DE1573195B2 - Vorrichtung zur Ermittlung des Lichtdurchlassigkeitsgrades der Atmosphäre - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Ermittlung des Lichtdurchlässigkeitsgrads der Atmosphäre, bei der die von einer Lichtquelle emittierte und nach Durchlauf der Meßstrecke in einer empfangsseitigen lichtempfindlichen Zelle aufgenommene Lichtstrahlung mit der unmittelbar von der Lichtquelle emittierten Strahlung verglichen wird, und der Lichtdurchlässigkeitsgrad durch die Verstellung einer im Weg der Strahlung angeordneten Blende bestimmt ist.

Solche Geräte sind bekannt (Handbuch der meteorologischen Instrumente von E. Kleinschmidt, 1935, Seiten 703 und 704). Dabei sind zwei empfangsseitige Fotozellen vorgesehen, von denen die eine das von einem Spiegel nach Durchgang der Meßstrecke reflektierte Licht empfängt, während die andere Fotozelle eine Lichtstrahlung erhält, die von der emittierten Lichtstrahlung abgezweigt ist. In diesem Strahlengang ist eine verstellbare Irisblende angeordnet. Wird beispielsweise bei einer Messung die Hälfte des emittierten Lichts von der Atmosphäre absorbiert, so muß die abgezweigte Bezugslichtmenge mittels der Irisblende um die Hälfte verringert werden. Die Lichtstärke, bei der von den beiden Fotozellen gleiche Signale erzeugt werden, hängt damit von der Lichtabsorption in der Meßstrecke ab, so daß die Fotozellen, je nach Sichtweite in sehr verschiedenen Betriebspunkten ihrer Kennlinien, innerhalb eines recht großen Bereichs arbeiten müssen. Damit die Meßgenauigkeit dadurch nicht beeinträchtigt wird, müssen die Kennlinien beider Fotozellen möglichst genau übereinstimmen. Dies führt in der Praxis zu erheblichen Schwierigkeiten. Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht deshalb darin, die Vorrichtung der eingangs geschilderten Art so auszubilden, daß eine genaue und zuverlässige Messung bei verhältnismäßig geringem Aufwand erhalten wird.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die aus einer kalibrierten Öffnung bestehende Blende vor der empfangsseitigen lichtempfindlichen Quelle in Richtung des Strahlengangs verschiebbar angeordnet ist.

Somit wird die Lichtstärke erst nach Durchqueren

ίο der Meßstrecke eingestellt und wird die von der empfangsseitigen lichtempfindlichen Zelle aufgenommene Lichtstärke stets auf den Wert gebracht, der dem von der ersten lichtempfindlichen Zelle gemessenen Wert des emittierten Lichts entspricht. Dabei arbeiten beide Zellen stets im gleichen Betriebspunkt ihrer Kennlinien mit Signalen gleicher Stärke. Dadurch ist eine größere Meßgenauigkeit erzielt. Infolge der konstanten Signalgröße wird auch die Ausbildung einer selbsttätig arbeitenden Blendenbetätigungsvorrichtung vereinfacht. Bei der Erfindung erfolgt die Lichtemission ferner kontinuierlich.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung eignet sich insbesondere zur Verwendung für Sichtmcssungen an Autobahnen, Flugplätzen u. dgl.

Ein Ausführungsbeispiel der F.rfindung ist nachstehend an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine Darstellung zur Erläuterung des Meßprinzips,

F i g. 2 eine Darstellung ähnlich Fig. 1 mit verschiebbarer Blende und

F i g. 3 eine schcmalischc Darstellung der Vorrichtung einschließlich der elektrischen Schaltungskomponenten.

Wie Fig. 1 und 2 der beiliegenden Zeichnung zeigt, sendet eine Lichtquelle L eines Projektors 1 Licht aus, das durch ein optisches System zu einem Empfänger 2 projiziert wird. Das optische System kann mit Strahlenbrechung (Linsen) oder mit Rcflexion (Spiegel) oder gemischt sein, was ohne Bedeutung ist.

Fig. 1 zeigt in schcmatischcr Darstellung ein Linsensystem. Ein Anteil des ausgestrahlten Lichts wird umgelenkt, beispielsweise durch einen halbreflektierenden Spiegel S und zu einer lichtempfindlichen Zelle F, geleitet, der die Helligkeit des emittierten Lichts mißt, bevor dieses durch die Atmosphäre hindurchtritt.

Der Empfänger 2 wird ebenfalls durch ein optisches System gebildet, in diesem Falle mit Linsen, das bei B das empfangene Lichtstrahlenbündel fokussiert. Es ist möglich, in der Brennpunktebene B eine Wand A mit einem Loch an der Stelle des Brennpunkts anzuordnen. Dadurch wird nicht vom Projektor stammendes Licht eliminiert.

Eine zweite lichtempfindliche Zelle F., mißt die Helligkeit des empfangenen Lichts.

Das Verhältnis zwischen den bei F₁ und F., gemessenen Lichthelligkeiten steht in Beziehung zum Lichtdurchlässigkeitsgrad der Atmosphäre. Dieses Verhältnis bestimmt, welcher Anteil des emittierten Lichts tatsächlich beim Empfänger 2 angekommen ist.

Bei dem erfindungsgemäßen Gerät ist eine Vorrichtung zur Messung des erwähnten Verhältnisses mit hoher Genauigkeit vorgesehen. Das Prinzip ist in F i g. 2 dargestellt.

Sowohl die lichtempfindliche Zelle F₁ als auch die

Zelle F., sind mit einer Blende versehen. Es sei angenommen, daß beide nur ein Fünftel des Lichts empfangen, das zu ihnen ohne Blende gelangen wurde.

In einer klaren Atmosphäre ist die Messung bei F₁ noch gleich derjenigen bei F₂. Wenn die Durchlässigkeit der Atmosphäre abnimmt, fällt der Meßwert von F., unter denjenigen von F₁ ab, so daß das Problem besteht, wie dieser Unterschied zu bewerten ist. Für diesen Zweck wird eine Blende D., vor der empfangsseitigen lichtempfindlichen ZeIIeF₂ so weit geöffnet, daß Gleichheit zwischen der Messung bei F., und derjenigen bei F₁ herbeigeführt wird. Es muß daher nur eine geometrische Messung der Veränderung der Blendenöffnung erfolgen, um mit Leichtigkeit den Helligkeitsverlust festzustellen, den das Lichtstrahlenbündel beim Durchgang durch die Atmosphäre erfahren hat.

Die Veränderung der BlendenöfTnung kann In unterschiedlicher Weise erfolgen, z. B. wie in der photographischen Optik, jedoch wird in F i g. 2 eine Anordnung verwendet, die hohe Genauigkeit, große Sicherheit und einfache Bedienung ermöglicht.

Die Blende D., weist eine kalibrierte feste Öffnung auf und ist auf einem Schlitten oder beweglichen Halter C angeordnet, der parallel zur optischen Achse des Lichtkegels verschiebbar ist, dessen Scheitel sich im Brennpunkt bei B befindet.

Wenn die Blende D., zum Scheitel des Lichtkegels bewegt wird, kann ein immer größer werdender Prozentsatz des Lichts durch die kalibrierte Öffnung der Blende D., hindurchtreten, bis an der in F i g. 2 gestrichelt gezeichneten Stelle 12 in der Nähe des Scheitels das gesamte von der Linse gesammelte Licht durch die Blende hindurchtritt, da der Lichtkegelquerschnitt an dieser Stelle kleiner als die Öffnung der Blende ist. Jede Einstellung des Schlittens entspricht daher einem vorbestimmten Lichtwert und bei trüber Atmosphäre entspricht jedem Lichtverlustwert eine diesen ausgleichende Stellung der Blende.

Die Meßwertgrenzen erstrecken sich von der völligen Durchlässigkeit (Durchgang von 100 °/o) bis zu dem gewählten Grenzwert, wenn die beiden Zellen abgeblendet sind. Bei dem gewählten Beispiel ist eine Abblendung auf ein Fünftel möglich, so daß eine Durchlässigkeit von einem Fünftel gemessen wird, das heißt, 20 % des emittierten Lichts. Der Meßbereich hängt daher von der anfänglichen Abblendung ab, die je nach dem interessierenden Meßbereich gewählt wird.

