DE2322210C3 - Trigonometric pulse-optical cloud altimeter - Google Patents

Trigonometric pulse-optical cloud altimeter

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Description

Die Erfindung betrifft einen nach dem trigonometrischen Meßprinzip arbeitenden impulsoptischen WoI-kcnhöhenmesser gesteigerter Meßhöhe, bei dem die von Wolken zurückgestreuten Liehimpulse von einem schwenkbaren Empfänger aufgenommen werden.The invention relates to a pulse-optical height meter which operates according to the trigonometric measuring principle increased measuring height at which the lending impulses scattered back by clouds from a swiveling receiver can be added.

Es ist bekannt unii üblich, impulsoptische Wolkenhöhenmesser nach dem trigonometrischen Meßprinzip arbeiten zu lassen, wobei die von den Wolken zurückgestreuten Lichtimpulse von einem schwenkbaren Empfänger aufgenommen werden. Diese Reflexe ■> betätigen winkelabhängig ein Stromtor.It is well known that impulse-optical cloud altimeters are used to let work according to the trigonometric measuring principle, with that of the clouds backscattered light pulses are picked up by a swiveling receiver. These reflexes ■> operate a power gate depending on the angle.

Es ist auch bekannt, mittels eines laufzeitabhängigen StroiiUores die Wolkenhöhe zu messen.It is also known by means of a time-dependent StroiiUores to measure the cloud height.

Beide Meßprinzipien haben Vor- und Nachteile. Die Erfindung betrifft eine neue Schaltung, die die VorteileBoth measuring principles have advantages and disadvantages. The invention relates to a new circuit that has the advantages

ι« beider Prinzipien oder deren Nachteile vereinigt Im Gegensatz zu einer Messung der Laufzeit über ein zeitlich gesteuertes Stromtor wird hier derart gearbeitet, daß bei jedem ausgesandten Meßimpuls eine sehr lange Stromtor-Öffnungszeit vorgesehen ist, die derι «both principles or their disadvantages combined in Im In contrast to a measurement of the transit time via a time-controlled power gate, the work here is as follows: that a very long Stromtor opening time is provided for each transmitted measuring pulse, which the

ii höchsten zu erfassenden Wolkenhöhe im Rahmen des Meßbereichs des Gerätes entspricht und möglichst bei Null beginnt Da diese Öffnungszeit die Lichtlaufzeit entsprechend der Meßhöhe war, wäre es dann nämlich nicht möglich, tiefliegende Wolken zu erfassen, weil nämlich der über ein Verbindungskabel vom Lichtimpulssender zum Empfänger zu leitende Startimpuls später ankommen würde, als der über die niedrige Wolke in den Empfänger gelangende reflektierte Lichtimpuls. Daher muß in der Signalverarbeitungs-ii highest cloud height to be recorded in the context of the Corresponds to the measuring range of the device and, if possible, starts at zero was corresponding to the measuring height, it would then not be possible to record low-lying clouds because namely the start pulse to be conducted via a connecting cable from the light pulse transmitter to the receiver would arrive later than the one passing through the low cloud reflected into the receiver Light pulse. Therefore, in the signal processing

.'5 schaltung ein Laufzeitglied geeigneter Länge eingeschaltet werden..'5 circuit switched on a delay element of suitable length will.

Die vorgenannte Aufgabe wird somit bei einem Wolkenhöhenmesser der einleitend genannten Art dadurch gelöst, daß in an sich bekannter Weise dieThe aforementioned task is thus performed with a cloud altimeter of the type mentioned in the introduction solved by the fact that in a known manner

so aufgenommenen Lichtimpulse einem elektronischen Stromtor zugeleitet sind, das für die Dauer der Lichtlaufzeit entsprechend der Meßhöhe geöffnet wird, wobei der Öffnungsimpuls für dieses Stromtor vom Lichtimpulssender erzeugt und durch ein Verbindungs-light pulses recorded in this way are fed to an electronic power gate, which is used for the duration of the Light transit time is opened according to the measuring height, the opening pulse for this current gate from Light pulse transmitter generated and through a connection

ii kabel geleitet wird, und daß die Zuleitung der Lichtimpulse zum Stromtor über eine elektronische Verzögerung erfolgt, deren Wert entsprechend derii cable is routed, and that the supply line of the Light impulses to the power gate via an electronic delay, the value of which corresponds to the

Kabellaufzeit des Öffnungsimpulses bemessen ist.Cable run time of the opening impulse is measured.

