DE2706309C2

DE2706309C2 - Anordnung zur Messung der Wolkenhöhe

Info

Publication number: DE2706309C2
Application number: DE2706309A
Authority: DE
Inventors: Sven-Erik Dipl.-Ing. Västeraas Söderström
Original assignee: ASEA AB
Current assignee: ABB Norden Holding AB
Priority date: 1976-02-27
Filing date: 1977-02-15
Publication date: 1985-03-07
Also published as: JPS5737832B2; FR2342506B1; JPS52104957A; FR2342506A1; GB1571043A; SE7602617L; US4121889A; DE2706309A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Messung der Wolkenhöhe gemäß dem Oberbegriff des Anspruches I. Eine solche Anordnung ist bekannt aus der US-PS 37 41 655.

Die aus der US-PS 37 41 655 bekannte Anordnung ist zum Messen der Wolkenhöhe gut geeignet, solange während dieser Messung kein Niederschlag fällt. Die bekannte Anordnung enthält ~ne Meßausrüstung nach der Art optischen Radars, was uedeutet, daß ein Sender kurze, auf einen Gegenstand gerichtete Lichtimpulse emittiert. Vorliegend ist der Gegenstand eine Wolke, und wenn diese von solchen Lichtimpulstn getroffen wird, entstehen Reflexionen, und ein Teil des reflektierten Lichtes wird von einem neben dem Sender angeordneten Empfänger aufgefangen. Die Zeit, die das Licht zum Durchlaufen der Strecke Sender-Wolke-Empfänger benötigt, wird gemessen, und aus dem Meßwert wird unter Zugrundelegung der bekannten Lichtgeschwindigkeit die Wolkenhöhe berechnet. Die gemäß der US-PS 37 41 655 bekannte Anordnung enthält ferner in der Empfängereinheit zwei Integrationsglieder, die wechselweise für die vom Empfänger aufgefangenen Signale aufnahmefähig gesteuert iverden. Eines dieser Integrationsglieder dient zur Aufnahme der von Wolken erwarteten Echosignale, während das andere Integrationsglied nur vorhandenes Rauschen (Störpegel) aufnehmen soll. Nachdem eine Anzahl Lichtimpulse ausgesandt und Echosignale empfangen wurden, wird der Inhalt der Integrationsglieder verglichen, wobei das Resultat dieses Vergleichs in Proportion zu einem im voraus festgelegten Signalniveau gestellt wird, und, wenn dieses Niveau überschritten wird, das Vorhandensein von Wolken indiziert wird.

Wenn Niederschlag aus den Wolken fällt, deren Höhe man messen will, so wird das Messen bedeutend erschwert, da auch vom Niederschlag Echosignale ausgehen, was bedeutet, daß der Rauschpegel ansteigt, so daß die Wolkenechosignale schwieriger zu erkennen sind. Diese Verhältnisse gehen aus F i g. 1 hervor, die ein Beispiel für vom Empfänger aufgenommene Echos zeigt, wenn Niederschlag fällt.

Mit A ist ein für Niederschlag charakteristisches Echo mit einer Abfallzeit t_A bezeichnet. Mit Bist ein charakteristisches Echo für eine Wolke mit einer Abfallzeit te bezeichnet

Der Empfänger untersucht das Vorliegen von Wolken stufenweise in Intervallen von beispielsweise 5 m Ausdehnung im Bereich von 0—1000 m. Hierdurch können eine oder mehrere übereinander liegende Wolkendecken kontinuierlich bis zu 1000 m oder bis zu einer Höhe gemessen werden, von der das reflektierende Licht nicht länger zum Empfänger zurückgelangt.

Dieses stufenweise Messen wird dadurch erreicht, daß die Empfangsintervalle für die beiden genannten Integrationsglieder zeitlich verschoben werden, so daß der ganze Meßbereich abgesucht wird.

Bei der Anordnung nach der US-PS 37 41 655 liegen die Impulse, die das öffnen desjenigen Integrationsgliedes bestimmen, das nur mit dem Sonnenlicht und dem eigenen Rauschen des Verstärkers zusammenhängende Rauschen empfängt, zeitlich vor den Impulsen, die das öffnen des zweiten Intesrationsgliedes bestimmen, das Echosignale von Wolken aufnehmen soll. Dies bedeutet, daß die vom zweiten Integrationsglied während der gesamten Öffnungszeit aufgefangenen Signale aus größerer Höhe über dem Boden kommen als die Signale, die von dem ersten tntegrationsgüed aufgefangen werden. Das Wolkenecho B stsromt selbstverständlich aus einer höheren Höhe als das Niederschlagsecho A in F i g. 1.

Dies bedeutet, daß man bei dem genannten stufenweisen Messen über dem Meßbereich, wenn man in dem zweiten Integrationsglied Echosignale von der Wolke erhält, in dem ersten Integrationsglied bei Niederschlag von der Wolke ein vom Niederschlag herrührendes Echosignal erhält, welches das Signal von dem zweiten Integrationsglied beim Vergleich der Inhalte der beiden Integrationsglieder ganz oder teilweise aufhebt. Dies hat zur Folge, daß es bei gewissen Wetterverhältnissen schwierig ist, vom Anzeigeglied ausreichend starke Signale zu erhalten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung der eingangs genannten Art in der Weise wei-

terzuentwickeln, daß ihr Meßergebnis vom Auftreten von Niederschlagen praktisch unabhängig ist

Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Anordnung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 vorgeschlagen, die erfindungsgemäß die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 genannten Merkmale hat.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen genannt

Anhand der Figuren soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigt

F i g. 1 den zeitlichen Verlauf von auftretenden Echos,

F i g. 2 ein Ausführungsbeispiel einer Anordnung gemäß der Erfindung,

Fig.3 den zeitlichen Verlauf charakteristischer Signale in der Schaltung gemäß F i g. 2.

Die Steuerimpulse, weiche die Öffnungszeiten für die Integrationsglieder bestimmen, sind zeitlich so angeordnet, daß die Steuerimpulse, welche dasjenige Integrationsglied steuern, welches das erwartete Wolkenecho auffangen soll, zeitlich vor den Steuerimpulsen liegen, die die Öffnungszeit für das zweite Integrationsglied bestimmen. Das letztgenannte Integrationsglied empfängt also während der gesamten Öffnungszeit Echos aus größerer Höhe als das erstgenannte Integrationsglied. Dadurch wird ein Wolkenecho immer registriert, da die durch Niederschlag verursachten Echos die Signale von dem zweiten Integrationsglied nicht beeinflussen können. Dies wird zusätzlich noch dadurch sichergestellt, daß die Zeit zwischen der hinteren Flanke eines der erstgenannten Steuerimpulse und der vorderen Flanke eines der folgenden letztgenannten Steuerimpulse größer oder genauso groß ist wie die längste Abfallzeit te der Wolkenechosignale, jedoch bedeutend kürzer als die Abfallzeit t_A für Echosignale von Niederschlägen. Siehe t_A bzw. t_B in F i g. 1.

Ferner ist die Länge jedes Steuerimpulses vorzugsweise kleiner als die Länge des zu erwartenden kürzesten Wolkenechos, damit man beim Vorliegen von Wolken einen möglichst großen Ladungszuschuß zu dem ersten Integrationsglied erhält.

Ein Lichtsender 11, der vorzugsweise aus einer GaAs-Laserdiode mit erforderlicher Antriebsstufe besteht, sendet in jeder Lage der Empfangsintervalle für die beiden Integrationsglieder 12 und 13 eine Reihe von Lichtimpulsen 14 aus.

Beim Absenden jedes Lichtimpulses 14 gibt der Sender 11 über je ein Verzögerungsglied t9 bzw. 20 einen Steuerimpuls 15 auf ein erstes UND-Glied 16 und ein zweites UND-Glied 17. Das erste Verzögerungsglied 19 verzögert den Impuls 15 um die Zeit T_u das zweite Verzögerungsglied 20 verzögert den Impuls 15 um die Zeit T₂. Nachdem der Sender den letzten Impuls 14 für ein und dasselbe Empfangsintervall für die Integrationsglieder 12 und 13 abgegeben hat, gibt der Sender 11 einen Steuerimpuls 21 auf die Integrationsglieder 12 und 13 über ein Verzögerungsglied 22 und auf einen Niveaudetektor 18 über ein Verzögerungsglied 23. Das Verzögerungsglied 22 verzögert den Impuls 21 um die Zeit T₃, und das Verzögerungsglied 23 verzögert den Impuls 21 um die Zeit Γ₄. Für die Verzögerungs>.eiten Ti und T₂, T₁ und T₄ gilt, daß T, < T₂ und T₃ > T₄.

Ein Lichtdetektor 24, vorzugsweise eine Lawinen-Fotodiode, erfaßt den Teil der ausgesandten Lichtimpulse 14, die zur Erde reflektiert werden.

Die vom Detektor 24 erfaßten Signale 25 werden in einem Verstärker 26 verstärkt und danach den Integrationsgliedern 12 und 13 zugeführt. Die Steuerimpulse 15 vom Sender 11 bestimmen über die Verzögerungsglieder 19 bzw. 20 die Zeitintervalle, während welcher die aufgefangenen Signale 25 den Integrationsgliedern 12 bzw. 13 zugeführt werden.
Der Steuerimpuls 15 öffnet das entsprechende lntegrationsglied 12 bzw. 13 für eine Zeitspanne, die der Länge des Steuerimpulses 15 entspricht, wobei die vom ^verstärker 26 während dieser Zeit abgegebenen Signale integriert werden. Für jeden Steuerimpuls 15 erhäh man einen Ladungszuschuß in dem betreffenden Integrationsglied, dessen Größe von dem jeweiligen Signalniveau, d. h. den Rausch- und Echosignalen, abhängt und die Ausgangsspannung jedes Integrationsgliedes steigt mit der Anzahl der Steuerimpulse 15.

In F i g. 3 sind die obengenannten Impulse im Verhältnis zueinander dargestellt. Mit 5(15—■ 12) sind die Steuerimpulse 15 bezeichnet, die das Integrationsglied 12 öffnen, und mit S (15 — 13) die Steuerimpulse 15, die das Integrationsglied 13 öffnen. Mit S(13) und 5(12) ist die Ausgangsspannung des betreffenden lntegrationsgliedes 13 bzw. 12 bezeichnet.

Während des Zeitintervalles T₃ werden die Ausgangsspannungen der Integrationsgliecfer 12, 13 auf ein Summierungsglied 27 gegeben, das ein Ausgangssignal 5(27) abgibt, das unten in Fig. 3 gezeigt ist. Dieses Signal stellt den Unterschied zwischen dem jeweiligen Inhalt der Integrationsglieder 12 und 13 dar. Am Ende des Zeitintervalles T₄, das unmittelbar vor dem Ende des Zeitintervalles T₃ eintritt, wird der Steuerimpuls 21 über das Verzögerungsglied 23 dem hinter dem Summierungsglied 27 angeschlossenen Niveaudetektor 18 zugeführt, der feststellt, ob und eventuell auch inwieweit das Signal 5(27) ein im voraus festgelegtes Niveau überschreitet. Wird das vorgegebene Niveau überschritten, so gibt der Niveaudetektor einen Anzeigeimpuls 28 ab, der einem geeigneten Anzeigegerät zur Anzeige des Vorliegens von Wolken zugeführt werden kann.

Unmittelbar nachdem der Niveaudetektor 18 angesprochen und das Niveau des Signals 5(27) im Verhältnis zu einem im voraus festgelegten Wert bestimmt hat, werden die Integrationsglieder 12 und 13 dadurch auf Null gestellt, daß das Verzögerungsglied 22 einen Steuerimpuls 5(21 -»12 + 13) abgibt, der um die Zeit T₃ verzögert ist. Dann'ist die im voraus bestimmte zu einer Lichtimpulsserie gehörende Anzahl Impulse 14 ausgesandt, und die Anordnung ist zur Messung in der nächsten Stufe bereit.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Anordnung zum Messen der Wolkenhöhe durch schrittweise ausgeführte Messungen unter schrittweiser Veränderung des Meßabstandes mit einem Lichtsender, der für jeden Schritt eine Reihe von Lichtimpulsen zu einer Wolke sendet, mit einem Lichtempfänger, der von der Wolke reflektierte Lichtimpulse sowie vorhandenes Rauschen auffängt. mit einem ersten und einem zweiten an dem Empfänger angeschlossenen Integrationsglied, von denen das erste aufnahmebereit ist, wenn von der Wolke in dem eingestellten Meßabstand reflektierte Lichtimpulse erwartet werden, während das zweite is Integrationsglied lediglich vorhandenes Rauschen auffängt, mit einem an die Integrationsglieder angeschlossenen Summierungsglied, das die Differenz der Inhalte der Integrationsglieder bildet, mit einem an das Summierungsglied angeschlossenen Niveaudetektor, der ein Signal abgibt wenn die ermittelte Differenz einen vorgegebenen Wert übersteigt, mit einem ersten Verzögerungsglied, das nach einem ersten Zeitintervall nach Aussendung jedes Lichtimpulses das erste Integrationsglied (12) mittels eines ersten Öffnungsimpulses öffnet, und mit einem zweiten Verzögerungsglied, das in gleicher Weise nach einem zweiten Zeitintervall das zweite Integrationsglied (13) mittels eines zweiten Öffnungsimpulses öffnet, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte erste Zeitintervall (T{) kurzer als das genannte zweite Zeitintervall (T₂) ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeit zwischen der hinteren Flanke des ersten Öffnungsimpulses [S(IS-* 12)] und der vorderen Flanke des zweiten Öffnungsimpulses [5(15 —► 13)] größer oder genauso groß ist wie die vorliegende längste Abfallzeit (ta) für ein Wolkenechosignal (B).

3. Anordnung nach Anspruch !, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeit zwischen der hinteren Flanke des ersten ÖFfnungsimpulses [5(15—·· 12)] und der vorderen Flanke des zweiten Öffnungsimpulses [5(15 — 13)] kleiner ist als die Abfallzeit (u) für ein durrh Niederschlag hervorgerufenes Echosignal (A).

4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge jedes Öffnungsimpulses [5(15—12), 5(15— 13)] kleiner ist als die Länge des zu erwartenden kürzesten WrI-keriechosignals (B).