenmessers wesentlich verbessert werden.

Im folgenden wird anhand der Zeichnung ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher beschrieben. Die einzige Figur 65 zeigt schematisch einen mit einem Diodenlaser-Array ausgerüsteten Wolkenhöhenmesser in der ausgezogen dargestellten Betriebsstellung sowie einer strichpunktiert dargestellten Justierstellung.

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Der Wolkenhöhenmesser hat einen Sender 1, einen Emp- dargestellte Stellung gelangt. Sobald der Höhenmesser um etwa fänger 2 und eine Steuerschaltung 3, die in einem Gehäuse 4 den Winkel a = 10 ° aus der ausgezogenen Stellung geschwenkt angeordnet sind, sowie ein (nicht dargestelltes), durch ein Kabel ist, öffnet der Schalter 10. Dadurch nimmt die Amplitude der 5 mit der Steuerschaltung 3 verbundenes Anzeigegerät. Der Stromimpulse vom Stromimpulsgeber 6 soweit ab, dass das Di-Sender 1 besteht aus einem durch die Schaltung 3 gesteuerten 5 odenlaser-Array 7 gerade noch knapp über der Laserschwelle Stromimpulsgeber 6, der ein GaAs-GaAlAs-Diodenlaser-Ar- betrieben und die Sendeleistung P2 daher auf einen Bruchteil ray 7 speist, sowie einer durch ein Cassegrain-Teleskop gebilde- der ursprünglichen Sendeleistung Pj herabgesetzt wird. In der ten Sendeoptik 8. In Serie zum Diodenlaser-Array 7 liegt eine strichpunktiert dargestellten Stellung des Wolkenhöhenmessers Schaltvorrichtung 9. Diese besteht aus einem Quecksilberschal- ist also die Sendeleistung P2 der horizontal ausgesandten Laserter 10 und einem parallel zu diesem geschalteten Widerstand 10 strahlimpulse so klein, dass die Laserstrahlung ohne Gefähr-11. Der Schalter 10 ist so im Gehäuse 4 befestigt, dass er in der dung der Augen praktisch mit jedem optischen Gerät, beispiels-Betriebsstellung des Wolkenhöhenmessers, in der die Laser- weise einem Teleskop mit einem Objektivdurchmesser von 80 strahlimpulse des Arrays 7 durch die Sendeoptik 8 vertikal nach mm betrachtet werden kann. Damit ist die Augensicherheit in oben ausgesandt werden, geschlossen ist, (das Quecksilber also allen möglichen Stellungen des Höhenmessers gewährleistet, die beiden Kontakte leitend verbindet). Die Form des mit dem i5 insbesondere sind die amerikanischen ANSI-Bestimmungen (in Quecksilber gefüllten Behälters, die Menge des Quecksilbers Klasse 3) erfüllt. Vorteilhaft ist, dass die für das Nachjustieren, und die Anordnung der beiden Kontakte des Schalters 10 ist so z.B. für die Überprüfung der Sendeoptik- bzw. Laserjustierung bemessen, dass dieser bei einem Schwenken um etwa den Win- notwendigen Messungen (Ausmessung des Strahlungsdia-kel a = 10° öffnet. Amplitude, Impulsdauer und Impulsfolge- gramms usw.) bei der niedrigen Sendeleistung P2 gefahrlos aus-frequenz der vom Stromimpulsgeber 6 gelieferten Stromimpulse 20 geführt werden können. Hierbei bedient man sich meist eines sind bei geschlossenem Schalter 10 so bemessen, dass die vom Diopters oder einer mit einem Teleskop gekoppelten photo-Diodenlaser-Array 7 durch die Sendeoptik 8 abgestrahlte Sen- elektrischen Messeinrichtung. Die niedrige Sendeleistung P2 deleistung Pj um eine Sicherheitstoleranz unterhalb der Grenze verhindert dabei nicht nur Augenschäden, auch eine Beschädi-für Augenschäden liegt, wenn die Laserstrahlimpulse mit blos- gung der photoelektrischen Messeinrichtung durch unsachge-sem Auge betrachtet werden, jedoch oberhalb der Grenze für 25 mässe Handhabung, ist bei der niedrigen Sendeleistung prak-Augenschäden liegt, wenn die Laserstrahlimpulse durch ein Te- tisch ausgeschlossen. Nach der Justierung der Sendeoptik 8 bzw. leskop betrachtet werden, so beispielsweise mit einem Teleskop des Laser-Arrays 7 (sowie gegebenenfalls der Empfangsoptik mit Objektivdurchmesser 80 mm. Bei geöffnetem Schalter 10 ist 12 und des Detektors 13) wird der Höhenmesser wieder in die das Diodenlaser-Array 7 über den Widerstand 11 mit dem ausgezogen dargestellte Stellung zurückgekippt, wobei der Stromimpulsgeber 6 verbunden, wobei der Widerstand 11 so 30 Schalter 10 schliesst und die ursprüngliche, hohe Sendeleistung gross bemessen ist, dass die Amplitude der vom Geber 6 abge- für die Wolkenhöhenmessung wieder erreicht wird.

