DE2613556C2 - Nach dem Streulichtprinzip arbeitende Sichtweiten- und Nebelsonde, insbesondere für Wetterballone - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine nach dem Streulichtprinzip arbeitende Sichtweiten- und Nebelsonde, insbesondere für Wetterballone, mit einer optronischen Meßanordnung zur Erfassung von Streulicht an Nebeltröpfchen, die aus einer pulsierenden Lichtquelle und einem die Sichtweite messenden Lichtempfänger besteht. Solche Sonden sind an sich bekannt, beispielsweise aus

der DE-OS 19 05 OIG und dem DE-GM 66 08 498.

Wetterballone erfassen im allgemeinen Temperatur, Luftdruck, Feuchtigkeit, können aber im allgemeinen nur indirekt erfassen, ob der Ballon durch eine Wolke fliegt oder nicht Dieser Nachteil beruht darauf, daß die aus der Meteorologie bekannten Nebeldetektoren bzw. Sichtweitenmesser im allgemeinen viel zu schwer oder kostenmäßig zu aufwendig sind, um an Bord eines Wetierballons mit einer Tragfähigkeit von nur wenigen

ίο 100 Gramm mitgeführt zu werden. AiKh muß bei

Wetterballonen das Risiko einkalkuliert werfen, daß

nur etwa die Hälfte dieser Ballons wieder aufgefunden wird und erneut verwendet werden kann.

Vorbekannte, nach dem Prinzip der Vorwärts- oder

is auch der Rückwärtsstreuung arbeitende Trübungsmesser, bei denen mittels einer Pumpe Luft durch ein Meßrohr hindurchgeblasen und dort optronisch mit einem Fotovervielfacher hinsichtlich der Lichtstreuung vermessen wird, sind relativ aufwendig und für den

Einsatz an Wetterballonen zu schwer.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher die Schaffung einer kleinen einfachen und auch preiswert zu fertigenden Sichtweiten- und Nebelsonde, die es beispielsweise beim Einsatz als Wolkensonde für Wetterballone ermöglicht durch ein zusätzliches Hilfssignal der Bodenstation mitzuteilen, ob der Ballon durch eine Wolke fliegt oder nicht.

Die vorstehende Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst da£ die Lichtquelle und der Lichtemp-

jo fänger im Innern eines innen mattgeschwärzten Strömungsrohres angeordnet sind, das in Längsrichtung von der auf Nebeltröpfchen zu untersuchenden Luft durchströmt wird, das einen geringen Luftwiderstand besitzt und das zur Abschirmung gegen diffuses

j5 atmosphärisches Streulicht durch multiple Reflexionen mehrfach abgewinkelt bzw. gewellt ist.

Die besonders einfache, gewichtsmäßig leichte und preiswerte erfindungsgemäße Sonde läßt sich auch stationär, beispielsweise als Straßennebelmelder einset zen.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und der beigefügten Zeichnung, in der eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung beispielsweise veranschaulicht ist. In der

Zeichnung zeigt

F i g. I eine schematische Darstellung eines Wetterballons mit erfindungsgemäßer Nebelsonde,

Fig.2 eine schematische Schnittdarstellung des in der Nebelsonde angeordneten Strömungsrohres,

F i g. 3 eine schematische Darstellung der Impulsspeisung der als Lichtquelle vorgesehenen Licht emittierenden Diode und

Fig.4 eine schematische Darstellung der zur Anordnung gemäß F i g. 3 gehörigen Empfangseinrich tung.

Der in F i g. 1 gezeigte Wetterballon 1 trägt an den üblichen Halteschnüren 2 den aktiven Teil mit den meteorologischen Sensoren und dem Sender 3. Als zusätzlicher Wolkendetektor ist mittels einer Haltevor richtung 4 ein Strömungsrohr 5 angeordnet, welches im wesentlichen — entsprechend der Auftriebsbewegung des Ballons — vertikal ausgerichtet ist und mindestens am oberen Ende strömungstechnisch ais Trichter ausgeformt ist, so daß in der Pfeilrichtung 6, während

fts des Ballonaufstieges die Luft mit nur sehr geringem Widerstand durch das Strömungsrohr 5 hindurchströmen kann. Die Innenseite des Strömungsrohres 5 ist mit einem Lack geringster Albedo mattschwarz lackiert, so

daß nur ein sehr geringer diffuser Rest von Streulicht von z. B. 4 bis 5% verbleibt. Bereits bei zweifacher Reflexion sinkt der Wert auf

