DE2201266A1 - Sight gauge - Google Patents
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Description
Der Staatssekretär für Verteidigung in der Regierung Ihrer Majestät der Königin des Vereinigten Königreiches von Großbritannien und Nordirland, Whitehall, London, S.W.l,Secretary of State for Defense in Her Majesty the Queen's Government of the United Kingdom of Great Britain and Northern Ireland, Whitehall, London, S.W.l,
EnglandEngland
SiohtmesserSight knife
Die Erfindung betrifft Sichtmesser mit einem Projektor zum Aussenden eines Lichtstrahles auf einem Strahlweg in die Atmosphäre und mit einem auf Licht von einem weiteren Strahlweg ansprechenden Detektor, welcher von dem Schnittbereich der beiden Strahlwege ausgehendes Streulicht feststellt.The invention relates to sight meters with a projector for emitting a light beam on a beam path in the atmosphere and with one on light from another Beam path responsive detector, which from the intersection of the two beam paths outgoing scattered light notices.
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Sichtmesser sind Geräte zur Messung der Sicht, d. h. der Güte der Sichtbarkeit von Objekten in der mehr oder weniger stark getrübten Atmosphäre. Im Plugbetrieb sind genaue Informationen über die Sichtverhältnisse in der Nähe von Flugplätzen von großer Bedeutung.Sight gauges are devices used to measure visibility, i. H. the goodness of the visibility of objects in the more or less clouded atmosphere. In plug mode there is precise information about the visibility conditions in the vicinity of airfields of great importance.
Bekannte Verfahren zur Messung von Sichtänderungen haben gewisse Nachteile. Es ist beispielsweise bekannt, die Sicht in der Atmosphäre dadurch zu messen, daß ein Lichtstrahl über eine bestimmte Entfernung auf dem Boden übertragen wird. Die auf einen Detektor auftreffende Lichtmenge wird sodann mit einer Vergleichslichtquelle verglichen und daraus ein Maß für die Güte der Sicht abgeleitet. Üblicherweise bilden sich jedoch in ruhiger Luft Schichten mit stark unterschiedlichen Sichtverhältnissen aus, so daß eine Sichtmessung am oder in der Nähe des Bodens stark von einer Sichtmessung in einigen Hundert Metern Höhe abweichen würde. Zur Vermeidung dieses Nachteils ist es bereits bekannt, einen Lichtstrahl in die Atmosphäre auszusenden und anschließend die Stärke des Streulichtes zu messen, welches dann erzeugt wird, wenn der Lichtstrahl durch Nebelschichten, Dunstschichten, Regentropfen usw. hindurchgeht. Der Grad der Lichtstreuung liefert eine Angabe über den Zustand der Atmosphäre und damit ein Maß für die Güte der Sicht. Das in bestimmten BereichenKnown methods of measuring changes in vision have certain disadvantages. It is known, for example, to measure the visibility in the atmosphere in that a beam of light is transmitted over a certain distance on the ground. The one hitting a detector The amount of light is then compared with a comparison light source and a measure of the quality of vision is derived from this derived. Usually, however, layers with very different visibility conditions form in calm air so that a visual measurement at or near the ground is very different from a visual measurement in would differ a few hundred meters in height. To avoid this disadvantage, it is already known to use a To emit a beam of light into the atmosphere and then to measure the strength of the scattered light, which is generated when the light beam passes through layers of fog, layers of haze, raindrops, etc. passes through. The degree of light scattering provides information about the state of the atmosphere and thus a Measure of the goodness of sight. That in certain areas
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des Lichtstrahls gestreute Lieht wird düröfr Verstellen des Höhenwinkels des Detektors und durch Registrieren des Detektorausgangssignals in regelmäßigen Intervallen gemessen. Der Detektor ist dabei normalerweise auf dem Boden angeordnet* DaS letztgenannte Verfahren hat den Nachteil, daß das auf den Detektor fallende. Streulicht eine für jede Winkellage des Detektors unterschiedliche Strecke zurückgelegt hat« Die Stärke des von dem Detektor festgestellten Lichtes ist somit eine Punktion der Winkellage des Detektors* wodurch die Beurteilung der Meßwerte erschwert wird* Die Messungen bzw* ihre Beurteilung " werden weiterhin dadurch erschwert, daß der Anteil des auf