DE1159181B

DE1159181B - Geraet zur fortlaufenden Messung und Aufzeichnung der Intensitaet atmosphaerischer Dunst- und Nebelzustaende

Info

Publication number: DE1159181B
Application number: DED35519A
Authority: DE
Inventors: Guenter Muecket
Original assignee: Akademie der Wissenschaften der DDR
Current assignee: Akademie der Wissenschaften der DDR
Priority date: 1961-02-28
Filing date: 1961-02-28
Publication date: 1963-12-12

Description

DEUTSCHES

PATENTAMT

KL.42i 20/03

INTERNATIONALE KL.

GOIk; G 02d

D35519IXb/42i

ANMELDETAG: 28. F E B R U A R 1961

BEKANNTMACHUNG
DER ANMELDUNG
UNDAUSGABE DER
AUSLEGESCHRIFT: 12. DEZEMBER 1963

Die Erfindung betrifft ein Gerät zur fortlaufenden Messung und Aufzeichnung der Intensität atmosphärischer Dunst- und Nebelzustände zum Zwecke objektiver Erfassung der optischen Sichtweite.

Bekannt sind Geräte zur Messung der Normsichtweite nach dem Durchlässigkeitsmeßverfahren. Hierbei wird der Intensitätsverlust eines Lichtstrahlenbündels beim Durchlaufen einer Meßstrecke (gebräuchliche Längen etwa 100 bis 300 m) bestimmt und dient somit als Maß für den jeweiligen Trübungszustand der Atmosphäre.

Ferner sind Geräte zur fortlaufenden Messung und Aufzeichnung der Intensität atmosphärischer Dunstund Nebelzustände zum Zwecke objektiver Erfassung der optischen Sichtweite mit zwei optischen Einrichtungen bekannt.

Insbesondere ist ein Sichtregistriergerät bekannt, das auf einer bis zu 100 m langen Meßstrecke die Durchlässigkeit der Atmosphäre mißt, vollautomatisch arbeitet, die gemessenen Werte auf einer durch ein Uhrwerk getriebenen Trommel registriert und einen Anschluß für Fernanzeige oder -registrierung aufweist.

Die Lichtquelle und Modulationseinrichtung dieses Sichtregistriergerätes gestatten jedoch nicht die Verwendung hochintensiver Lichtquellen. Der angeordnete Blendenzylinder benötigt eine hohe Präzision und ist nur anwendbar bei kleinen Lichtquellen, wie beispielsweise Glühlampen; der Blendenzylinder gestattet keine optimale Lichtausbeute der Strahlungsquellen. Der Regelmechanismus gibt im Zusammenhang mit der Modulation keine vollständige Ergänzung zu Null der beiden Lichtwege, wenn sich der Abgleich bei Null ändert. Die Regelung durch Meßblendung führt zur Verfälschung des Meßergebnisses.

Bei dem bekannten Sichtregistriergerät wird durch die Modulationseinrichtung jeweils ein anderer Teil der Lichtquelle (Lampenwendel) für den Vergleich beider Wege herangezogen. Dadurch werden unterschiedliche Änderungen der Strahlungscharakteristik (unterschiedliche Schwärzung des Lampenkolbens bei Betrieb), eine Verfälschung des richtigen Abgleichs und damit des Meßergebnisses bewirkt. Dies ist bei Verwendung hochintensiver Lichtquellen von hoher Bedeutung, da sich erfahrungsgemäß bei Betrieb derartige Änderungen nach kurzer Zeit einstellen.

Das Sichtregistriergerät besitzt eine Verstärkereinrichtung mit normalen Wechselspannungsverstärkern für die Durchlässigkeitsmessung. Bei Verwendung als Streulichtmesser ist jedoch infolge des weitaus ungünstigeren Störverhältnisses (geringe Meßintensität) eine Verwendung breitbandiger Ver-Gerät zur fortlaufenden Messung

und Aufzeichnung der Intensität

atmosphärischer Dunst- und Nebelzustände

Anmelder:
Deutsche Akademie der Wissenschaf ten

zu Berlin,
Berlin-Adlershof, Rudower Chaussee 1-126

Günter Mucket, Lindenberg (Kr. Beeskow),
ist als Erfinder genannt worden

stärker nicht möglich. Vielmehr muß dafür Sorge getragen werden, daß die Modulationsfrequenz des Nutzsignals (Meßlicht) vom Störpegel (Rauschen) eindeutig getrennt wird. Das verwendete Ferraristriebwerk für die Betätigung des optischen Abgleichs hat infolge seines elektrisch-mechanischen Wirkungsgrades und der daraus resultierenden schwachen kleinen Stellkraft den Nachteil, daß Fernübertragungsund Steuereinrichtungen, etwa in Form eines Meßpotentiometers, davon nicht betätigt werden können. Zur Erzeugung der Phasenvergleichsspannung benötigt das bekannte Gerät einen gesonderten Generator und einen zweiten Verstärkersatz. Das bedeutet eine weitere Störquelle.