gebenen Stromimpulse so weit herabgesetzt wird, dass sie gera- Anstelle des Quecksilberschalters 10 können auch andere de noch knapp über dem Schwellstrom des Arrays 7 liegt, die durch Gravitation betätigbare elektrische Schalter verwendet

Sendeleistung P2 also sehr klein ist. werden. Ferner kann die Sendeleistung statt durch Verkleine-

Der Empfänger 2 besteht aus einer, durch ein Cassegrain- 35 rung der Spitzenleistung (Impulsamplitude) auch durch eine

Teleskop gebildeten Empfangsoptik 12, einem Detektor 13 mit Verkürzung der Impulsdauer oder, falls nicht die Energie der einer Silizium-Avalanchediode als lichtempfindliches Element Einzelimpulse sondern die Energie eines Impulszuges die Gren-

und einem elektrische Signale vom Detektor 13 verstärkenden ze für die Augenschädigung übersteigt, durch Verkleinerung der und an die Steuerschaltung 3 leitenden Verstärker 14. Zum Impulsfolgefrequenz herabgesetzt werden.

Nachjustieren von Sender 1 und Empfänger 2 ist das Gehäuse 4 40 Ist der Wolkenhöhenmesser statt mit einem Diodenlaser-

in Richtung des Pfeiles 15 um die Achse 16 kippbar. Array mit einem anderen, nicht direkt elektrisch angeregten

Im folgenden wird die Wirkungweise des dargestellten Wol- Laser, beispielsweise einem mittels einer Blitzlampe gepumpten kenhöhenmessers näher erläutert, der nach dem üblichen Im- Festkörperlaser ausgerüstet, so kann eine beispielsweise eben-pulslaufzeitverfahren arbeitet, bei dem, analog zum Radarprin- falls aus einem Quecksilberschalter und einem parallelen Wi-zip, die Laufzeit der vom Sender 1 ausgesandten Laserstrahlim- 45 derstand gebildete Schaltvorrichtung im Stromkreis der Blitzpulse zu einer, den Lichtimpuls diffus reflektierenden Wolke lichtlampe angeordnet werden.

und zurück zum Empfänger 2 mittels der Schaltung 3 gemessen Schliesslich kann bei besonders stabil gebauten Wolkenhö-und daraus die gesuchte Wolkenhöhe ermittelt wird. In der aus- henmessern, bei denen sich eine Nachjustierung erübrigt, der gezogen dargestellten Betriebsstellung des Wolkenhöhenmes- Laser auch vollständig abgeschaltet werden, wenn der Höhen-sers ist, wie vorstehend erläutert, der Schalter 10 geschlossen so messer aus der Betriebsstellung gekippt wird. Dies kann bei-und das Diodenlaser-Array 7 wird mit so grossen Stromimpul- spielsweise beim Reinigen oder einer Standortverschiebung des sen betrieben, dass eine hohe, eine grosse Reichweite gewähr- Höhenmessers erfolgen, wobei das damit beauftragte Personal leistende Sendeleistung erreicht wird, durch die eine Augenge- kaum sachkundig ist und bei z.B. mit GaAs-GaAlAs-Diodenla-fährdung bei Betrachtung des Sendestrahls mit dem blossen Au- ser-Arrays oder mit Neodym-Lasern ausgerüsteten Wolkenhöge gerade noch, bei Betrachtung mit einem Teleskop mit Objek- 55 henmessern nicht einmal feststellen kann, ob der Laser über-tivdurchmesser 80 mm jedoch nicht mehr ausgeschlossen ist. Da haupt in Betrieb ist, da dessen Laserstrahlung nicht sichtbar ist es, wie vorstehend erläutert, unmöglich ist, den vertikal nach (die Wellenlänge beträgt 0,9 bzw. 1,06 Jim). Die Gefahr von oben gerichteten Laserstrahl mit einem Teleskop od. dgl. zu Augenschäden wäre daher bei aus der Betriebsstellung gekippbetrachten, sind Augenschäden in der Betriebsstellung des Wol- tem, nicht ausgeschaltetem Laser verhältnismässig gross, zumal kenhöhenmessers jedenfalls ausgeschlossen. Zum Nachjustie- 60 Wolkenhöhenmesser meist auf Flugplätzen eingesetzt werden, ren des Wolkenhöhenmessers wird dieser in Richtung des Pfei- wo oft Zuschauer das Flugfeld und dessen Umgebung mit Feld-les 15 um die Achse 16 gekippt, so dass er in die strichpunktiert Stechern beobachten.