den Detektor fallenden Streulichtes von dem Winkel zwischen dem ausgesandten Lichtstrahl Und der Sichtlinie des Detektors- abhang ig istjThe light scattered by the light beam is allowed to be adjusted the elevation angle of the detector and by registering of the detector output signal is measured at regular intervals. The detector is usually on the Floor arranged * The last-mentioned procedure has the Disadvantage that falling on the detector. Stray light has traveled a different distance for each angular position of the detector «The strength of the detector detected light is thus a puncture of the angular position of the detector * whereby the assessment of the measured values is made more difficult * the measurements or * their assessment " are further complicated by the fact that the portion of the scattered light falling on the detector depends on the angle between the emitted light beam and the line of sight of the detector is dependent
Durch die Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, einen Sichtmesser der eingangs genannten Art derart zu verbessern, daß eine einfachere und sicherere Beurteilung der Meßwerte möglich ist *The invention aims to solve the problem to improve a sight gauge of the type mentioned in such a way that a simpler and more reliable assessment the measured values are possible *
im Sifoie der Losung dieser Aufgabe beinhaltet die Erfindung -feinen Siehtmesser mit einem Projektor zürn Aussenden eines1 Lichtstrahles auf einem Strahlweg in die Atmosphäre Und mit einem auf Lieht von einem weiterenIn the sifoie of the solution of this task, the invention includes -fine sight knife with a projector to emit a 1 light beam on a beam path into the atmosphere and with one on light of another
1ΘΗΒ.41./08ΊΊ1ΘΗΒ.41 / 08ΊΊ
Strahlweg ansprechenden Detektor, welcher von dem Schnittbereich der beiden Strahlwege ausgehendes Streulicht feststellt. Ein solcher Sichtmesser ist gemäß der Erfindung durch eine Steuereinrichtung gekennzeichnet, welche die Strah'lwege im Gleichlauf um eine bestimmte Achse dreht, so daß sich die Strahlwege unter einem konstanten Winkel und in einem Bereich konstanter Entfernung von dem Sichtmesser schneiden.Beam path responsive detector, which from the intersection of the two beam paths outgoing scattered light notices. Such a sight meter is characterized according to the invention by a control device, which rotates the Strah'lwege in synchronism around a certain axis, so that the beam paths under one cut constant angle and in an area of constant distance from the sighting knife.
In Weiterbildung der Erfindung weist die Steuereinrichtung eine drehbar gelagerte Welle, auf welcher der Projektor und der Detektor starr gehaltert sind, und eine Antriebseinrichtung auf, mittels welcher die Welle in einem bestimmten Winkelbereich drehbar ist.In a further development of the invention, the control device has a rotatably mounted shaft on which the projector and the detector are rigidly mounted, and a drive device, by means of which the Shaft is rotatable in a certain angular range.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind der Detektor und der Projektor über ein Nachlaufservosystem miteinander gekuppelt, so daß sie sich synchron miteinander bewegen.In a preferred embodiment of the invention the detector and the projector are coupled to one another via a tracking servo system, so that they are move synchronously with each other.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Sichtmessers nach der Erfindung sind zwei Spiegel vorgesehen, welche an gegenüberliegenden Enden einer horizontal drehbar gelagerten Welle unter einem spitzen Winkel zur Achse dieser Welle gehaltert sind. DerIn a further preferred embodiment the sight knife according to the invention, two mirrors are provided, which at opposite ends of a horizontally rotatably mounted shaft are supported at an acute angle to the axis of this shaft. Of the
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Projektor wirft dabei den Liohtstrahl auf einen der beiden Spiegel, und der Detektor stellt das über den anderen der beiden Spiegel empfangene Streulicht fest. Der Projektor kann eine ebenfalls auf der Welle gehalterte Lampe aufweisen.The projector throws the light beam onto one of the two mirrors, and the detector detects the scattered light received through the other of the two mirrors. The projector can have a lamp also mounted on the shaft.
Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigenTwo embodiments of the invention are shown in the drawing and will be described in more detail below described. Show it
Fig. 1 schematisch eine bevorzugte1 schematically shows a preferred one
Ausführungsform des Sichtmessers nach der Erfindung, undEmbodiment of the sight knife according to the invention, and
Fig. 2 schematisch eine weitere bevorFig. 2 schematically shows another before
zugte Ausführungsform des Siehtmessers, preferred embodiment of the sight knife,
Fig. 1 zeigt eine Welle 1, welche mit einem auf einer Grundfläche 3 gehalterten Antriebsmotor 2 verbunden ist. Ein an einem Ende der Welle X angebrachter Projektor 4 sendet einen Lichtstrahl auf einem Strahlweg aus, welcher duroh strichpunktierte Linien 5 dargestellt ist. Ein auf dem anderen Ende der Welle 1 angebrachter lichtempfindlicher Detektor 6 spricht auf Licht an, welches aufFig. 1 shows a shaft 1, which with a on one Base 3 mounted drive motor 2 is connected. A projector 4 attached to one end of the shaft X emits a light beam on a beam path, which is shown by dash-dotted lines 5. One on the other end of the shaft 1 attached light-sensitive detector 6 responds to light which on
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einem durch strichpunktierte Linien 7 angedeuteten weiteren Strahlweg ankommt. Der Detektor 6 kann ein herkömmliches Teleskop sein, in dessen Brennpunkt eine Fotozelle angeordnet ist.a further beam path, indicated by dash-dotted lines 7, arrives. The detector 6 can be a be a conventional telescope, in the focal point of which a photocell is arranged.
Der Antriebsmotor 2 verleiht der Welle 1 eine Schwingbewegung, so daß diese in einem bestimmten Winkelbereich hin- und herschwingt. Wenn die Welle schwingt, überstreicht der von dem Projektor 4 ausgesandte Lichtstrahl einen Bereich zwischen einer etwa horizontalen Lage auf einer Seite der Welle 1 und einer Vertikallage. Die optische Achse des Detektors bewegt sich im Gleichlauf mit dem Lichtstrahl und schneidet dessen Strahlweg unter einem konstanten Winkel Θ, In sämtlichen Winkellagen der Welle 1 bleibt deshalb die Entfernung zwischen dem Schnittpunkt der beiden Strahlwege und dem Detektor 6 konstant.The drive motor 2 gives the shaft 1 an oscillating movement, so that this in a certain Angular range swings back and forth. When the wave vibrates, the one emitted by the projector 4 sweeps over Light beam an area between an approximately horizontal position on one side of the shaft 1 and a vertical position. The optical axis of the detector moves in synchronism with the light beam and cuts its beam path under a constant one Angle Θ, remains in all angular positions of shaft 1 therefore the distance between the point of intersection of the two beam paths and the detector 6 is constant.