Aufgabe der Erfindung ist es, bei Vermeidung der Nachteile ein Gerät zur fortlaufenden Messung und Aufzeichnung der Intensität atmosphärischer Dunstund Nebelzustände zum Zwecke objektiver Erfassung der optischen Sichtweite mit einer optischen Empfangs- und Sendeeinrichtung zu schaffen, bei welcher die Intensität der Lichtquelle voll ausgenutzt ist und der gesamte Strahlenverlauf der Sende-, Meß- und Vergleichsimpulse achsensymmetrisch erfolgt. Ferner soll das Empfangselement so ausgestaltet und angeordnet sein, daß die Meß- und Vergleichsimpulse das Empfangselement an ein und derselben Stelle beaufschlagen.

Dies wird beim Gerät zur fortlaufenden Messung und Aufzeichnung der Intensität atmosphärischer Dunst- und Nebelzustände zum Zwecke objektiver Erfassung der optischen Sichtweite mit zwei optischen Einrichtungen, deren eine zur Aussendung eines

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Lichtbündeis einer energiereichen Strahlungsquelle, die andere zum Empfang des von den atmosphärischen Aerosolteilchen rückwärts gestreuten Lichtes (Streulichtmessung) oder des von einer Spiegelanordnung reflektierten Meßstrahles (Durchlässigkeitsmessung) dient, bei welchem der Meß- und Vergleichsstrahl abwechselnd dem fotoelektrischen Meßwertgeber zugeführt werden und über eine Verstärker- und Steuereinrichtung von einem fotometrischen Regelmechanismus im Sinne eines Intensitätsabgleiches betätigt werden, unter Verwendung einer motorisch angetriebenen Umlenkanordnung zur Erzeugung zeitlich aufeinanderfolgender Sende- und Vergleichsimpulse aus dem kontinuierlichen Lichtstrahl einer außerhalb der Instrumentenachse angeordneten Lichtquelle und eines konzentrisch zur Achse angeordneten, den reflektierten Meßstrahl und den Vergleichsstrahl auf ein achsensymmetrisch angeordnetes Empfangselement reflektierenden Hohlspiegels erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Umlenkanordnung aus einem einzigen optischen Umlenkelement besteht, welches räumlich derart angeordnet ist, daß sowohl die Sende- als auch die Vergleichsimpulse achsensymmetrisch im entgegengesetzten Sinne verlaufen, und daß das Empfangselement ringförmig ausgebildet und derart konzentrisch zur Achse angeordnet ist, daß die Vergleichsimpulse durch seine freie Öffnung hindurchtreten und nach der Reflexion abwechselnd mit den an einer achsensymmetrischen ringförmigen Fläche des Hohlspiegels reflektierten Meßimpulsen die ringförmige Empfangsfläche des Strahlungsempfängers beaufschlagen.

Es ist vorteilhaft, eine vollständige Amplitudenmessung beider Vergleichswege durchzuführen und den Vergleich dadurch zu erzielen, daß eine Differenzbildung zwischen den gespeicherten Amplitudenwerten von Meß- und Vergleichswert periodisch durchgeführt wird. Zur Regelung der Vergleichswegintensität wird keine mechanische Blende mit veränderter Wirkung verwendet, sondern eine Polarisationsfilteranordnung, die eine fotometrische Schwächung der Vergleichsstrahlintensität über dessen ganzen Querschnitt gleichmäßig bewirkt. Um unterschiedliche Änderungen der Strahlungscharakteristik, eine Verfälschung des richtigen Abgleichs und damit des Meßergebnisses zu verhindern, ist ein Schwenkprisma angeordnet, das stets denselben Teil der Lichtquelle für den Amplitudenbereich heranzieht.