Als Hilfsmittel zur Auslösung der Torstufe im Empfängerverstärker wird dabei ein elektrischer Impuls von der Senderseite benötigt, der in demselben Augenblick zu liefern ist, in dem der Lichtimpuls den Sender verläßt. Im einfachsten Falle ist hierbei zu denken an die Verwendung einer Photodiode, die einenAn electrical impulse is used as an aid to triggering the gate stage in the receiver amplifier Required by the transmitter side, which is to be delivered at the same moment in which the light pulse is the Station leaves. In the simplest case one should think of the use of a photodiode, the one

4) energetisch kleinen Teil des Lichtimpulses »sieht« und einen analogen Impuls über ein koaxiales Verbindungskabel zu dem Empfänger, der in der Maßbasis entfernt aufgestellt ist, liefert, Photodioden sind jedoch kostspieliger als einfache Rogowski-Spulen. Zweckmäßigerwei-4) energetically small part of the light pulse "sees" and an analog pulse via a coaxial connection cable to the receiver, which is located in the measurement base however, photodiodes are more expensive than simple Rogowski coils. Expediently

-)() se wird daher der Impuls bei der Erfindung derart gewonnen, daß um eine der Entladungsleitungen des Kondensators zu der Funkenimpulslampe eine Rogowski-Spule herumgelegt wird, die ein gewöhnliches Verbindungskabel, z. B. ein zweiadriges Netzkabel oder-) () se is therefore the momentum in the invention won that around one of the discharge lines of the capacitor to the spark pulse lamp a Rogowski coil is lying around using an ordinary connecting cable, e.g. B. a two-wire power cord or

κ auch ein Koaxialkabel speist. In dem Augenblick, in dem der Stromanstieg in der Entladungslampe des Senders seine höchste Steilheit hat, was im allgemeinen kurz nach Beginn des Funkendruchbruchs der Fall ist, wird eine Spannungspitze erzeugt. Man hat bei dieser κ also feeds a coaxial cable. At the moment when the current rise in the discharge lamp of the transmitter has its highest steepness, which is generally the case shortly after the start of the spark breakdown, a voltage peak is generated. One has with this one

w) Maßnahme noch zusätzlich den Vorteil, daß eine völlig galvanische Trennung des Impulskreises von den sonstigen Stromkreisen gegeben ist. Wenn nicht mit Funkenlicht, sondern mit einem periodisch blitzenden Laser-Impulssender gearbeitet wird, kann man diew) measure still has the additional advantage of being a completely galvanic separation of the pulse circuit from the other circuits is given. If not with Spark light, instead of working with a periodically flashing laser pulse transmitter, you can use the

h) Rogowski-Spule um die Zuleitung dfs Impulserzeugers für den Güteschalter (»Q-switch«) herumlegen derart, daß bei Betätigung der Kerr- oder der Pockelszelle, die normalerweise als Q-switch benutzt wird, der steileh) Rogowski coil around the lead of the pulse generator for the Q-switch so that when the Kerr or Pockels cell is operated, the normally used as a Q-switch, the steep one

Stromanstieg beim Aufladen der Kapazität der Zelle in der Rogowski-Spule den Spannungsimpuls erzeugt. Unbenommen bleibt auch die Möglichkeit auch hier wieder eine Photodiode als Empfänger zu verwenden, falls der Aufwand das rechtfertigtCurrent rise when charging the capacity of the cell in the Rogowski coil creates the voltage pulse. The possibility of using a photodiode as a receiver also remains unaffected, if the effort justifies it

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert In der Zeichnung zeigtThe invention is explained in more detail below with reference to the drawing

F i g. 1 ein schematisches Prinzipschaltbild eines erfindungsgemäßen Wolkenhöhenmessers,F i g. 1 is a schematic block diagram of a cloud altimeter according to the invention,

Fig. la das in Fig. 1 enthaltene Laufzeitglied in ausführlicherer Darstellung undFig. La the delay element contained in Fig. 1 in a more detailed representation and

Fig.2 ein Prinzipschaltbild eines Teiles einer abgewandelten Ausführungsform eines Wolkenhöhenmessers nach der Erfindung.2 shows a basic circuit diagram of part of a modified embodiment of a cloud altimeter according to the invention.