Bei schlechten Sichtbedingungen bewirken die in der Atmosphäre vorhandenen verschiedenen Teilchen eine Streuung des Lichtes im Strahlweg 5. Ein Teil des Streulichtes aus einem kleinen Bereich des Lichtstrahles 5 in der Nähe von dessen Schnittpunkt mit dem Strahlweg 7 fällt auf den Detektor 6 und erzeugt ein die Menge des empfangenen Lichtes darstellendesIn poor visibility conditions, the various particles present in the atmosphere cause a scattering of the light in the beam path 5. Part of the scattered light from a small area of the light beam 5 in the vicinity of its point of intersection with the beam path 7 falls on the detector 6 and generates one representing the amount of light received
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elektrisches Ausgangssignal. Die Größe dieses Ausgangssignals hängt von der Dämpfung des Lichtes in den zu dem Schnittpunkt hinführenden bzw. von diesem wegführenden Strahlwegen sowie von der Streuung im Schnittpunkt ab und liefert deshalb einen Meßwert für die Sicht in der Atmosphäre. Der Winkel O und die Längen der Strahlwege sind zwar bei sämtlichen Messungen konstant, die Höhe des Schnittpunktes des Lichtstrahles mit dem Strahlweg über dem Boden ist jedoch für jede-Winkellage der Welle verschieden. Setzt man also die Größe des Ausgangssignals des Detektors 6 zu der Winkellage der Welle 1 in Beziehung, so können die Änderungen der Sicht in Abhängigkeit von der Höhe ermittelt werden.electrical output signal. The size of this output signal depends on the attenuation of the light in the areas leading to the point of intersection or leading away from it Beam paths as well as the scattering at the point of intersection and therefore provides a measured value for the view in the The atmosphere. The angle O and the lengths of the beam paths are constant in all measurements, the height the intersection of the light beam with the beam path however, above the ground is for any angular position of the shaft different. So if one sets the size of the output signal of the detector 6 to the angular position of the shaft 1 in relation, the changes in visibility can be determined depending on the height.
Fig. 2 zeigt eine weitere bevorzugte Ausführungsform des Sichtmessers nach der Erfindung. Gleiche Teile in den beiden Figuren tragen gleiche Bezugszahlen und erfüllen jeweils gleiche Aufgaben.Fig. 2 shows a further preferred embodiment of the sight knife according to the invention. The same parts in the two figures have the same reference numbers and each perform the same tasks.
In Fig. 2 sind zwei Spiegel 10 und 11 auf den Enden der Welle 1 derart angebracht, daß sie mit der Achse dieser Welle jeweils einen Winkel von etwa 42 1/2° einschließen. Der Projektor 4 wirft einen Lichtstrahl auf den Spiegel 10, welcher ihn derart unter einem Winkel- nach oben reflektiert, daß er die reflektierteIn Fig. 2 two mirrors 10 and 11 are mounted on the ends of the shaft 1 so that they are aligned with the axis this shaft each enclose an angle of about 42 1/2 °. The projector 4 casts a light beam onto the mirror 10, which reflects it upwards at an angle in such a way that it reflected the
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optische Achse des Detektors 6 in bestimmter Höhe schneidet. Der Motor 2 verleiht, wie im Fall der in Fig. 1 dargestellten AusfUhrungsform des Sichtmessers, der Welle 1 eine Schwingbewegung.optical axis of the detector 6 intersects at a certain height. The motor 2 gives, as in the case of in Fig. 1 shown embodiment of the sight knife, of the shaft 1 an oscillating movement.
Die in Fig. 2 dargestellte Ausführungsform des Sichtmessers nach der Erfindung arbeitet in gleicher Weise wie die bereits beschriebene Ausführungsform des in Fig. 1 dargestellten Sichtmessers. Das Streulicht des Lichtstrahls wird durch den Spiegel 11 abgelenkt und auf den Detektor 6 geworfen.The embodiment shown in Fig. 2 of the Sight knife according to the invention works in the same way as the embodiment already described of the sight knife shown in FIG. 1. The scattered light of the light beam is reflected by the mirror 11 deflected and thrown onto the detector 6.
Der Neigungswinkel der Spiegel 10 und 11 und die Entfernung zwischen diesen werden so gewählt, daß die Sicht in jedem gewünschten Höhenbereich gemessen werden kann.The angle of inclination of the mirrors 10 and 11 and the distance between them are chosen so that the Visibility can be measured at any desired height range.