C

1 Blatt Zeichnungen

Claims

625 628 PATENTANSPRÜCHE

1. Wolkenhöhenmesser mit einem Laser, gekennzeichnet durch eine Schaltvorrichtung (9) für den Laser (7), die diesen abschaltet oder die Sendeleistung (PJ auf einen, eine Augenschädigung ausschliessenden Wert (P2) herabsetzt, wenn der Wolkenhöhenmesser mit dem Laser (7) aus der Betriebsstellung, in der die Laserstrahlimpulse vertikal nach oben ausgesandt werden, um einen grösseren als einen Winkel (a) geneigt wird.

2. Wolkenhöhenmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltvorrichtung (9) zur Herabsetzung der Sendeleistung (P,) wenigstens eine der Leistungsgrössen, Impulsspitzenleistung, Impulsdauer und Impulsfolgefrequenz, der Laserstrahlimpulse verkleinert.

3. Wolkenhöhenmesser nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltvorrichtung (9) die Sendeleistung (P]) auf einen, eine Augenschädigung beim Betrachten der Laserstrahlimpulse mittels eines Teleskops ausschliessenden Wert herabsetzt, so beispielsweise mit einem Teleskop mit Objektivdurchmesser 80 mm, wenn die Neigung des Wolkenhöhenmessers bezüglich seiner Betriebsstellung den Winkel (a) überschreitet.

4. Wolkenhöhenmesser nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Sendeleistung (Pj) in der Betriebsstellung des Höhenmessers unterhalb der Grenze für Augenschäden liegt, wenn die Laserstrahlimpulse mit blossem Auge betrachtet werden, jedoch oberhalb der Grenze für Augenschäden liegt, wenn die Laserstrahlimpulse durch ein Teleskop betrachtet werden, so beispielsweise mit einem Teleskop mit Objektivdurchmesser 80 mm.

5. Wolkenhöhenmesser nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltvorrichtung (9) einen auf Neigung ansprechenden, durch die Gravitation betätigten Schalter (10) aufweist.

6. Wolkenhöhenmesser nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem der Laser (7) direkt elektrisch angeregt oder die Anregungsenergie des Lasers indirekt elektrisch erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Schaltvorrichtung (9) im Stromkreis des Lasers (7) bzw. im Stromkreis für die Erzeugung der Anregungsenergie angeordnet ist.

7. Wolkenhöhenmesser nach den Ansprüchen 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltvorrichtung (9) einen Quecksilberschalter (10) enthält.

8. Wolkenhöhenmesser nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltvorrichtung (9) aus einem Quecksilberschalter (10) und einem parallel dazu geschalteten Widerstand (11) besteht.

9. Wolkenhöhenmesser nach einem der Ansprüche 6,7 oder 8, bei dem der Laser ein Diodenlaser oder ein Diodenlaser-Array (7) ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltvorrichtung (9) in Serie zum Diodenlaser bzw. Diodenlaser-Array (7) geschaltet ist.

10. Wolkenhöhenmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel (a) höchstens 20 °, beispielsweise 10 "beträgt.

Die Ausrüstung eines Wolkenhöhenmessers mit einem Laser anstelle einer herkömmlichen Lichtquelle (z.B. einer Fun-kenpulslampe) würde an sich eine wesentliche Erhöhung der Reichweite ermöglichen ; denn mit Lasern sind höhere Sendeleistungen und niedrigere Strahldivergenzen erreichbar. Die Erhöhung der Sendeleistung ist jedoch wegen der dabei auftretenden Gefahr von Augenschädigungen beschränkt. Die diesbezüglichen internationalen Bestimmungen zur Vermeidung von Schädigungen der Augen führen dabei zu einer Begrenzung der Sendeleistung auf verhältnismässig niedrige Werte. Es wird nämlich nicht nur gefordert, dass die Betrachtung der Laserstrahlimpulse mit dem blossen Auge gefahrlos ist, sondern auch eine Betrachtung der Laserstrahlimpulse mit üblichen optischen Geräten darf noch zu keinerlei Gefahr für die Augen führen. Bei-5 spielsweise verlangen die Bestimmungen des American National Standards Institute (ANSI) in Klasse 3, dass ein gefahrloses Betrachten der Laserstrahlimpulse mit einem Teleskop mit Ob-jektivdurchmesser 80 mm möglich sein muss.

Dabei wird unter «Betrachten der Laserstrahlimpulse» der io Fall verstanden, bei dem die Laserstrahlimpulse in ein Auge treffen, der Betrachter also entgegengesetzt zur Laserstrahlrichtung auf den Laser bzw. die Sendeoptik schaut.