Die Umlenkanordnung, die aus einem einzigen optischen Umlenkelement besteht, bewirkt einerseits, daß ein praktisch kontinuierlicher Intensitätsvergleich möglich wird, und gewährleistet darüber hinaus, daß ein stets gleiches Strahlenbündel für den Meßvorgang auf beiden optischen Wegen zur Verfügung steht. Dies ist von Vorteil, da — insbesondere bei den zur Verwendung kommenden Hochleistungsstrahlungsquellen — durchweg starke zeitliche Veränderungen im räumlichen Strahlungsdiagramm auftreten, die bei Außerachtlassung vorgenannter technischer Merkmale eine ausreichende Meßsicherheit hinsichtlich Reproduzierbarkeit und Konstanz über längere Zeit nicht ermöglichen.

Von Vorteil ist ferner die Verwendung des ringförmigen Empfangselements, dessen Fotoschicht vom divergenten Strahlengang des Empfangsspiegels gleichmäßig ausgeleuchtet wird, wobei durch die im Brennpunkt des Spiegels angeordnete Lochblende alles Störlicht, das nicht vom unmittelbaren Hintergrund des Meßstrahls herrührt, ferngehalten wird. Infolge der gleichmäßigen Verteilung des verbleibenden Störlichtanteils auf die relativ großflächige Schicht wird erreicht, daß die spezifische Flächenbelastung der Schicht keine unzulässig hohen Werte annimmt und Sättigungs- oder Ermüdungseffekte vermieden werden. Die Zusammenfassung aller optischen Bau- und Regelelemente zu einem kompletten optischen Meßkopf und die damit gegebene Möglichkeit der Montierung auf einem vertikal und horizontal frei beweglichen Stativkopf läßt bei Verwendung des Gerätes als Streulichtmesser eine beliebige Wahl der Meßrichtung zu, was etwa bei der Verwendung auf Flughafen zur Bestimmung der Schrägsichtweite (Anflugwinkel) in je nach Wetterbedingungen veränderlichen Anflugrichtungen einen Vorteil bedeutet.

An Hand der Zeichnung, in der eine Prinzipskizze eines Streulicht-Sichtmessers dargestellt ist, wird in einem Ausführungsbeispiel die Erfindung näher erläutert.

Als Meßlichtquelle 3 dient eine 50-Watt-Quecksilberhöchstdrucklampe, die durch die Netzwechselspannung mit 100 Hz intensitätsmoduliert ist. Als Scheinwerferoptik 1 dient eine Glaslinse von 130 mm Durchmesser und 150 mm Brennweite. Als Empfangsspiegel 2 wurde ein handelsüblicher Parabolspiegel von 350 mm Durchmesser und 150 mm Brennweite verwendet. Der fotoelektrische Meßwertgeber 6 ist eine ringförmige Fotozelle mit blauempfindlicher Schicht, die eine gute spektrale Ausnutzung des von der Hg-Lampe ausgestrahlten Lichtes sowie des im Kurzwelligen erhöhten Streulichteffekts bei schwächeren Trübungen gestattet. Ein motorisch geschwenktes 90^o-Prisma4 lenkt das Meßlicht mit einer Periode von etwa 2 Sekunden abwechselnd auf die Sendeoptik 1 und in den Vergleichsstrahlengang, in dem sich als fotometrisches Regelelement 10 eine Polarisationsfilteranordnung befindet. Die Drehung des Analysatorfilters 5 erfolgt durch einen Kleinstservomotor 8 mit Untersetzungsgetriebe, mit dem an passender Stelle das Meßpotentiometer 9 gekoppelt ist. Alle genannten Bauelemente, mit Ausnahme des Empfangsspiegels 2, bilden eine komplette Einheit möglichst geringer äußerer Abmessungen und sind konzentrisch zum Empfangsspiegel 2 mit diesem zusammen auf einer Alu-Grundplatte von 500 X 300 X 10 mm montiert. Das Ganze bildet so den kompletten optischen Meßteil, der zwecks entsprechender Beweglichkeit auf dem horizontal und vertikal schwenkbaren Kopf eines Filmkamerastativs befestigt wird.

Die Verbindung mit dem elektrischen Teil erfolgt über ein zehnadriges Speisekabel und die abgeschirmte Fotozellen-Meßleitung.

Der elektrische Teil des Ausführungsbeispiels setzt sich aus einem vierstufigen Wechselspannungsverstärker 11 mit 100-Hz-Bandpaßfilter 12 und dem Steuerventil 7 zusammen. Die drei getrennten Einheiten lassen sich jedoch bei entsprechender Ausführung unter Verwendung normaler Bauelemente zu einer geschlossenen Einheit wesentlich geringeren Volumens zusammenfassen.