Der Anteil des in einem bestimmten Bereich eines Lichtstrahles gestreuten Lichtes ist in einer bestimmten Richtung mit Bezug auf die Richtung des Lichtstrahles im wesentlichen proportional zur Nebeldichte, während durch die Dämpfung des Lichtstrahles und des gestreuten Lichtes die Lichtintensität nach einer Exponentialfunktion der Entfernung mal der Nebeldichte verringert wird. Der sich ergebende beobachtbare Effekt dieserThe proportion of the light scattered in a certain area of a light beam is in a certain area Direction with respect to the direction of the light beam substantially proportional to the fog density while by attenuating the light beam and the scattered light, the light intensity according to an exponential function the distance times the fog density is reduced. The resulting observable effect of this
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beiden Paktoren besteht darin, daß sich die festgestellte Lichtintensität als eine Punktion der Nebeldichte ändert, welche bei einem bestimmten Wert der Nebeldichte auf einen.Spitzenwert ansteigt und anschließend mit zunehmender Nebeldichte wieder abfällt. Das führt zu einer Zweideutigkeit, welche dadurch kompensiert werden kann, daß Vergleiche zwischen Messungen über zwei unterschiedliche Strahlweglängen oder zwischen aufeinanderfolgenden Meßwerten einer Meßreihe jeweils miteinander und mit einer in Bodenhöhe ausgeführten Sichtmessung, vorgenommen werden. Diese mögliche Zweideutigkeit kann bei praktischen Messungen über eine ausreichend kurze Strahlweglänge außer Acht gelassen werden und diese Messungen können zur Beseitigung der Zweideutigkeit bei Messungen über größere' Strahlweglängen'verwendet werden.both pactors is that the established Light intensity as a puncture of the fog density changes, which at a certain value of the fog density on a peak value rises and then falls again with increasing fog density. That leads to a Ambiguity, which can be compensated for by making comparisons between measurements over two different ones Beam path lengths or between successive measured values of a series of measurements with each other and with a visual measurement carried out at floor level. This possible ambiguity can occur with practical Measurements over a sufficiently short beam path length can be disregarded and these measurements can can be used to remove ambiguity when measuring over longer 'beam path lengths'.
Ein Verfahren zur Erzielung von Sichtmeßergebnissen über unterschiedliche Strahlweglängen mit Hilfe der oben beschriebenentAusführungsformen des Sichtmessers nach der Erfindung besteht darin, daß ein weiterer Detektor, wie beispielsweise der Detektor 6, verwendet wird, welcher jedoch derart angeordnet ist, daß er das Streulicht über einen kürzeren Strahlweg empfSftgt. Alternativ kann der Detektor 6 auch so konstruiert werden, daß er leicht verstellbar ist und StreulichfcA method for obtaining Sichtmeßergebnissen via different Strahlweglängen using the t embodiments of the viewing knife according to the invention described above is that a further detector such as the detector 6, is used, however, is disposed so as the scattered light over a shorter beam path is recommended. Alternatively, the detector 6 can also be designed so that it is easily adjustable and stray lightfc
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des Lichtstrahles 5 bzw. 5' über unterschiedlich lange Strahlwege 7 bzw. 71 empfängt. Es kann auch ein weiterer Spiegel, wie beispielsweise der Spiegel 11, vorgesehen werden, welcher derart unter einem Winkel zur Welle 1 eingestellt ist, daß er Streulicht von einem anderen Bereich des Lichtstrahles 5' reflektiert. In diesem Fall ist der Detektor 6 derart verstellbar ausgeführt, daß er in beiden Stellungen des Spiegels 11 reflektiertes Streulicht empfangen kann.of the light beam 5 or 5 'via beam paths 7 and 7 1 of different lengths. A further mirror, such as the mirror 11, for example, can also be provided, which is set at an angle to the shaft 1 in such a way that it reflects scattered light from another region of the light beam 5 '. In this case, the detector 6 is designed to be adjustable in such a way that it can receive reflected scattered light in both positions of the mirror 11.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des in Fig. 2 dargestellten Sichtmessers sind der Projektor bzw. die Lichtquelle 4 und der Detektor auf gegenüberliegenden Seiten des Antriebsmotors 2 zwischen den Spiegeln angeordnet. Der Spiegel 10 bzw. 11 ist dabei so eingestellt, daß er das Licht aus denn Projektor auf den Strahlweg 5f bzw. das Licht von dem Strahlweg 7f auf den Detektor 6 richtet. Bei dieser AusfUhrungeform ist der Rotationseffekt vermieden, den die schwingenden Spiegel auf den Lichtstrahl ausüben und der eine Änderung des% Lichtstrahlquerschnittes sowie eine Änderung der Verteilung des Lichtes auf der lichtempfindlichen Fläche des Detektors bewirken kann.In a further preferred embodiment of the sight meter shown in FIG. 2, the projector or the light source 4 and the detector are arranged on opposite sides of the drive motor 2 between the mirrors. The mirror 10 or 11 is set so that it directs the light from the projector onto the beam path 5 f or the light from the beam path 7 f onto the detector 6. In this AusfUhrungeform the rotation effect is avoided by the oscillating mirror exercise on the beam and a change in the% light beam cross section as well as a change in the distribution can cause the light to the photosensitive surface of the detector.