0.05³

400

Das Strömungsrohr 5 ist auf der Außenseite vorzugsweise weiß gestaltet oder z. B. aus blankem Aluminium hergestellt, um Einflüsse der Wärmeeinstrahlung auszuschließen. Infolge der mattschwarzen Innenlackierung wird in dem angedeuteten Dunkelraum 7 nahezu völlige Dunkelheit herrschen. Der Kernpunkt der Erfindung liegt nun darin, für die Sichtweitenmessung ein besonders geformtes Strömungsrohr 5 vorzusehen, welches bei geringem Gewicht strömungstechnisch nur einen sehr geringen Widerstand dem Fahrtwind des Ballons entgegensetzt, das aber z. B. durch wellige oder sinusförmige Formgebung des Innenraumes das einfallende gestreute Tageslicht nach mehrerer, Mehrfachreflexionen auf eine so geringe Intensität abfallen läßt, daß man — im technischen Sinne gesprochen — nahezu von Dunkelheit sprechen kann. Ein solches Strömungsrohr ist durch Umformbzw. Preßtechnik sehr preisgünstig herstellbar, im Dunkelraum 7 des Strömungsrohres 5 wird meteorologisch die gleiche Konsistenz der Wolke bzw. der klaren Luft herrschen wie außerhalb des Systems.

In dem Strömungsrohr 5 wird nun das an sich bekannte, jedoch mit preislich billigen Komponenten ausgerüstete und gewichtsmäßig auf ein Minimum herabgedrückte Detektorsystem für die Nebeltröpfchen angeordnet

Das Detektorsystem besteht aus einem von der Ballonstromversorgung — meistens 9- bis 12-Volt-Batterie — gespeisten kleinen Leistungsimpulsteil 8, der an die lichtemittierende Diode (LED oder Laserdiode) 9 Stromimpulse liefert Diese strahlt in den Winkelbereich 10 spektral schmalbandiges, jedoch nicht notwendigerweise monochromatisches Licht, z. B. infrarot, grün, gelb oder blau. Korrespondierend ist ein Lichtempfänger 11 mit einem entsprechenden Verstärker angeordnet, der eine Empfaigsdiode oder einen Photowiderstand 12 trägt, der hilfsweise mit einem optischen Bandfilter 13 versehen werden kann, das nur Licht der Wellenlänge des Senders hindurchläßt Mittels dieses Filters wird ein evtl. noch vorhandenes Reststreulicht ohne Empfindlichkeitseinbuße weiter reduziert Auch hier kann zweckmäßig der Aufnahmewinkel 14 der Empfangsdiode 12 einen möglichst weiten Winkelbereich 10 des senderseitigen Strahl;» überlappend erfassen. Das Meßvolumen 15 ist die Überschneidungszone der Winkelbereiche 10 und 14. Fliegen durch diesen Raum Nebeltröpfchen, so wird durch Vorwärtsstreuung in der -. optronischen Verstärkeranordnung 12-11 ein elektrisches Signal erzeugt, das ggf. noch verstärkt, in üblicher Weise die Elektronik des Senders 3 moduliert z. B. als Ton einer bestimmten Frequenz.
Man kann jedoch auch bei Auswahl aufwendiger

ίο Komponenten dafür Sorge tragen, daß das von 12-11 gelieferte Signal nicht nur qualitativ in Form eines digitalen Ja-Nein-Ausganges Nebel, d. h. Wolkendurchflug anzeigt sondern man kann auch quantitativ die Sichtweite innerhalb der Wolke beim Durchflug durch diese messen, indem der Sicht entsprechend die gelieferte Frequenz, Impulsform oder Impulsabstand verändert wird.

Die Ausgestaltung der Elektronik selbst ist dem Fachmann geläufig. F i g. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Impulsspeisung der LED mit einigen hundert oder tausend Hertz Impulsfolge. Fig.4 zeigt ein Beispiel füi die entsprechende Empfangseinrichtung.

Es sei noch vermerkt, daß ger.-.iß den gezeigten Profilandeutungen 8a und lia die reit integrierten

:~ Schaltungen bestückten gedruckten Schaltungen für Sender und Empfänger infolge ihrer Kleinheit aerodynamisch so verkleidet werden können, daß für die Luftstrß-.Tiung gemäß Pfeilrichtung 6 kein Hindernis bzw. Stauraum durch das körperliche Vorhandensein

j» von Sender und Empfänger entsteht. Dadurch wird vermieden, daß innerhalb des Meßvolumens 15 eine Sichtweitenänderung gegenüber dem Luftraum außerhalb der Sonde entsteht
In Ausgestaltung der Erfindung gelang es, die

j'> gesamte Sonde mit 60 g Gewicht auszubilden, wobei die Elektronik 35 g anteilig wiegt. Das Gehäuse wurde durch Verwendung von dünnem Reinstaluminium mit Mattätzung und schwarzmatter Innenlackierung und bei Rechteckquerschnitt etwas sinusförmig gekrümmt ausgelegt bei 25 g Gesamtgewicht.

Die Kleinheit und ausreichende Leistungsfähigkeit des Systems mit erfaßbaren Sichtweiten in der Wolke zwischen etwa 2 und 200 m legt nahe, das Gerät auch außerhalb von Ballonwettersonden zu verwenden; z. B.

ist es möglich, das Gerät als Nebeldetektor an Straßen einzusetzen, wenn man durch einen kleinen Hilfsventilator am Eingang des Strömungsrohres 5, eine Luftströmung gemäß Pfeilrichtung 6 künstlich erzeugt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Nach dem Streulichtprinzip arbeitende Sichtweiten- und Nebelsonde, insbesondere für Wetterballone, mit einer optronischen Meßanordnung zur Erfassung von Streulicht an Nebeitröpfchen, die aus einer pulsierenden Lichtquelle uni einem die Sichtweite messenden Lichtempfänger besteht, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (9) und der Lichtempfänger (11) im Innern eines innen mattgeschwärzten Strömungsrohres (5) angeordnet sind, das in Längsrichtung von der auf Nebeltröpfchen zu untersuchenden Luft durchströmt wird, das einen geringen Luftwiderstand besitzt und das zur Abschirmung gegen diffuses atmosphärisches Streulicht durch multiple Reflexionen mehrfach abgewinkelt bzw. gewellt ist.

2. Sonde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Lufteintritt und Luftaustritt des Strömungsrohres (5) düsen- oder trichterförmig ausgebildet 1st

3. Sonde nach Anspruch ! und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Strömlingsrohr (5) vertikal ausgerichtet ist.

4. Sonde für stationäre Anordnungen nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem einen Ende des Strömungsrohres (S) ein hilfsweise einschaltbarer Ventilator für laminare Luftbewegung angeordnet ist

5. Sonde nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die optronische Meßanordnung (8, 11) im inneren des Strömungsrohres (5) aerodynamisch günstig gestaltet oder umkleidet ist

6. Sonde nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die chronische Meßanordnung (8, 11) nach dem Prinzip dti' Vorwärtsstreuung arbeitet und Lichtquelle (9) und Lichtempfänger (11) mit winklig zueinander ausgerichteten Achsen an einem konvex verlaufenden Wandungsteil des Strömungsrohres (5) angeordnet sind.

7. Sonde nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle eine Licht emittierende Diode (9) mit spitzwinkligem Lichtaustritt ist und der zugeordnete Lichtempfänger (11) einen ebenfalls Spitzen Eintrittswinkel hat

8. Sonde nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der dem Lichtempfänger (11) zugeordnete Verstärker an einen Schwellwert-Diskriminator angeschaltet ist, welcher ein Ja-Nein-Signal für Nebel/Nichtnebel abgibt

9. Sonde nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der dem Lichtempfänger (11) zugeordnete Verstärker mit einem variablen Impuls-, Impulsabstands- oder Frequenzgenerator verbunden ist, dessen Ausgangssignal sich in Abhängigkeit von der Sichtweite ändert.