Der Ablauf des Meßvorganges wird durch die Schwenkbewegung des Prismas so gesteuert, daß beim Durchlauf des Lichtbündels durch Meß- und Vergleichsstrahlengang Kontakte geschlossen werden, über die eine Aufladung zweier den Wegen zugeord-

neter Kondensatoren durch die verstärkte und gleichgerichtete Meßspannung erfolgt. In den Endlagen des Prismas wird jeweils ein weiterer Kontakt geschlossen, mittels dessen die an den Speicherkondensatoren liegende Spannung in Differenzschaltung einer Differentialverstärkerstufe zugeführt wird. Bei vorhandener Spannungsdifferenz und abhängig von deren Polarität wird ein am Ausgang der Differentialstufe liegendes Relais und durch dieses der Servomotor für die optische Nachregelung betätigt.

Mit Hilfe von Schwächungsfiltern verschiedener Dichte, die in den Vergleichsstrahlenweg eingesetzt werden können, läßt sich der Meßbereich des Gerätes in weiten Grenzen den erforderlichen Verhältnissen anpassen.

Bei entsprechender Wahl des Meßbereiches können Norms ichtweiten von maximal 10 km bis herab zu den geringsten vorkommenden Nebelsichtweiten mit guter Genauigkeit und Reproduzierbarkeit gemessen werden.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Gerät zur fortlaufenden Messung und Aufzeichnung der Intensität atmosphärischer Dunst- und Nebelzustände zum Zwecke objektiver Erfassung der optischen Sichtweite mit zwei optischen Einrichtungen, von denen eine zur Aussendung eines Lichtbündels einer energiereichen Strahlungsquelle und die andere zum Empfang des von den atmosphärischen Aerosolteilchen rückwärts gestreuten Lichtes (Streulichtmessung) oder des von einer Spiegelanordnung reflektierten Meßstrahles (Durchlässigkeitsmessung) dient, bei welchem der Meß- und Vergleichsstrahl abwechselnd dem fotoelektrischen Meßwertgeber zugeführt werden und über eine Verstärker- und Steuereinrichtung von einem fotometrischen Regelmechanismus im Sinne eines Intensitätsabgleiches betätigt werden, unter Verwendung einer motorisch angetriebenen Umlenkanordnung zur Erzeugung zeitlich aufeinanderfolgender Sende- und Vergleichsimpulse aus dem kontinuierlichen Lichtstrahl einer außerhalb der Instrumentenachse angeordneten Lichtquelle und eines konzentrisch zur Achse angeordneten, den reflektierten Meßstrahl und den Vergleichsstrahl auf ein achsensymmetrisch angeordnetes Empfangselement reflektierenden Hohlspiegels, dadurch gekennzeichnet, daß die Umlenkanordnung aus einem einzigen optischen Umlenkelement besteht, welches räumlich derart angeordnet ist, daß sowohl die Sende- als auch die Vergleichsimpulse achsensymmetrisch im entgegengesetzten Sinne verlaufen, und daß das Empfangselement ringförmig ausgebildet und derart konzentrisch zur Achse angeordnet ist, daß die Vergleichsimpulse durch seine freie Öffnung hindurchtreten und nach der Reflexion abwechselnd mit den an einer achsensymmetrischen ringförmigen Fläche des Hohlspiegels reflektierten Meßimpulsen die ringförmige Empfangsfläche des Strahlungsempfängers beaufschlagen.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Umlenkelement ein Schwenkprisma ist.

3. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Empfangselement und dem Hohlspiegel eine auf der dem Empfangselement zugewandten Seite verspiegelte Blende angeordnet ist, welche den am Hohlspiegel reflektierten Meßstrahl begrenzt und gleichzeitig den Vergleichsstrahl auf das Empfangselement reflektiert.

4. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelelemente (1, 3, 4, 5, 6, 8, 9, 10) einen geschlossenen Baustein geringer Abmessungen und in Verbindung mit dem Empfangsspiegel (2) einen kompletten optischen Meßkopf bilden, der beispielsweise auf einem Stativ horizontal und vertikal frei beweglich angeordnet ist.

5. Gerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der komplette optische Meßteil auf einem horizontal und vertikal schwenkbaren Kopf, beispielsweise Filmkamerastativ, befestigt ist.

In Betracht gezogene Druckschriften: Französische Patentschrift Nr. 1 158 051; »Zeitschrift für technische Physik«, 1942, Nr. 2, bis 36.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen