DE2006882C3

DE2006882C3 - Verfahren und Vorrichtung zum Messen der Sichtweite

Info

Publication number: DE2006882C3
Application number: DE2006882A
Authority: DE
Inventors: Franz 6903 Neckargemuend Menke
Original assignee: Eltro Gesellschaft fur Strahlungstechnik 6900 Heidelberg GmbH
Current assignee: Eltro Gesellschaft fur Strahlungstechnik 6900 Heidelberg GmbH
Priority date: 1970-02-14
Filing date: 1970-02-14
Publication date: 1975-06-05
Also published as: GB1356623A; DE2006882A1; DE2006882B2; US3653768A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Messen der Sichtweite, wobei von einem Sender elektromagnetische Strahlen ausgesandt und von einem entfernt aufgestellten Empfänger aufgenommen, in elektrische Signale umgewandelt und unter Zwischenschaltung eines Verstärkers einem Anzeigegerät zugeleitet werden.

Aus der deutschen Patentschrift I 159 181 ist ein Gerät zur fortlaufenden Messung und Aufzeichnung der Intensität atmosphärischer Dunst- und Nebelzustände bekannt. Hierbei wird ein Meßstrahl über eine Optik auf einen Reflektor gestrahlt, um von diesem über einen Spiegel wieder zurück auf einen Meßwertgeber zu gelangen. Abwechselnd mit dem Meßstrahl wird ferner ein Vergleichsstrahl dem Meßwertgeber zugeführt und mittels der beiden Strahlen ein Intensitätsabgleich vorgenommen. Bei diesem Prinzip sind Sender und Empfänger ortsgleich in einem Gerät zusammengefaßt. In der Praxis erfordert dies einen relativ großen Aufwand an Strahlenumlenkmitteln, -sammelvorrichtungen u. dgl. Trotzdem bleibt die er zielte Meßgenauigkeit wenig befriedigend, weil nämlich Verschmutzungen der Scheiben die ausgestrahlten und empfangenen Strahlen schwächen, was in die Meßgenauigkeit eingeht.

Die gattungsgleiche USA.-Patentschrift 3 419 333 zeigt und beschreibt ein sogenanntes Transmissometer. Hierbei handelt es sich um ein aus zwei in größerer Entfernung voneinander aufgestellten Geräten bestehendes System zum Bestimmen der Fahrbahnsichtweite. Auch diese Gerätekombination ist vergleichsweise aufwendig und teuer.

Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Entwicklung eines Meßverfahrens der eingangs näher bezeichneten Gattung, das eine vergleichsweise hohe Meßgenauigkeit aufweist. Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß sich die den Sender verlassenden und auf den Empfänger auftreffenden Strahlen aas einem direkten Strahlenanteil sowie einem ausschließlich von Bestandteilen der Atmosphäre reflektierten Strahlenanteil, dem sogenannten Streulicht, zusammensetzen und beide Anteile innerhalb des Empfängers auf direktem Weg abwechselnd derselben Fotodiode zum Z.weck eines sich anschließenden Spannungsvergleich» zugeführt werden. Dieses Verfahren arbeitet mit einem Sender und einem getrennt hiervon in einiger Entfernung aufgestellten Empfänger. Der Verlauf des Meßstrahls und des Vergleichsstrahls wird auf einfache Weise bereits innerhalb des Senders festgelegt. Die hierzu benötigten Mittel bestehen lediglich aus einer Abschirmung der Strahlenquelle, zwei Spiegeln und zwei Linsen sowie empfängerseitig aus einer Auffangoptik und einer Fotodiode mit einer vorgeschalteten Lochblende. Alterungserscheinungen der Strahlenquelle

und des für Direkt- und Streulicht nurmehr einzigen Empfangselementes sowie Verschmutzungen der Scheiben beeinträchtigen die beider. Strahlenanteile in gleichem MaBe und bleiben daher auf das Meßergebnis selbst ohne Einfluß. Für einen Rückschluß auf die Sichtweite reicht es nämlich aus, wenn man das Verhältnis der beiden Lichtintensitäten aus den auf der Fotodiode ausgelösten Spannungen kennt.

Eine vorteilhafte Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, daß die Direktstrahlen einmal für sich aufgenommen und einmal mit den durch in der Atmosphäre enthaltenen Bestandteilen — Nebel, Regen, Schnee od. dgl. — verursachten Streustrahlen zusammen aufgenommen und die Intensität der beiden Aufnahmen miteinander verglichen werden.

Was die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens anbetrifft, so ist für die hierbei in Anwendung kommende Vorrichtung zweckmäßig, daß der Fotodiode eine feststehende Blende und eine rotierende Blende vorgeschaltet sind, wobei die feststehende Blende eine öffnung für das Direktlicht und eine öffnung für das Streulicht aufweist und die rotierende Blende eine Halbkreisfläche bedeckt und so angeordnet ist, daß sie beim Umlauf die öffnung für das Streulicht in regelmäßigem Wechsel abdeckt und freigibt, daß ferner hinter die Fotodiode der Verstärker geschaltet ist, welcher über Leitungen unter Vermittlung eines Wechselschalters abwechselnd mit einem Speicher für die Direktlichtsignale oder einem Speicher für die (Direktlicht 4- Streulicht)-Signale verbunden ist, zwischen die ein Meßgerät geschaltet ist. Weitere Merkmale der Erfindung sehen vor, daß der Wechselschalter als Kommutator-Schalter ausgebildet ist und daß die Kommutatoren auf derselben Welle sitzen wie die rotierende Blende.

Das von der Sendeeinrichtung ausgesandte Bild ist in der Regel zu groß, um direkt auf die Anode einer Verstärkerröhre übertragen zu werden. Um das Bild ganz zu erfassen, wird nach einem weiteren Gedanken der Erfindung vorgeschlagen, daß vor den das D>rektlicht aufnehmenden Verstärker ein Objektiv geschaltet ist, das die ankommenden Strahlen auf einen wesentlich kleineren Querschnitt fokussiert. Man erhält dabei ein Bild, das die Größe der Anode der Verstärkerröhre nicht überschreitet und !gleichzeitig eine Verstärkung der Intensität der Lichtstrahlen.

Vor die Strahlenquelle des Senders wird zweckmäßig ein Modulator geschaltet. Dadurch wird das Strahlenbündel in einzelne Signale aufgeteilt, die auch als elektrische Signale von der Empfangsdiode leichter wiedergegeben werden können und eine genauere Bestimmung der erzeugten Spannung ermöglichen.

Bei der vorgeschlagenen Vergieichsrnessung ergeben sich beispielsweise folgende Zahlenverhältnisse:

Direktlicht
Streulicht..
DL/SL

Klar

100%,
O⁰/η
IOO(oü)

Dunstig

90%
IC/o
9

Neblig

70%,

30%)

2,33

Starker Nebel

60 "in

40%)

1,5

Sehr starker Nebel

40%,

60%)

Im folgenden wird an Hand einer Schemazeichnung ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert, wobei die in den einzelnen Figuren einander entsprechenden Teile die gleichen Bezugszahlen aufweisen. Es zeigt

Fig. 1 einen Sender, der moduliertes Licht abstrahlt,

Fig. la eine Modulationsscheibe als Einheit von F i g. 1 in Ansicht von Schnitt I-I,

F i g. 2 einen Empfänger für das vorn Sender moduliert abgestrahlte Licht mit einem Schnittbild in

ία Richtung H-II und

Fig. 2a den Empfängerteil von Fig. 2 in einer anderen Arbeitsphase mit einem Schnittbild in Richtung IH-III.
In einem Gehäuse8 (Fig. 1) ist ein Scheinwerfer angeordnet, der beispielsweise aus einer intensiven Lichtquelle 4, einem Hohlspiegel S, den Glaslinsen 3 und 2, einem Sekundärspiegel 7 sowie einem Hauptspiegel 1 besteht. Das parallelgerichtete Lichtstrahlenbündel 10 wird vom Hauptspiegel 1 in Richtung auf

»o einen Empfänger 9 abgestrahlt. Zwischen die Linsen 3 und 2 ist eine Modulationsscheibe 29 geschaltet, die von einem Motor 6 angetrieben wird.