Die Erfindung sei anhand von Figuren weiter erläutert Die Furtkenlichtimpuislampe 1 mit den Elektroden 2 und dem Funkenort 3 wird aus der Kondensatorentladung 4 gespeist wobei der Kondensator durch die Leitung 5 mit der Lampe 2—3 verbunden i£t Die Entladungsleitung ist durch die Rogowski-Spule 14 umschlossen, die ihren Impuls über das Verbindungskabel 15 zum Empfänger liefert Üblicherweise wird der Kondensator mit dem Gehäuse 6 über Ladewiderstände 7 aus einem anderen Kondensator 8 über einen Gleichrichter 9 von einem Hochspannungs-Transformator 10 aufgeladen, der vom Netz 11 gespeist wird. Empfängerseitig wird der über das Kabel 15 übertragene Impuls der Rogowski-Spule auf einen zweiten Transformator 16 geleitet der hilfsweise über einen Gleichrichter 17 das elektronische Tor 18 im Verstärker öffnet Als Kabel kann gewöhnliches Niederspannungsnetzkabel benutzt werden. Die Lichtsignale werden senderseitig in skizzierter Strahlrichtung 12a über den Hohlspiegel 13 etwa parallel zur Wolke nach oben geleitet. Die von der Wolke reflektierten Impulse sind in Pfeilrichtung 12/> dargestellt sie werden durch eine Optik 21 auf die Photodiode oder Photozelle 24 gebündelt, die üblicherweise aus einer Stromquelle 23 und einem Arbeitswiderstand 24 die Lichtimpulse in elektronische Impulse umwandelt, welche wiederum hilfsweise über Kondensatoren 25 in den Vorverstärker 19 gelangen. Dieser kann auch ein Ladungsverstärker mit einem Integrator sein, was eingangs ausgeführt wurde. Desgleichen kann man dem elektronischen Tor 18 einen weiteren Verstärker 26 nachschalten, der aus den schwachen Spannungsimpulsen leistungsstarke Schreibimpulse liefert zur Betätigung des Relais oder der Schreibfeder des Recorders mit dem Registrierpapier 27, das sich in Pfeilrichtung 27a bewegt Die Nadel 29 wird üblicherweise synchron mit der Bewegung in Pfeilrichtung 20 in Drehrichtung des Empfängers ί 21—22 hin und herlaufen, wobei in bekannter Weise über die Leitung 30 hilfsweise Synchronisierungsimpulse für die Koordinierung beider Bewegungen übertrager, werden. Will man, wie in der Einleitung erwähnt mit einer Laser-Impulsstrahlung arbeiten, ist die empfohlene Schaltungstechnik der Fig. 2 zu entnehmen. Der Laserstab 31 zwischen den Rückkopplungsspiegeln 33a und 33b wird durch die Blitzlampe 32 gepumpt Der Güteschalter, eine Kerr- oder Pockels-Zelle 34, wird durch die Funkenstrecke 35 mittels der Steuerelektrode 36 gespeist, wobei jedesmal ein Hilfskondensator 37 sich spontan in die Zeile 34 entlädt. Dieser steile Impuls wird wiederum durch die Rogowski-Spule 14 abgenommen und über die Verbindungsleitung 15 zum Empfänger geleitet Die Hochspannung für die Kerr- oder Pockels-Zelle wird einer Quelle 38 entnommen.The invention will be further explained with reference to the figures Electrodes 2 and the spark location 3 is fed from the capacitor discharge 4, the capacitor connected by line 5 to lamp 2-3. The discharge line is through the Rogowski coil 14 enclosed, which delivers its impulse via the connecting cable 15 to the receiver Capacitor with the housing 6 via charging resistors 7 from another capacitor 8 via a The rectifier 9 is charged by a high-voltage transformer 10 which is fed from the network 11. On the receiver side, the pulse of the Rogowski coil transmitted via cable 15 is transferred to a second one The transformer 16 alternatively conducts the electronic gate 18 in the amplifier via a rectifier 17 opens Ordinary low-voltage power cords can be used as the cable. The light signals will be on the transmitter side in the sketched beam direction 12a over the concave mirror 13 approximately parallel to the cloud upwards directed. The pulses reflected by the cloud are in the direction of the arrow 12 /> they are represented by optics 21 on photodiode or photocell 24 bundled, which usually consists of a power source 23 and a load resistor 24, the light pulses in converts electronic pulses, which in turn are fed into the preamplifier via capacitors 25 19 arrive. This can also be a charge amplifier with an integrator, as stated at the beginning became. Likewise, the electronic gate 18 can be followed by a further amplifier 26 that turns off supplies the weak voltage pulses with powerful write pulses to operate the relay or the pen of the recorder with the recording paper 27 moving in the direction of arrow 27a The needle 29 is usually synchronized with the movement in the direction of arrow 20 in the direction of rotation of the receiver ί 21-22 run back and forth, with synchronization pulses via line 30 as an aid in a known manner for the coordination of both movements. If you want, as mentioned in the introduction, with work with a laser pulse radiation, the recommended circuitry is shown in FIG. Of the Laser rod 31 between feedback mirrors 33a and 33b is pumped by flash lamp 32 Q-switch, a Kerr or Pockels cell 34, is through the spark gap 35 by means of the control electrode 36 fed, each time an auxiliary capacitor 37 discharges spontaneously into line 34. This steep impulse will again removed by the Rogowski coil 14 and via the connecting line 15 to the receiver The high voltage for the Kerr or Pockels cell is taken from a source 38.