". Der Sichtmesser kann dadurch geeicht werden, daß". The sight gauge can be calibrated in that
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der Lichtstrahl in eine Horizontallage gedreht und die dabei erhaltenen Meßwerte mit Meßwerten verglichen werden, welche für einen in Bodenhöhe verlaufenden Strahlweg mit Hilfe eines Transmissometer herkömmlicher Bauart ermittelt worden sind, oder aber mit Meßwerten verglichen werden, welche mit dem Sichtmesser nach der Erfindung mit horizontal verlaufenden Lichtstrahlen sowie mit einer in ihrem Schnittpunkt angeordneten reflektierenden Flache, welche einen Vergleichsanteil des Lichtstrahles 5 auf den Detektor 6 reflektiert, ermittelt worden sind. Weitere Messungen können außerdem mit einer Einstellung vorgenommen werden, welche einen anderen Wert des Winkels θ ergibt. Bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform des Sichtmessers können die Spiegel 10 und 11 entfernt oder mit halbdurchlässigen Flächen versehen werden, so daß für Eichzwecke Licht von dem Projektor h aus durch ein nicht dargestelltes Standarddämpfungsfilter hindurch zu dem Detektor 6 geleitet wird.the light beam is rotated into a horizontal position and the measured values obtained are compared with measured values which have been determined for a beam path running at floor level with the aid of a conventional transmissometer, or are compared with measured values which are horizontally running with the sight gauge according to the invention Light rays as well as with a reflective surface arranged at their point of intersection, which reflects a comparative portion of the light beam 5 onto the detector 6, have been determined. Further measurements can also be made with a setting that gives a different value of the angle θ. In the embodiment of the sight gauge shown in FIG. 2, the mirrors 10 and 11 can be removed or provided with semitransparent surfaces so that light from the projector h is passed through a standard attenuation filter (not shown) to the detector 6 for calibration purposes.
In bestimmten Fällen kann es von Vorteil sein, die Welle 1, statt in oben beschriebener Weise genau um einen Quadranten, um l80 zu verschwenken und die Meßwerte des einen Quadranten zur Überprüfung der Meßwerte des anderen Quadranten zu verwenden; außer-In certain cases it can be advantageous to pivot shaft 1 by 180 instead of exactly one quadrant in the manner described above and to use the measured values of one quadrant to check the measured values of the other quadrant; except-
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dem kann es von Vorteil sein, die Welle 1 kontinuierlich zu drehen, wobei das Ausgangesignal des Detektors 6 während derjenigen Halbumdrehungen, während welchen der Lichtstrahl auf den Boden gerichtet ist, entweder außer Betracht bleibt oder aber zur Überprüfung der Eichung verwendet wird. Ein motorischer Antrieb ist nicht unbedingt erforderlich, denn die Welle 1 kann auch von Hand gedreht werden.it may be advantageous to rotate the shaft 1 continuously, with the output signal of the detector 6 during those half-turns during which the light beam is directed towards the ground, either remains out of consideration or is used to check the calibration. A motor drive is not absolutely necessary, because the shaft 1 can also be rotated by hand.
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