Das Empfangsgerät (F i g. 2) enthält eine Optik 11 und einen innen verspiegelten Zylinder 14 mit einer

»5 lichtempfindlichen Zelle 15. An der Eintrittsseite ist der Zylinder durch eine mit zwei Lichteintrittsöffnungen 24 und 25 versehene Blende 36 abgeschlossen. Vor der Blende 36 ist eine rotierende Blende 17 angeordnet, die ihren Antrieb durch einen Motor 16 erhält. Die Blende sitzt auf einer neben dem Zylinder 14 und achsparallel zu diesem gelagerte Welle 37 und hat etwa die Form einer Halbkreisfläche. Die Größe der Blende und der Abstand der Welle von der Zylinderachse sind so gewählt, daß sie bei jeder Umdrehung die öffnung 25 der Blende 36 abwechselnd abdeckt und freigibt. Neben der Blende 17 sitzt auf derselben Welle 37 ein Verteilerkollektor 18. Der Kollektor rotiert daher drehzahl- und phasengleich mit der Blende 17.

Der Empfänger befindet sich in einer Entfernung 26 von z. B. 100 m zum Scheinwerfer. Das parallelgerichtete Lichtstrahlenbiindel 10 des Scheinwerfers ist mittels der rotierenden Schlitzblende 29 in Hell Dunkel-Impulse moduliert.

Die Hell-Dunkel-Iinpulse gelangen zu dem Empfänger 9 und werden hinter der Auffangoptik 11 als Direktlicht 12 auf die Blendenöffnung 24 des Zylinders 14 konzentriert (Scheinwerfer-Öffnungsbild). Die Lichtstrahlung trifft dann auf die lichtempfindliehe Zelle 15, wo die Scheinwerfer-Lichtimpulse in analoge Stroniimpulse (Symbol 34) umgeformt werden.

Durch die zweite Blendenöffnung 215 kann die Streustrahlung 13 des Scheinwerferlichtes in den Zylinder 14 gelangen. Die dazu gehörige Blendenöffnung 25 wird jedoch durch die umlaufende Blende 17 nur periodisch für die Streastrahlung freigegeben. Einsprechend registriert die Zelle 15 abwechselnd Direktlicht D und Direktlicht D f Streulicht S.

Bei Fig. 2a ist mit Schnittbild III-III die Stellung der Blende 17 für nur Direktlicht (D)-Registricrung gezeigt, dagegen zeigt Schnittbild I I-I I von Fig.?. die Stellung der Blende 17 für die Registrierung Direktlicht (D) + Streulicht (S).

Die in der Zelle 15 in Stromimpulse umgewandelten Lichtimpulse (Symbole 34 und 35) gelangen von der Zelle 15 über eine Leitung 27 in einen Verstärker 19 und dann verstärkt über Leitung 28 zu dem

synchron mit der Blende 17 umlaufenden Verteilerkollektor 18. Von Kollektor 18 werden die Stromimpulse D und D H- S abwechselnd den Speichern 20 für D und 22 für D + S zugeleitet. Zwischen die beiden Speicher ist ein Meßgerät 21 geschaltet, und zwar derart, daß es von beiden Speichern Strom erhält und die Spannungsdifferenz anzeigt.

Bei der Verteilung der D-Impulse über den Kollektor 18 (F i g. 2 und 2 a) wird gleichzeitig ein Referenzverstärker 23 angesteuert, über welchen der Hauptverstärker 19 so beeinflußt wird, daß D = 1 bleibt. Dadurch wird erreicht, daß das Meßgerät 21 in der Auswertung der Aufladungen der Ladungsspeicher 20 und 22 nur den Streulichtwert SW anzeigt.