Durch die geschilderte Maßnahme ist jeweils der Empfänger nur während der Laufzeit geöffnet die für die geforderte Meßhöhe der höchsten Wolken — im Falle von 1500 m 10 μ5εΰ — nützlich ist. Die Festlegung dieser Zeit kann in elektronisch üblicher Weise in dem Block 18 eingebaut werden.As a result of the measure described, the recipient is only open during the runtime for the the required measuring height of the highest clouds - in the case of 1500 m 10 μ5εΰ - is useful. The definition this time can be built into the block 18 in the usual electronic manner.

Wenn anstelle eines Integrationsverstärkers ein amplitudenempfindlicher Verstärker verwendet werden soll, wie eingangs erwähnt, wird man die punktiert ω gezeichnete Verzögerung 19a vorsehen zwischen 19 und 18. In Fig. la ist hilfsweise dargestellt daß das Verzögerungselement 19a in konventioneller Weise aus Verzögerungsspulen 196 mit Kondensatoren 19 c in Form eines Laufzeitgliedes ausgeführt werden kann, wobei dieses Ersatzschaltbild auch auf kommerzielle Laufzeitkabel zutrifft, die eine Länge konstanter Induktivität und Kapazität pro Längeneinheit haben. Da der Laufzeitunterschied zwischen dem kürzesten empfangenen Lichtimpuls über die Atmosphäre und der 4(i Reisezeit des Impulses entlang eines Erdkabels meist unter 1 μ$εο beträgt, tritt eine nur unwesentliche Dämpfung des Signals im Kabel 19a ein.When an amplitude-sensitive amplifier is used instead of an integration amplifier should, as mentioned at the beginning, the delay 19a shown in dotted lines ω will be provided between 19 and 18. In Fig. la it is shown that the Delay element 19a in a conventional manner from delay coils 196 with capacitors 19 c in In the form of a delay element, this equivalent circuit diagram also applies to commercial ones Run-time cables apply, which have a length of constant inductance and capacitance per unit length. There the difference in transit time between the shortest received light pulse over the atmosphere and the 4 (i the travel time of the impulse along an underground cable is usually less than 1 μ $ εο, only an insignificant one occurs Attenuation of the signal in the cable 19a.

Die Anwendung der erfindungsgemäßen Maßnahme steigerte bei Wolkenhöhenmessern in den Tropen bei hellem Mittagslicht die erreichbare Meßhöhe von 600 auf über 1500 Meter.The application of the measure according to the invention increased in cloud altimeters in the tropics in bright midday light the attainable measuring height of 600 to over 1500 meters.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims (6)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Nach dem trigonometrischen Meßprinzip arbeitender impulsoptischer Wolkenhöhenmesser gesteigerter Meßhöhe, bei dem die von Wolken zurückgestreuten Lichtimpulse von einem schwenkbaren Empfänger aufgenommen werden, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise die aufgenommenen Lichtimpulse (12b) einem elektronischen Stromtor (18) zugeleitet sind, das für die Dauer der Lichtlaufzeit entsprechend der Meßhöhe geöffnet wird, wobei der Öffnungsimpuls für dieses Stromtor vom Lichtimpulssender (1 — 10; 31—38) erzeugt (14) und durch ein Verbindungskabel (15) geleitet wird, und daß die Zuleitung der Lichtimpulse zum Stromtor über eine elektronische Verzögerung (19, 19a) erfolgt, deren Wert entspechend der Kabellaufzeit des Öffnungsimpulses bemessen ist. 1. According to the trigonometric measuring principle working pulse-optical cloud altimeter of increased measuring height, in which the light pulses scattered back from clouds are picked up by a pivotable receiver, characterized in that the recorded light pulses (12b) are fed to an electronic current gate (18) in a manner known per se, which is opened for the duration of the light travel time according to the measuring height, the opening pulse for this current gate from the light pulse transmitter (1-10; 31-38) generated (14) and passed through a connecting cable (15), and that the supply line of the light pulses to the Stromtor takes place via an electronic delay (19, 19a) , the value of which is measured according to the cable running time of the opening impulse. 2. Wolbenhöhenmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerungseinrichtung aus einem Integrator (19) besteht, der das Volumen des empfangenen Lichtimpulses stromsummenmäßig speichert, derart, daß die öffnung des Stromtores (18) nach erfolgter Beendigung dieses Integrationsvorganges erfolgt.2. Wolben altimeter according to claim 1, characterized in that the delay device consists of an integrator (19), the current sum of the volume of the received light pulse stores in such a way that the opening of the current gate (18) after completion of this integration process he follows. 3. Wolkenhöhenmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerungseinrichtung aus einer Laufzeitkette (19a,) oder einem Verzögerungskabel besteht, derart, daß der verzögerte Impuls das Stromtor (18) passiert, nachdem es bereits geöffnet wurde.3. Cloud altimeter according to claim 1, characterized in that the delay device from a delay chain (19a,) or a delay cable exists, such that the delayed pulse passes the stream gate (18) after it has already been opened. 4. Wolkenhöhenmesser nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung einer Funkenstrecke (1—3) als Sender zur senderseitigen Erzeugung des Hilfsspannungsimpulses, der in das Verbindungskabel (15) zum Empfänger als Öffnungsimpuls eingespeist wird, eine Rogowski-Spule (14) um eine u'er Entladungsleitungen (5) des senderseitigen Impulskondensators (4), der die Impulsfunkenstrecke speist, geschlungen ist.4. Cloud altimeter according to one of claims 1 to 3, characterized in that at Use of a spark gap (1—3) as a transmitter for generating the auxiliary voltage pulse on the transmitter side, which is fed into the connection cable (15) to the receiver as an opening impulse, a Rogowski coil (14) around a lower discharge line (5) of the pulse capacitor (4) on the transmitter side, which feeds the pulse spark gap, is looped. 5. Wolkenhöhenmesser nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung einer Laser-Lichtquelle (31—33) als Sender mit Kerr- oder Pockelszelle (34) als Güteschalter der senderseitige Hilfsspannungsimpuls, der in das Verbindungskabel (15) zum Empfänger als Öffnungsimpuls eingespeist wird, dadurch erzeugt wird, daß eine Rogowski-Spule (14) um eine der Speiseleitungen der Kerr- bzw. Pockelszelle geschlungen ist.5. Cloud altimeter according to one of claims 1 to 3, characterized in that at Use of a laser light source (31-33) as a transmitter with a Kerr or Pockels cell (34) as Q-switch of the transmitter-side auxiliary voltage pulse, which is in the connecting cable (15) to the Receiver is fed in as an opening pulse, is generated in that a Rogowski coil (14) is looped around one of the feed lines of the Kerr or Pockels cell. 6. Wolkenhöhenmesser nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der senderseitige Hilfsspannungsimpuls, der in das Verbindungskabel (15) zum Empfänger als Öffnungsimpuls eingespeist wird, mittels einer Photodiode erzeugt wird, der ein Teil des Sendelichtes (12a^zugeführt wird.6. Cloud altimeter according to one of claims 1 to 3, characterized in that the Auxiliary voltage pulse on the transmitter side, which enters the connection cable (15) to the receiver as an opening pulse is fed, is generated by means of a photodiode, which is part of the transmitted light (12a ^ is fed.
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