Aus den erwähnten Werten erhält man unter Berücksichtigung des Abstands zwischen dem Projektor und dem Empfänger, das heißt, der Länge der Meßstrecke die Werte für den Lichtdurchlässigkeitsgrad. Zur Erläuterung sei angegeben, daß für eine Meßstrecke von 50 m eine Durchlässigkeit von 20 °/o einer Sicht von etwa 70 m, das heißt starkem Nebel, entspricht.

Die Verschiebung der Blende D., wird vorzugsweise selbsttätig durch einen Motor, insbesondere durch einen kleinen Schrittschaltmotor 8 gesteuert, dem eine Reihe von Schaltimpulsen von einem geeigneten Oszillator 4 zugeführt wird.

Ferner ist in F i g. 3 ein Nullabgleichverstärker 3 vorgesehen, der die von den beiden lichtempfindlichen Zellen F₁ und F., stammenden Signale verstärkt, vergleicht und ein Relais 5 auslöst, wenn ihr Unterschied gleich Null ist.

Diese Vorrichtung wirkt in folgender Weise. Die Blende D., befindet sich in der Ausgangsstellung maximaler Abblendung, wie in F i g. 2 schematisch dargestellt ist. Diese Stellung ist so gewählt, daß das bei F., empfangene Licht schwächer als dasjenige ist, das bei F₁ empfangen wird, auch wenn die Durchlässigkeit der Atmosphäre vollkommen wäre.

Aus der Ausgangsstellung wird die Blende D., durch den Schrittschaltmotor 8 in Richtung der Zelle F., verschoben, wobei die Schaltinipulse über die Leitung 10 und den Schalter 6 zugeführt werden. So nimmt das von F„ empfangene Licht zu, bis dieses gleich dem von F₁ empfangenen Licht ist.

In diesem Zeitpunkt stellt der Nullabgleichvcrstärker 3 die Gleichheit fest und bringt das Relais 5 zur Auslösung, welches die Schaltimpulse von der Leitung 10 auf die Leitung 11 umschaltet, so daß durch Umkehrung der Antriebsrichtung die Blende D„ in die Ausgangsstellung zurückkehrt, in der ein Endschalter 9 das Anhalten bewirkt.

Aus F i g. 3 ist ferner ersichtlich, daß die am Schalter 6 eintreffenden Schaltimpulse zur Rückführung von D., in die Ausgangsstellung dazu verwendet werden, eine Anzeige- oder Registriereinrichtung 7 zu betätigen, die in der Nähe oder an einer entfernten Stelle angeordnet oder an mehreren Stellen vorgesehen sein kann, damit die gewünschte Anzeige an die erforderlichen Stellen geliefert werden kann.

Die Verwendung des Schrittschaltmotors 8 wird deswegen vorgezogen, weil dadurch Vorteile für die Übertragung der Information an verschiedene Stellen erhalten werden. Für die Verschiebung der Blende D., sind aber auch andere Antriebe verwendbar, da die Messung des Durchlässigkeitsgrads der Atmosphäre auf der Messung der Verlagerung der Blende D₂ beruht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Ermittlung des Lichtdurchlässigkeitsgrads der Atmosphäre, bei der die von einer Lichtquelle emittierte und nach Durchlauf der Meßstrecke in einer empfangsseitigen lichtempfindlichen Zelle aufgenommene Lichtstrahlung mit der unmittelbar von der Lichtquelle emittierten Strahlung verglichen wird, und der Lichtdurchlässigkeitsgrad durch die Verstellung einer im Weg der Strahlung angeordneten Blende bestimmt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die aus einer kalibrierten Öffnung bestehende Blende (D.,) vor der empfangsseitigen lichtempfindlichen Zelle (F.,) in Richtung des Strahlengangs verschiebbar angeordnet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Blende (D.,) längs dj;r optischen Achse einer zwischen ihr und der lichtempfindlichen Zelle (F.,) angeordneten weiteren Blende (B') verschiebbar ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die verschiebbare Blende (D.,) von einem Schrittschaltmotor (8) antreibbar ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die emittierte Lichtstrahlung kontinuierlich ist.