FR2514897A1 - Photo electric visibility meter, e.g. for airport - has narrow light beam whose orientation is controlled so that it falls on detector and has width equal to that of detector window - Google Patents
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Abstract
Description
TRANSMISSOMETRE A FAISCEAU FIN
La présente invention concerne des transmissomètres, c'est à dire des appareils pour mesurer l'absorption de la lumière parcourant un trajet dans un fluide.THIN BEAM TRANSMISSOMETER
The present invention relates to transmissometers, that is to say devices for measuring the absorption of light traveling a path in a fluid.
Un transmissomètre est fondamentalement constitué d'un récepteur de lumière disposé dans le fluide à une distance connue B d'un émetteur de lumière et est agencé pour obtenir le pouvoir transmissif T du fluide, c'est à dire le rapport de l'intensité effective d'un faisceau lumineux reçu de l'émetteur de lumière à l'intensité lumineuse qui serait détectée en l'absence d'absorption de la lumière par le fluide.A transmissometer basically consists of a light receiver arranged in the fluid at a known distance B from a light emitter and is arranged to obtain the transmissivity T of the fluid, that is to say the ratio of the effective intensity of a light beam received from the light emitter at the light intensity which would be detected in the absence of absorption of light by the fluid.
L'une des utilisations courantes des transmissomètres est de mesurer la visibilité dans l'atmosphère (et en particulier la visibilité météorologique V) à l'aide de la formule bien connue
V = -3B/log T, par exemple, pour contrôler la visibilité au voisinage d'un aéroport de façon à pouvoir suspendre les opérations de vol si celle-ci diminue au point que ces opérations ne puissent être poursuivies en toute sécurité.One of the common uses of transmissometers is to measure visibility in the atmosphere (and in particular meteorological visibility V) using the well-known formula
V = -3B / log T, for example, to control visibility in the vicinity of an airport so that flight operations can be suspended if it decreases to the point that these operations cannot be continued safely.
Les transmissomètres destinés à ce type d'utilisation comprennent généralement un émetteur de lumière auquel est associée une source de lumière, et un récepteur de lumière constitué d'un détecteur de lumière, l'émetteur et le récepteur étant chacun montés sur un pilier d'une hauteur d'environ 5 mètres. Pour des raisons de sécurité, ces piliers doivent être "fragiles", c'est à dire pouvoir être cassés facilement, de façon à minimiser les endommagements qu'ils pourraient causer à un aéronef qui entrerait en collision avec eux.Transmissometers intended for this type of use generally include a light emitter with which a light source is associated, and a light receiver consisting of a light detector, the emitter and the receiver being each mounted on a pillar of a height of about 5 meters. For safety reasons, these pillars must be "fragile", that is to say they can be easily broken, so as to minimize the damage that they could cause to an aircraft that collides with them.
Cependant, cette exigence limite également la rigidité des piliers qui ont ainsi tendance à fléchir légèrement sous l'effet du vent et du chauffage différentiel par le soleil. Cela signifie également que la direction du faisceau lumineux produit par l'émetteur de lumière et que la direction du champ de vision du récepteur de lumière sont toutes deux susceptibles de fluctuer. Afin de s'assurer que le détecteur de lumière reste à l'intérieur du faisceau émis malgré ces fluctuations, on prend généralement soin de faire diverger le faisceau lumineux de façon à ce qu'il couvre un angle de plusieurs degrés.However, this requirement also limits the rigidity of the pillars, which thus tend to bend slightly under the effect of wind and differential heating by the sun. It also means that the direction of the light beam produced by the light emitter and the direction of the field of vision of the light receiver are both liable to fluctuate. In order to ensure that the light detector remains inside the emitted beam despite these fluctuations, care is generally taken to make the light beam diverge so that it covers an angle of several degrees.
Bien que ce procédé permette de s'assurer que le capteur de lumière reçoive constamment une certaine partie du - faisceau lumineux, la partie effectivement captée varie de façon plus ou moins continue. En outre, la répartition de l'énergie lumineuse à l'intérieur du faisceau n'est généralement pas homogène, si bien que l'intensité lumineuse du faisceau, telle qu'elle est indiquée par le capteur de lumière, est non seulement affectée par l'absorption atmosphérique, mais également par la direction du faisceau et donc, de façon indirecte, par la direction et l'intensité du vent et par la position et la brillance du soleil. Although this process makes it possible to ensure that the light sensor constantly receives a certain part of the light beam, the part actually captured varies more or less continuously. In addition, the distribution of light energy inside the beam is generally not homogeneous, so that the light intensity of the beam, as indicated by the light sensor, is not only affected by atmospheric absorption, but also by the direction of the beam and therefore, indirectly, by the direction and intensity of the wind and by the position and brightness of the sun.
Bien qu'il soit possible de corriger les mesures de visibilité pour tenir compte des variations de l'intensité globale de la source lumineuse (et de la sensibilité du détecteur), il n'est pas possible de tenir compte des variations résultant de l'hétérogénéité du faisceau lumineux.Although it is possible to correct the visibility measurements to take account of variations in the overall intensity of the light source (and the sensitivity of the detector), it is not possible to take account of variations resulting from the heterogeneity of the light beam.
De plus, les procédés classiques de compensation des variations de l'intensité globale de la source lumineuse ne tiennent pas compte de l'accumulation de souillure sur les surfaces optiques que doit traverser le faisceau lumineux, ou ne permettent pas de détecter la présence de souillure sur la partie de -chacune des surfaces optiques que traverse effectivement le faisceau.In addition, conventional methods of compensating for variations in the overall intensity of the light source do not take account of the accumulation of soiling on the optical surfaces which the light beam has to pass through, or do not make it possible to detect the presence of soiling. on the part of each of the optical surfaces which the beam actually crosses.
Selon l'un des aspects de l'invention, il est prévu un transmissomètre pour mesurer l'absorption de la lumière le long d'un trajet dans l'atmosphère, constitué par un récepteur de lumière comprenant un détecteur de lumière, par un émetteur de lumière éloigné dudit récepteur et agencé pour émettre un faisceau lumineux vers ledit récepteur le long dudit trajet, et par des moyens agencés pour obtenir une mesure de ladite absorption à partir de l'intensité lumineuse détectée par ledit détecteur, caractérisé en ce que ledit faisceau lumineux présente une ouverture limitée de telle manière que la surface illuminée par ledit faisceau à la distance dudit récepteur est du même ordre de grandeur que la surface dudit détecteur ; et l'orientation dudit faisceau est commandée de façon que celui ci reste constamment dirigé vers ledit détecteur. According to one aspect of the invention, there is provided a transmissometer for measuring the absorption of light along a path in the atmosphere, constituted by a light receiver comprising a light detector, by a transmitter light remote from said receiver and arranged to emit a light beam towards said receiver along said path, and by means arranged to obtain a measurement of said absorption from the light intensity detected by said detector, characterized in that said beam luminous has an opening limited so that the surface illuminated by said beam at a distance from said receiver is of the same order of magnitude as the surface of said detector; and the orientation of said beam is controlled so that it remains constantly directed towards said detector.
A l'aide d'un dispositif de ce type, l'effet d'une éventuelle hétérogénéité du faisceau lumineux est notablement réduit, étant donné que la plus grande partie du rayonnement contenu dans le faisceau est toujours reçue par le détecteur, et ce résultat est obtenu par la stabilisation du faisceau en dépit des éventuels mouvements relatifs de l'émetteur et du récepteur de lumière. En outre, il est possible de faire en sorte que la compensation des variations de l'intensité de la source lumineuse et de la sensibilité du capteur de lumière soit effectuée en faisant passer de la lumière à travers la même partie de chaque surface optique que celle qui est traversée par le faisceau lumineux lui-même.Using a device of this type, the effect of a possible heterogeneity of the light beam is notably reduced, given that most of the radiation contained in the beam is always received by the detector, and this result is obtained by beam stabilization despite possible relative movements of the light emitter and receiver. In addition, it is possible to ensure that compensation for variations in the intensity of the light source and the sensitivity of the light sensor is effected by passing light through the same part of each optical surface as that which is crossed by the light beam itself.
On décrira à présent à titre d'exemple un transmissomètre de l'invention à utiliser comme appareil de mesure de la visibilité, en se référant aux dessins annexés dans lesquels les figures 1 et 2 sont respectivement des sections droites verticales schématiques d'un émetteur de lumière et d'un récepteur de lumière faisant partie du transmissomètre la f,igure 3 est un schéma soUs forme de blocs de l'appareil de mesure et de commande faisant partie du transmissomètre la figure 4 représente une partie de l'émetteur de lumière vue dans la direction de la flèche IV de la figure 1 ; et la figure 5 représente une variante du dispositif des figures 1 et 4. A transmissometer of the invention to be used as a visibility measuring device will now be described by way of example, with reference to the appended drawings in which FIGS. 1 and 2 are respectively schematic vertical straight sections of a transmitter. light and a light receiver forming part of the transmissometer f, igure 3 is a block diagram of the measuring and control apparatus forming part of the transmissometer figure 4 represents a part of the light emitter seen in the direction of arrow IV in Figure 1; and FIG. 5 represents a variant of the device of FIGS. 1 and 4.
Le transmissomètre décrit ci-après est destiné à être utilisé pour mesurer la visibilité avec un haut degré de présision et de fiabilité, par exemple, sur un terrain d'aviation sans exiger des vérifications ni des nettoyages fréquents. Le transmissomètre est fondamentalement constitué d'un émetteur de lumière et d'un récepteur de lumière respectivement montés sur des piliers fragiles espacés d'environ 30 à 75 mètres, et d'une unité de mesure et de commande située en un lieu approprié à proximité de ceux-ci, par exemple au pied du pilier portant l'émetteur de lumière. L'émetteur et le récepteur de lumière sont représentés sur les figures 1 et 2.The transmissometer described below is intended to be used to measure visibility with a high degree of accuracy and reliability, for example, on an airfield without requiring frequent checks or cleaning. The transmissometer basically consists of a light emitter and a light receiver respectively mounted on fragile pillars spaced about 30 to 75 meters apart, and a measurement and control unit located in a suitable place nearby of these, for example at the foot of the pillar carrying the light emitter. The light emitter and receiver are shown in Figures 1 and 2.
Sur la figure 1, l'émetteur de lumière indiqué globalement en 10 comprend un boîtier 12 qui est monté sur le pilier 14. La lumière est fournie à l'émetteur de lumière 10 au moyen d'une fibre optique 16, par une source de lumière et un système optique (décrits ci-dessous) se trouvant dans l'unité de mesure et de commande. L'extrémité de la fibre optique 16 pénètre à l'arrière du boîtier 12 et est fixée à l'intérieur d'un tube 18 qui se prolonge vers la partie antérieure du boîtier 12 et est soutenue partiquement à moitié de sa longueur par deux couteaux 20 et 22 orthogonaux.In FIG. 1, the light emitter generally indicated at 10 comprises a housing 12 which is mounted on the pillar 14. The light is supplied to the light emitter 10 by means of an optical fiber 16, by a source of light and an optical system (described below) located in the measurement and control unit. The end of the optical fiber 16 penetrates the rear of the housing 12 and is fixed inside a tube 18 which extends towards the front part of the housing 12 and is partially supported half its length by two knives 20 and 22 orthogonal.
L'extrémité arrière du tube 18 est rabattue vers le bas par un ressort 24 fixé au boîtier 12 pour maintenir le tube 18 en contact avec les couteaux 20 et 22. Comme le représente mieux la figure 4, ces couteaux 20 et 22 sont respectivement fixés à des vis sans fin 26 et 28 leur permettant de se déplacer transversalement l'un par rapport à l'autre et par rapport au tube 18 le long de glissières (omises sur la figure 1 pour plus de clarté et représentées par les flèches 30 sur la figure 4). Quant aux vis 26 et 28, elles sont agencées de façon à pouvoir être mises en rotation par les moteurs pas à pas respectifs 32 et 34 en réponse à des signaux de commande reçus sur les conducteurs respectifs 36 et 38.The rear end of the tube 18 is folded down by a spring 24 fixed to the housing 12 to keep the tube 18 in contact with the knives 20 and 22. As best shown in Figure 4, these knives 20 and 22 are respectively fixed to worms 26 and 28 allowing them to move transversely with respect to each other and with respect to the tube 18 along slides (omitted in FIG. 1 for clarity and represented by the arrows 30 on Figure 4). As for the screws 26 and 28, they are arranged so that they can be rotated by the respective stepping motors 32 and 34 in response to control signals received on the respective conductors 36 and 38.
L'extrémité antérieure du tube 18 est fixée au centre d'une membranne métallique 40 partant de l'extrémité d'une paroi 42 qui fait saillie à l'intérieur du boîtier 12 et forme une chambre 44 à l'intérieur de celui-ci. La lumière qui traverse le tube 18 sort du boîtier 12 par une ouverture 46 à l'extrémité de la chambre 44, à l'extrémité opposée du tube 18. Une fenêtre pour l'ouverture 46 est prévue sous forme d'une feuille de verre 48 traversant la chambre 44 et passant dans des fentes 50 pratiquées dans la paroi 42. La feuille de verre 48 est montée sur une crémaillère 52 conçue pour pouvoir être déplacée par un moteur pas à pas 54 en réponse à des signaux de commande reçus sur un conducteur 56.The front end of the tube 18 is fixed to the center of a metal membrane 40 starting from the end of a wall 42 which projects inside the housing 12 and forms a chamber 44 inside the latter . The light passing through the tube 18 leaves the housing 12 through an opening 46 at the end of the chamber 44, at the opposite end of the tube 18. A window for the opening 46 is provided in the form of a sheet of glass. 48 passing through the chamber 44 and passing through slots 50 formed in the wall 42. The glass sheet 48 is mounted on a rack 52 designed to be able to be moved by a stepping motor 54 in response to control signals received on a driver 56.
Comme on le décrira ci-après, le fonctionnement du transmissomètre fait intervenir une comparaison de l'intensité de la lumière qui a traversé l'atmosphère séparant l'émetteur de lumière 10 et le récepteur de lumière, avec l'intensité d'une lumière qui n'a pas parcouru ce trajet. A cet effet, l'émetteur de lumière 10 comporte un miroir 58 disposé en face de l'ouverture 46. Ce miroir 58 est prévu pour pouvoir être déplacé par un moteur pas à pas 60, en réponse à des signaux de commande reçus sur un conducteur 62, entre une position de mesure représentée en traits pleins sur la figure 1, dans laquelle le faisceau lumineux provenant de l'ouverture 46 se prolonge vers l'avant, et une position d'étalonnage représentée en traits pointillés.As will be described below, the operation of the transmissometer involves a comparison of the intensity of the light which has passed through the atmosphere separating the light emitter 10 and the light receiver, with the intensity of a light who has not traveled this route. To this end, the light emitter 10 includes a mirror 58 disposed opposite the opening 46. This mirror 58 is provided so that it can be moved by a stepping motor 60, in response to control signals received on a conductor 62, between a measurement position shown in solid lines in Figure 1, in which the light beam from the opening 46 extends forward, and a calibration position shown in dotted lines.
Dans cette position d'étalonnage, le miroir 58 est abaissé par pivotement autour d'un de ses bords, de façon à former un angle de 450 par rapport au faisceau lumineux qui est ainsi réfléchi vers le haut à travers une autre ouverture 64 pour revenir dans le boîtier 12.In this calibration position, the mirror 58 is lowered by pivoting around one of its edges, so as to form an angle of 450 relative to the light beam which is thus reflected upwards through another opening 64 to return in the housing 12.
A l'intérieur du boîtier 12, le faisceau lumineux réfléchi illumine une photodiode 66 reliée à un amplificateur 68 qui fournit un signal de sortie sur un conducteur 70 indiquant l'intensité de la lumière qui a atteint la photodiode 66. Ce conducteur 70 relie entre eux l'émetteur de lumière 10 et le récepteur de lumière, comme le montre la figure 2.Inside the housing 12, the reflected light beam illuminates a photodiode 66 connected to an amplifier 68 which provides an output signal on a conductor 70 indicating the intensity of the light which has reached the photodiode 66. This conductor 70 connects between them the light emitter 10 and the light receiver, as shown in Figure 2.
Sur la figure 2, le récepteur de lumière est représenté d'une manière globale en 110 et est constitué d'un boitier 112 fixé sur un pilier 113. Un miroir 114, correspondant au miroir 58 de l'émetteur de lumière 10, est disposé à la partie antérieure du boîtier 112 et peut être mis en rotation par un moteur pas à pas 116 entre une position de mesure (traits pleins) et une position d'étalonnage (traits pointillés) en réponse à des signaux de commande transmis sur le même conducteur 62 que celui qui commande le moteur 60. Dans la position de mesure, le miroir 114 est écarté du trajet du faisceau lumineux provenant de l'émetteur de lumière 10, et la lumière pénètre dans la boîtier 112 par une ouverture 118.Cette ouverture 118 présente une fenêtre sous forme d'une partie d'une pellicule plastique transparente 120 passant d'un rouleau d'alimentation 122 sur un rouleau d'enroulement 124 qui est entraîné par un moteur pas à pas 126 en réponse à des signaux de commande reçus sur le même conducteur 56 que celui qui commande le moteur 54 dans l'émetteur de lumière 10.In FIG. 2, the light receiver is represented generally at 110 and consists of a housing 112 fixed on a pillar 113. A mirror 114, corresponding to the mirror 58 of the light emitter 10, is arranged to the front part of the housing 112 and can be rotated by a stepping motor 116 between a measurement position (solid lines) and a calibration position (dotted lines) in response to control signals transmitted on the same conductor 62 as that which controls the motor 60. In the measurement position, the mirror 114 is spaced from the path of the light beam coming from the light emitter 10, and the light enters the housing 112 through an opening 118. 118 has a window in the form of a portion of transparent plastic film 120 passing from a feed roller 122 to a take-up roller 124 which is driven by a stepper motor 126 in response to control signals received on the same conduct eur 56 than that which controls the motor 54 in the light emitter 10.
Après avoir traversé la pellicule 120, la lumière atteint le système de photodétection 128, constitué par une photodiode principale 130 disposée au centre, et par quatre photodiodes de servo-commande 132 à 138 disposées en diagonale (voir figure 2a). Chacune de ces cinq photodiodes fournit un signal de sortie représentant l'intensité de la lumière qu'elles reçoivent par l'intermédiaire d'un amplificateur respectif 140 à 148 et d'un conducteur 150 à 158, à l'unité de mesure et de commande décrite ci-après.After passing through the film 120, the light reaches the photodetection system 128, constituted by a main photodiode 130 positioned in the center, and by four servo-control photodiodes 132 to 138 arranged diagonally (see FIG. 2a). Each of these five photodiodes provides an output signal representing the intensity of the light which they receive via a respective amplifier 140 to 148 and a conductor 150 to 158, to the unit of measurement and command described below.
Lorsque le miroir 114 est en position d'étalonnage, il est abaissé par rotation autour d'un de ses bords de façon à former un angle de 45 par rapport à l'horizontale, sa face argentée étant dirigée vers le haut. I1 interrompt donc le passage de la lumière provenant d'une lampe 160, constituée par exemple par une diode électroluminescente, disposée à l'intérieur du boîtier 112. Ce faisceau lumineux substitué atteint le miroir 114 après traversée d'un masque 162 et d'une ouverture 164 pratiquée dans le boîtier 112 au dessus du miroir 114. La lampe 160 est activée par un amplificateur différentiel 166 qui reçoit le signal sur le conducteur 70 provenant de l'amplificateur 68 de l'émetteur de lumière 10, et un signal provenant d'un autre amplificateur 168 placé dans le récepteur de lumière 110.Quant à l'amplificateur 168, il répond aux signaux de sortie d'une photodiode 170, qui est disposée dans le faisceau lumineux provenant de la lampe 160 et qui est adaptée à la photodiode 66 (se trouvant dans l'émetteur de lumière 10) pour permettre en particulier de stabiliser une éventuelle différence de sensibilité se produisant au cours du temps.When the mirror 114 is in the calibration position, it is lowered by rotation around one of its edges so as to form an angle of 45 with respect to the horizontal, its silver face being directed upwards. I1 therefore interrupts the passage of light from a lamp 160, constituted for example by a light-emitting diode, disposed inside the housing 112. This substituted light beam reaches the mirror 114 after passing through a mask 162 and an opening 164 made in the housing 112 above the mirror 114. The lamp 160 is activated by a differential amplifier 166 which receives the signal on the conductor 70 coming from the amplifier 68 of the light emitter 10, and a signal coming another amplifier 168 placed in the light receiver 110. As for the amplifier 168, it responds to the output signals of a photodiode 170, which is arranged in the light beam coming from the lamp 160 and which is adapted to the photodiode 66 (located in the light emitter 10) to allow in particular to stabilize a possible difference in sensitivity occurring over time.
L'amplificateur différentiel 166 est agencé de façon à faire varier son signal de sortie de telle manière que ses signaux d'entrée soient maintenus à des niveaux égaux, de sorte que l'intensité de la lumière émise par la lampe 160 soit toujours liée par un rapport constant à l'intensité de la lumière illuminant la photodiode 66.The differential amplifier 166 is arranged to vary its output signal so that its input signals are maintained at equal levels, so that the intensity of the light emitted by the lamp 160 is always linked by a constant ratio to the intensity of the light illuminating the photodiode 66.
Sur la figure 3, l'unité de mesure et de commande indiquée globalement en 200 contient: une unité d'alimentation 210, pour fournir du courant à la tension appropriée à chaque élément du transmissomètre; un circuit de mesure/étalonnage 212 qui reçoit le signal sur le conducteur 150 provenant de la photodiode principale 130 et qui envoie le signal de commande sur le conducteur 62 aux moteurs de positionnement des miroirs 60 et 116 et un signal de sortie de visibilité sur un conducteur 214 ; ; un circuit de servo-commande 216 qui reçoit des signaux sur les conducteurs 152 à 158 en provenance des photodiodes périphériques 132 à 138 et qui envoie les signaux de commande sur les conducteurs 36 et 38 aux moteurs pas à pas 32 et 34 un circuit à seuil 218 qui reçoit également le signal sur le conducteur 150 en provenance de la photodiode principale 130 et qui fournit le signal de commande sur le conducteur 56 pour les moteurs pas à pas 54 et 126 des fenêtres; et une source de lumière et un système optique 220. La conception et la structure des circuits 210 à 218,qui mettent en jeu des techniques et des composants classiques, apparaîtront de façon évidente à l'homme de l'art au cours de la lecture de la présente description de sorte qu'une description détaillée de ces circuits est ici inutile.In FIG. 3, the measurement and control unit indicated generally at 200 contains: a supply unit 210, for supplying current at the appropriate voltage to each element of the transmissometer; a measurement / calibration circuit 212 which receives the signal on the conductor 150 from the main photodiode 130 and which sends the control signal on the conductor 62 to the positioning motors of the mirrors 60 and 116 and a visibility output signal on a conductor 214; ; a servo-control circuit 216 which receives signals on the conductors 152 to 158 from the peripheral photodiodes 132 to 138 and which sends the control signals on the conductors 36 and 38 to the stepping motors 32 and 34 a threshold circuit 218 which also receives the signal on the conductor 150 from the main photodiode 130 and which supplies the control signal on the conductor 56 for the stepping motors 54 and 126 of the windows; and a light source and an optical system 220. The design and structure of circuits 210 to 218, which involve conventional techniques and components, will become apparent to those skilled in the art during reading of the present description so that a detailed description of these circuits is unnecessary here.
Le système optique fournit de la lumière par l'intermédiaire de la fibre optique 16 à émetteur de lumière 10, à partir d'une source de lumière telle qu'un tube à éclairs 222 (comme le représente la figure 3) ou d'une diode électroluminescente. Dans le cas d'un tube à éclairs, la lumière émise est focalisée par une première lentille 224 sur un diaphragme punctiforme 226 situé au foyer d'une seconde petite lentille 228 qui fournit donc un faisceau de lumière de faible ouverture à la fibre optique 16. Si l'on utilise une diode électroluminescente, la lentille 224, et le diaphragme 226 sont omis et la diode est placée au foyer de la petite lentille 228. On peut également utiliser d'autres sources de lumière qui produisent un faisceau lumineux de faible ouverture comme par exemple des lasers ou des diodes lasers.The optical system provides light through the light emitting optical fiber 16 10 from a light source such as a flash tube 222 (as shown in Figure 3) or a light emitting diode. In the case of a flash tube, the light emitted is focused by a first lens 224 on a punctiform diaphragm 226 located at the focus of a second small lens 228 which therefore provides a light beam of small aperture to the optical fiber 16 If a light emitting diode is used, the lens 224 and the diaphragm 226 are omitted and the diode is placed at the focus of the small lens 228. It is also possible to use other light sources which produce a weak beam of light aperture such as lasers or laser diodes.
Les dimensions du tube 18 dans l'émetteur de lumière 10 sont choisies de telle manière que l'ouverture du faisceau lumineux qui sort de l'émetteur de lumière 10 soit très petite, à savoir de l'ordre d'un milliradian.The dimensions of the tube 18 in the light emitter 10 are chosen such that the opening of the light beam which leaves the light emitter 10 is very small, namely of the order of a milliradian.
En consésuence, la divergence du faisceau le long de la distance de base du transmissomètre (de 30 à 75 mètres), est si faible que la largeur du faisceau à la position où se trouve le récepteur de lumière 110 est seulement du même ordre de grandeur que les dimensions que le photodiode principale 130 (typiquement, de quelques centimètres), comme on l'a représenté dans la figure 2 et, en traits discontinus dans la figure 2a.As a result, the divergence of the beam along the base distance of the transmissometer (from 30 to 75 meters) is so small that the width of the beam at the position where the light receiver 110 is located is only of the same order of magnitude. as the dimensions as the main photodiode 130 (typically a few centimeters), as shown in Figure 2 and, in broken lines in Figure 2a.
Ce système se distingue nettement des transmissomètres classiques dans lesquels la largeur de faisceau à la distance du récepteur de lumière est considérablement plus grande que les dimensions de la totalité du récepteur de lumière.This system is clearly distinguished from conventional transmissometers in which the beam width at the distance from the light receiver is considerably greater than the dimensions of the entire light receiver.
En conséquence, la photodiode 130 reçoit la plus grande partie de l'énergie totale contenue dans le faisceau lumineux et le problème de l'hétérogénéité du faisceau lumineux est résolu dans une large mesure. Cependant, les éventuels déplacements relatifs de l'émetteur de lumière 10 et du récepteur de lumière 110 peuvent avoir pour résultat que le faisceau lumineux s'écarte de la photodiode 130. Pour éviter ceci, les photodiodes périphériques 132 à 138 sont éloignées de la photodiode 130 à une distance telle qu'au moins l'une d'entre elles commencera à être illuminée par le faisceau lumineux lorsque le bord du faisceau s'approchera du bord de la photodiode principale 130 (voir figure 2a sur laquelle le faisceau s'est déplacé vers la gauche et vers le haut, comme le représente la courbe pointillée, et commence à illuminer la photodiode 132).Consequently, the photodiode 130 receives most of the total energy contained in the light beam and the problem of the heterogeneity of the light beam is largely solved. However, any relative movements of the light emitter 10 and the light receiver 110 can result in the light beam moving away from the photodiode 130. To avoid this, the peripheral photodiodes 132 to 138 are distant from the photodiode 130 at a distance such that at least one of them will begin to be illuminated by the light beam when the edge of the beam approaches the edge of the main photodiode 130 (see FIG. 2a on which the beam is moved left and up, as shown by the dotted curve, and begins to light up photodiode 132).
Le circuit de servo-commande 216 dans l'unité de mesure et de commande 200 répond aux signaux sur les conducteurs 152 à 158 et fait varier de façon correspondante l'orientation du tube 18 dans l'émetteur de lumière 10, au moyen des moteurs pas à pas 32 et 34, de façon à compenser les mouvements relatifs de l'émetteur de lumière IO et du récepteur de lumière 110 et de façon que le faisceau lumineux reste dirigé vers la photodiode principale 130. The servo-control circuit 216 in the measurement and control unit 200 responds to the signals on the conductors 152 to 158 and varies correspondingly the orientation of the tube 18 in the light emitter 10, by means of the motors step by step 32 and 34, so as to compensate for the relative movements of the light emitter IO and the light receiver 110 and so that the light beam remains directed towards the main photodiode 130.
A titre d'exemple, si les déplacements relatifs étaient tels que le faisceau lumineux était déplacé vers la photodiode U2, comme dans la figure 2a, le circuit 216 activerait le moteur 32 de façon à faire tourner la vis 26 dans le sens approprié et à faire monter le couteau 20 et par conséquent, à faire pivoter l'arrière du tube 18 par rapport à son axe de pivotement dans la membranne 40, afin de ramener le faisceau vers la photodiode 130. Si le faisceau était déplacé de côté, et illuminait simultanément deux des photodiodes périphériques, les moteurs 32 et 34 seraient tous deux activés pour effectuer la correction correspondante.For example, if the relative displacements were such that the light beam was displaced towards the photodiode U2, as in FIG. 2a, the circuit 216 would activate the motor 32 so as to turn the screw 26 in the appropriate direction and to raise the knife 20 and therefore rotate the rear of the tube 18 relative to its pivot axis in the membrane 40, in order to bring the beam back to the photodiode 130. If the beam was moved sideways, and illuminated simultaneously two of the peripheral photodiodes, the motors 32 and 34 would both be activated to carry out the corresponding correction.
Le circuit de mesure/étalonnage ést agencé pour mettre en marche les moteurs 60 et 116 périodiquement pour déplacer les miroirs 58 et 114 entre leur positions de mesure et d'étalonnage, et pour effectuer les relevés correspondants de mesure et d'étalonage de l'intensité lumineuse détectée par la photodiode 130 et traduite par un signal sur le conducteur 150.Lorsque les miroirs 58 et 114 sont dans leurs positions de mesure, la photodiode 130 fournit une tension de sortie ul par l'intermédiaire de son amplificateur 140 correspondant à l'expression suivante u1 = kl-il-hl-T-h2-Sl-gl (1) où kl est une constante
il est l'intensité du faisceau lumineux sortant du tube 18 ;
hl est le pouvoir transmissif de la fenêtre 48
T est le pouvoir transmittif de l'atmosphère entre l'émetteur et le récepteur
h2 est le pouvoir transmissif de la fenêtre 120
S1 est la sensibilité de la photodiode 130 et g1 est le gain de l'amplificateur 140. The measurement / calibration circuit is arranged to start the motors 60 and 116 periodically to move the mirrors 58 and 114 between their measurement and calibration positions, and to carry out the corresponding measurement and calibration readings of the light intensity detected by photodiode 130 and translated by a signal on conductor 150. When mirrors 58 and 114 are in their measurement positions, photodiode 130 provides an output voltage ul via its amplifier 140 corresponding to l next expression u1 = kl-il-hl-T-h2-Sl-gl (1) where kl is a constant
it is the intensity of the light beam leaving the tube 18;
hl is the transmissive power of window 48
T is the transmittance of the atmosphere between the transmitter and the receiver
h2 is the transmissive power of window 120
S1 is the sensitivity of the photodiode 130 and g1 is the gain of the amplifier 140.
Lorsque les miroirs 58 et 114 sont dans leurs positions d'étalonnage, le trajet lumineux direct entre l'émetteur de lumière 10 et le récepteur de lumière 110 est obturé et la lumière parcourt les trajets représentés en traits discontinus sur les figures 1 et 2.When the mirrors 58 and 114 are in their calibration positions, the direct light path between the light emitter 10 and the light receiver 110 is closed and the light travels the paths shown in broken lines in FIGS. 1 and 2.
Par conséquent, dans l'émetteur de lumière 10, la lumière sortant de l'ouverture 46 est réfléchie par le miroir 58 vers la photodiode 66. L'intensité de la lumière illuminant cette photodiode est envoyée sous forme d'un signal sur le conducteur 70 au récepteur delumière 110 où, comme on l'a expliqué plus haut, la lampe 160 est commandée de façon à émettre de la lumière à une intensité dont le rapport à celle qui est indiquée par ce signal est fixé à une valeur constante.Consequently, in the light emitter 10, the light leaving the opening 46 is reflected by the mirror 58 towards the photodiode 66. The intensity of the light illuminating this photodiode is sent in the form of a signal to the conductor 70 to the light receiver 110 where, as explained above, the lamp 160 is controlled so as to emit light at an intensity whose ratio to that indicated by this signal is fixed at a constant value.
Le faisceau lumineux substitué provenant de la lampe 160 est réfléchi par le miroir 114 vers la photodiode 130 où son intensité est mesurée.The substituted light beam coming from the lamp 160 is reflected by the mirror 114 towards the photodiode 130 where its intensity is measured.
Il est à noter que le trajet parcouru par la lumière atteignant la photodiode 66 est pratiquement identique au trajet parcouru par la lumière émise par le même émetteur de lumière 10 lorsque le miroir 58 est dans sa position de mesure. En particulier, une partie exactement identique de la fenêtre 48 est traversée par le même faisceau lumineux quelle que soit la position du miroir 58, de telle sorte que l'intensité lumineuse détectée par la photodiode 66 est sujette aux mêmes variations dues au vieillissement du tube à éclairs 222 et à la contamination de la fenêtre 48, que le faisceau lumineux reçu par le récepteur de lumière 110, les miroirs 58 et 114 étant dans leur positions de mesure. It should be noted that the path traveled by the light reaching the photodiode 66 is practically identical to the path traveled by the light emitted by the same light emitter 10 when the mirror 58 is in its measurement position. In particular, an exactly identical part of the window 48 is crossed by the same light beam regardless of the position of the mirror 58, so that the light intensity detected by the photodiode 66 is subject to the same variations due to aging of the tube to lightning 222 and contamination of the window 48, that the light beam received by the light receiver 110, the mirrors 58 and 114 being in their measurement positions.
De même, les dimensions et la position du masque 162 dans le récepteur de lumière 110 sont choisies de telle manière que le faisceau lumineux substitué provenant de la lampe 160 et réfléchi par le miroir 114 dans la position d'étalonnage sur la photodiode 130 ait la même dimension que le faisceau lumineux qui atteint le récepteur de lumière 110 lorsqu'il est directement illuminé par l'émetteur de lumière 10 (ce qui est rendu possible par la très faible ouverture du faisceau lumineux émis par l'émetteur de lumière 10). Par conséquent, la lumière atteignant la photodiode 130 par l'un ou l'autre trajet traverse la même partie de la fenêtre 120 et est soumise au même affaiblissement dû à la souillure.Likewise, the dimensions and the position of the mask 162 in the light receiver 110 are chosen such that the substituted light beam coming from the lamp 160 and reflected by the mirror 114 in the calibration position on the photodiode 130 has the same dimension as the light beam which reaches the light receiver 110 when it is directly illuminated by the light emitter 10 (which is made possible by the very small aperture of the light beam emitted by the light emitter 10). Consequently, the light reaching the photodiode 130 by one or the other path crosses the same part of the window 120 and is subjected to the same attenuation due to soiling.
La seule différence entre les trajets lumineux parcourus lors des mesures d'une part et de l'étalonnage d'autre part, autre que l'atmosphère séparant l'émetteur de lumière 10 et le récepteur de lumière 110, fait intervenir les surfaces des miroirs 58 et 114 eux-me"mes. The only difference between the light paths traveled during the measurements on the one hand and the calibration on the other hand, other than the atmosphere separating the light emitter 10 and the light receiver 110, involves the surfaces of the mirrors 58 and 114 themselves.
Comme il n'est nécessaire d'effectuer des étalonnages que de façon relativement peu fréquente et que ces miroir s sont par ailleurs relevés contre les boîtiers 12 et 112, il est relativement facile de les protéger contre la souillure.As it is only necessary to carry out calibrations relatively infrequently and since these mirrors are also raised against the housings 12 and 112, it is relatively easy to protect them against contamination.
Pendant l'étalonnage, la photodiode 66 fournit une tension de sortie u2 par l'intermédiaire de son amplificateur 68, répondant à la formule suivante U2 = k2.i1.h1.s2.g2 (2) où k2 est une constante
S2 est la sensibilité de la photodiode 66 et g2 est le gain de l'amplificateur 68.During the calibration, the photodiode 66 supplies an output voltage u2 via its amplifier 68, corresponding to the following formula U2 = k2.i1.h1.s2.g2 (2) where k2 is a constant
S2 is the sensitivity of the photodiode 66 and g2 is the gain of the amplifier 68.
Comme cela a été indiqué plus haut, l'amplificateur différentiel 166 commande la lampe 160 de façon à maintenir égales cette tension et la tension de sortie U3 fournie par la photodiode 170 par l'intermédiaire de son amplificateur 168, qui est donnée par u3 =k3. i2 2.s3.g3 = u2 (3) où k3 est une constante
i2 est l'intensité du faisceau lumineux substitué émis par la lampe 160
53 est la sensibilité de la photodiode 170 ; et g3 est le gain de l'amplificateur 168.As indicated above, the differential amplifier 166 controls the lamp 160 so as to maintain this voltage and the output voltage U3 supplied by the photodiode 170 via its amplifier 168, which is given by u3 = k3. i2 2.s3.g3 = u2 (3) where k3 is a constant
i2 is the intensity of the substituted light beam emitted by the lamp 160
53 is the sensitivity of the photodiode 170; and g3 is the gain of amplifier 168.
En conséquence i2 = u2/(k3.s3.g3)
= k2.i1.h1.s2.g2/(k3.s3.g3) (4) lorsque la photodiode 130 reçoit de la lumière ayant cette intensité (c'est à dire lors de l'étalonnage), elle fournit une tension de sortie u4 par l'intermédiaire de son amplificateur 140, selon la formule u4 =k4.i2.h2.s1.g1
= (k4.h2.S1.g1)-(k2.i2-h1-S2-g2)/
(k3.s3.g3) (5) où k4 est une constante.Consequently i2 = u2 / (k3.s3.g3)
= k2.i1.h1.s2.g2 / (k3.s3.g3) (4) when photodiode 130 receives light having this intensity (i.e. during calibration), it provides a voltage of u4 output via its amplifier 140, according to the formula u4 = k4.i2.h2.s1.g1
= (k4.h2.S1.g1) - (k2.i2-h1-S2-g2) /
(k3.s3.g3) (5) where k4 is a constant.
Comme les photodiodes 66 et 170 sont appariées et en supposant que les amplificateurs 68 et 168 sont stables et de haute qualité, l'équation (5) peut être réécrite sous la forme u4 = k5.h2.s1.g1.i1.h1 (6) où k5 =k4.k2.s2.g2/(k3.s3.g3)
Ce circuit de mesure/étalonnage 212 est agencé pour calculer le rapport de chaque tension de mesure ul à la tension d'étalonnage la plus récente u4, c'est à dire u1/u4 = k1.i1.h1.T.h2.S1.g1/ (k5.h2.s1.g1.i1.h1) (7)
Par conséquent u1/u4 = K.T où K = kl/k5 de sorte que ce rapport est proportionnel au pouvoir transmissif T cherché de l'atmosphère, à partir duquel on peut alors déterminer la visibilité.On remarque que le calcul du pouvoir transmissif T est indépendant des variations dues par exemple au vieillissement du tube à éclairs 222 et de la lampe 160, des variations de sensibilité de la photodiode 130 et de l'accumulation de salissures sur les fenêtres 48 et 120.As photodiodes 66 and 170 are paired and assuming that amplifiers 68 and 168 are stable and of high quality, equation (5) can be rewritten in the form u4 = k5.h2.s1.g1.i1.h1 ( 6) where k5 = k4.k2.s2.g2 / (k3.s3.g3)
This measurement / calibration circuit 212 is arranged to calculate the ratio of each measurement voltage ul to the most recent calibration voltage u4, i.e. u1 / u4 = k1.i1.h1.T.h2.S1 .g1 / (k5.h2.s1.g1.i1.h1) (7)
Consequently u1 / u4 = KT where K = kl / k5 so that this ratio is proportional to the sought transmissive power T of the atmosphere, from which we can then determine the visibility. We notice that the computation of the transmissive power T is independent of variations due for example to the aging of the flash tube 222 and the lamp 160, variations in sensitivity of the photodiode 130 and the accumulation of dirt on the windows 48 and 120.
Afin de réduire davantage la nécessité d'un nettoyage fréquent des fenêtres dans le transmissomètre, le circuit de seuil 218 compare chaque nouveau signal d'étalonnage provenant de la photodiode 130 à un signal de seuil prédéterminé. Le niveau de ce signal de seuil est choisi de façon à correspondre au niveau du signal d'étalonnage dans le cas de souillure excessif des fenêtres 48 et 120, des mesures fiables n'étant alors plus possibles. Lorsque le circuit 218 détecte que le signal d'étalonnage est affaibli à ce niveau, il active les moteurs 54 et 126 par l'intermédiaire du conducteur 56, ce qui a pour effet d'amener en position sur le trajet du faisceau lumineux une nouvelle partie propre de la feuille de verre 48 et de la pellicule plastique 120.To further reduce the need for frequent window cleaning in the transmissometer, the threshold circuit 218 compares each new calibration signal from the photodiode 130 with a predetermined threshold signal. The level of this threshold signal is chosen so as to correspond to the level of the calibration signal in the case of excessive soiling of windows 48 and 120, reliable measurements being then no longer possible. When the circuit 218 detects that the calibration signal is weakened at this level, it activates the motors 54 and 126 via the conductor 56, which has the effect of bringing into position on the path of the light beam a new clean part of the glass sheet 48 and the plastic film 120.
Au lieu d'utiliser un tube 18 et deux couteaux 20 et 22 pour orienter le faisceau lumineux comme on l'a représenté sur la figure 1, on peut utiliser des miroirs et des galvanomètres comme le représente la figure 5. Sur cette figure, l'extrémité de la fibre optique 16 est maintenue dans un tube fixe 300. Le faisceau émergent est dirigé sur un premier miroir 302 monté sur un premier galvanomètre 304 ayant un axe horizontal, et est réfléchi sur un second miroir 306 fixé sur un second galvanomètre 308 ayant un axe incliné à 45 sur la verticale et perpendiculaire à l'axe horizontal. Les positions nominales des miroirs 302 et 306 sont telles que le faisceau lumineux sort parallèlement au tube 300. Instead of using a tube 18 and two knives 20 and 22 to orient the light beam as shown in Figure 1, one can use mirrors and galvanometers as shown in Figure 5. In this figure, l the end of the optical fiber 16 is held in a fixed tube 300. The emerging beam is directed onto a first mirror 302 mounted on a first galvanometer 304 having a horizontal axis, and is reflected on a second mirror 306 fixed on a second galvanometer 308 having an axis inclined at 45 on the vertical and perpendicular to the horizontal axis. The nominal positions of the mirrors 302 and 306 are such that the light beam comes out parallel to the tube 300.
Dans le dispositif de photodétection représenté sur la figure 5a, les quatre photodiodes périphériques 132 à 138-sont disposées horizontalement et verticalement par rapport à la photodiode principale 130 et non plus en diagonale comme sur la figure 2a. I1 s'agit là cependant d'une variante nullement obligatoire qui est donnée à titre d'exemple. Ce qui importe seulement, tant dans le système de détection représenté sur la figure 2a que dans celui de la figure 5a, c'est que la largeur du faisceau incident soit supérieure à la distance entre deux photodiodes périphériques voisines de manière que le faisceau ne puisse quitter la photodiode centrale 130 sans être détecté auparavant par l'une au moins des photodiodes périphériques.Les galvanomètres 304 et 308 sont commandés par le circuit de servo-commande 216 de façon que le faisceau lumineux reste dirigé sur la photodiode principale 130 d'une manière analogue à celle qui a été décrite à propos des figures 1 et 2.In the photodetection device shown in FIG. 5a, the four peripheral photodiodes 132 to 138 are arranged horizontally and vertically relative to the main photodiode 130 and no longer diagonally as in FIG. 2a. This is however a non-compulsory variant which is given by way of example. What matters only, both in the detection system shown in FIG. 2a and in that of FIG. 5a, is that the width of the incident beam is greater than the distance between two neighboring peripheral photodiodes so that the beam cannot leave the central photodiode 130 without being detected beforehand by at least one of the peripheral photodiodes. The galvanometers 304 and 308 are controlled by the servo-control circuit 216 so that the light beam remains directed on the main photodiode 130 of a analogously to that which has been described in connection with FIGS. 1 and 2.
Ainsi par exemple, si le faisceau lumineux s'élevait vers la photodiode 132 en raison des déplacements relatifs de l'émetteur de lumière 10 et du récepteur de lumière 110, le galvanomètre 304 serait activé par le circuit 216 pour faire tourner le miroir 302 dans le sens contraire des aiguilles d'une montre, comme cela est représenté sur la figure 5, afin d'effectuer la correction nécessaire.So for example, if the light beam rose towards the photodiode 132 due to the relative displacements of the light emitter 10 and the light receiver 110, the galvanometer 304 would be activated by the circuit 216 to rotate the mirror 302 in counterclockwise, as shown in Figure 5, to make the necessary correction.
Quel que soit le type d'orientation du faisceau lumineux, un programme de routine de recherche rapide peut être prévu pour faciliter l'alignement du faisceau lumineux avec la photodiode 130 lors de l'installation initiale du transmissomètre, ou ultérieurement, par exemple lors d'une panne d'alimentation. Whatever the type of orientation of the light beam, a routine program of rapid search can be provided to facilitate alignment of the light beam with the photodiode 130 during the initial installation of the transmissometer, or later, for example during '' power failure.
Claims (10)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR8119442A FR2514897A1 (en) | 1981-10-16 | 1981-10-16 | Photo electric visibility meter, e.g. for airport - has narrow light beam whose orientation is controlled so that it falls on detector and has width equal to that of detector window |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR8119442A FR2514897A1 (en) | 1981-10-16 | 1981-10-16 | Photo electric visibility meter, e.g. for airport - has narrow light beam whose orientation is controlled so that it falls on detector and has width equal to that of detector window |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FR2514897A1 true FR2514897A1 (en) | 1983-04-22 |
| FR2514897B1 FR2514897B1 (en) | 1984-10-26 |
Family
ID=9263081
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FR8119442A Granted FR2514897A1 (en) | 1981-10-16 | 1981-10-16 | Photo electric visibility meter, e.g. for airport - has narrow light beam whose orientation is controlled so that it falls on detector and has width equal to that of detector window |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| FR (1) | FR2514897A1 (en) |
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR2514897B1 (en) | 1984-10-26 |
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