Ζλιγ Ablesung dieses Wertes kann die Skala des Meßgerätes aufgeteilt und geeicht sein mit dem Quotienten aus DIS »mit Sicht in m bzw.. km« oder in »Sichtstufen von Sichtweite-Intervallen*.

Eiin Vorzug des beschriebenen Verfahrens und der Vorrichtung zum Messen der Sichtweile ist, daß beispielsweise ein Schwanken der Leuchtstärke dei »ο Scheinwerferlampe 4, eine Alterung der lichtelektrischen Zelle 15, Einflüsse des Tageslichtes oder auch eint; Verschmutzung der Linse 11 im Empfangsgerät das Meßergebnis nicht beeinflussen.

Hierzu 1 Blatt Zeiclinungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Messen der Sichtweite, wobei von einem Sender elektromagnetische Strahlen S ausgesandt und von einem entfernt aufgestellten Empfänger aufgenommen, in elektrische Signale umgewandelt und diese unter Zwischenschaltung eines Verstärkers einem Anzeigegerät zugeleitet werden, dadurch gekennzeichnet, daß sich die den Sender (8) verlassenden und auf dien Empfänger (9) auftreffenden Strahlen aus einem direkten Strahlenanteil (12) sowie einem ausschließlich von Bestandteilen der Atmosphäre reflektierten Strahlenanteil (13), dem sogenannten Streulicht, zusammensetzen und beide Anteile innerhalb des Empfängers auf direktem Weg abwechselnd derselben Fotodiode (15) zum Zweck eines sioh anschließenden Spannungsvergleichs zugeführt werden. »o

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Direktstrahlen (12) einmal für sich aufgenommen und einmal mit den durch in der Atmosphäre enthaltene Bestandteile — Nebel, Regen, Schnee od. dgl. — verursachten »5 Streustrahlen zusammen aufgenommen und die Intensitäten der beiden Aufnahmen miteinander verglichen werden.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gckennzeichnet, daß der Fotodiode (15) eine feststehende Blende (36) und eine rotierende Blende (17) vorgeschaltet sind, wobei die feststehende Blende (36) eine öffnung (24) für das Direktlicht (12) und eine öffnung (25) für das Streulicht (13) aufweist und die rotierende Blende (17) eine Halbkreisfläche bedeckt und so angeordnet ist, daß sie beim Umlauf die öffnung (25) für das Streulicht in regelmäßigem Wechsel abdeckt und freigibt, daß ferner hinter die Fotodiode der Verstärker (19) geschaltet ist, welcher über Leitungen (28 und 30 bzw. 28 und 31) unter Vermittlung eines Wechselschalters (18) abwechselnd mit einem Speicher (20) für die Direktlichtsignalc oder einem Speicher (22) für die (Direktlicht -t Streulicht)-Signale verbunden ist, zwischen die ein Meßgerät (21) geschaltet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Wechselschalter (18) als Kommutator-Schalter ausgebildet ist und daß die Kommutatoren auf derselben Welle (37) sitzen wie die rotierende Blende (17).

5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß vor den das Direktlicht aufnehmenden Verstärker (19) ein Objektiv geschaltet ist, das die ankommenden Strahlen auf einen wesentlich kleineren Querschnitt fokussiert.

6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß hinter die Lichtquelle (4) ein Modulator geschaltet ist.

7. Vorrichtung nach den Ansprüchen 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zum Direkllicht-Signalspeicher (20) ein Regelverstärker (23) geschaltet ist, welcher den Hauptverstärker (19) so einregelt, daß die an den Speicher (20) für das Direktlicht abgegebenen Signale stets den Wert 1 annehmen.

8. Vorrichtung nach den Ansprüchen 3 bis 7,

dadurch gekennzeichnet, daß der Regelverstärker (23) mit der Lsunp? (⁴) des Sendegeräts verbunden ist, derart,?daß die Leistung der Lampe bei klarer Atmosphäre auf niedrigere, bei trüber Atmosphäre (Nebel) auf höhere Leistung geschaltet wird.