NL8701147A - Mistdetector. - Google Patents

Description

1 * N.0. 34436 • è

Mistdetector

Aanvraagster noemt als uitvinder: R.K.A.M. Mallant.

5 De uitvinding heeft betrekking op een mistdetector voor het detec teren van mist, omvattende een lichtbron die een pulserende lichtbundel uitstraalt bij benadering in een voorwaartse richting, en een op afstand daarvan opgestelde lichtsensor om alleen in bijna-voorwaartse richting verstrooid licht op te nemen, waarbij de lichtbron door een pulserende 10 zendeenheid gevoed wordt en de lichtsensor aangesloten is op een ont-vangeenheid. Een dergelijke mistdetector is bekend uit het Amerikaanse octrooischrift 4.123.665.

Bij de uit dit Amerikaanse octrooischrift bekende mistdetector wordt gebruik gemaakt van het principe dat de verstrooiing van licht on-15 der geringe hoeken, zoals ^ 20°, veel sterker is dan verstrooiing onder grotere hoeken. Zo zal bij mist de absorptie van rechtstreeks ingestraald en zichtbaar licht in de regel zeer laag zijn waardoor de totale uitdoving vrijwel alleen door de verstrooiing wordt bepaald. Daardoor wordt bij de bekende inrichting ook de dichtheid van mistdeeltjes gede-20 tecteerd door juist dit onder geringe hoek verstrooide licht te meten.

De bovengenoemde bekende inrichting heeft een betrekkelijk gecompliceerde constructie, waarbij een grootvlakkige lichtsensor wordt gebruikt waarvan het actieve opneemvlak op afstand van de genoemde voorwaartse uitstraalrichting - evenwijdig daaraan of loodrecht daarop - is 25 gelegen om niet door direct uitgestraald licht te worden bereikt. Aanvullend is de bekende lichtsensor voorzien van een omringend scherm om weer te verhinderen dat direkt licht van de lichtbron invalt.

Nu is er internationaal gezien een toenemende belangstelling ontstaan voor detectie van mist en daarmee samenhangende apparatuur voor 30 monstername, karakterisering en detectie van mist. Met name in berggebieden of bij vliegvelden moeten dergelijke mistdetectoren in grote aantallen toegepast kunnen worden ofwel voor het automatisch sturen van mistmonsternemers of voor het verkrijgen van miststatistieken. De bekende inrichting is echter betrekkelijk omslachtig en kostbaar.

35 De uitvinding beoogt een zeer eenvoudige en goedkope mistdetector te verschaffen die op basis van commercieel verkrijgbare lichtbron en lichtsensor met een minimum aan materiaalkosten opgebouwd kan worden.

Dit wordt bij een mistdetector van de in de aanhef genoemde soort volgens de uitvinding aldus bereikt, dat de lichtbron en de lichtsensor, 40 met hun aktieve vlakken tegenover elkaar, op dezelfde optische as zijn 8701147 ? 2 geplaatst, en dat op deze optische as tussen - en op afstand van - de lichtbron en de lichtsensor een lichtstopper is geplaatst om te verhinderen dat op de lichtsensor direkt licht van de lichtbron invalt, waarbij de lichtsensor een klein aktief opneemvlak heeft.

5 Met voordeel kan deze mistdetector volgens de uitvinding als mist- melder worden toegepast waarin de ontvangeenheid zodanig is uitgevoerd met een instelbare detectiedrempel dat een aan/uit-signaal wordt af gegeven voor verdere mistgerelateerde aktie. Ook kan de ontvangeenheid uitgevoerd zijn om een met de hoeveelheid opgenomen licht overeenkomstig 10 analoog signaal af te geven dat evenredig is met een fysische parameter van de mist. Dit kan het zicht zijn of de in de lucht aanwezige hoeveelheid vloeibaar water.

De uitvinding zal aan de hand van een uitvoeringsvoorbeeld nader worden toegelicht met verwijzing naar de tekeningen, waarin: 15 Fig. la en lb resp. een zijaanzicht en een planaanzicht geven van de mistdetector volgens de uitvinding; en

Fig. 2 een dwarsdoorsnede-aanzicht geeft van de lichtstopper uit de mistdetector van fig. 1.

Bij de detectie van mist met behulp van zichtbaar of infrarood 20 licht zijn de afmetingen van de te detecteren mistdeeltjes bij benadering gelijk aan _+ 1 tot 50 maal de golflengte van het gebruikte licht. Hierbij is het zogenaamde Mie-principe van toepassing (zie ook tijdschrift "Optik" 23_, 274, 1965/1966). Dit principe leert dat, zoals eerder gesteld, de bijna-voorwaartse lichtverstrooiing veel sterker is dan 25 de verstrooiing onder grotere hoeken. Er is enige, op zich verwaarloosbare afhankelijkheid van de verhouding van de afmeting van de deeltjes en de golflengte van het licht alsmede van de breedte van de grootte-verdeling van de deeltjes. Een inrichting die het onder geringe hoek door de aanwezige deeltjes verstrooide licht meet zal hiermede een dui-30 delijk verband met het zicht geven, daar er een duidelijk verband bestaat tussen de toename van de bijna-voorwaartse verstrooiing en de afname van het zicht. Aangezien de meteorologische definitie van mist is gebaseerd op afname van zicht (tot minder dan 1 km) is de detector dan ook duidelijk een mistdetector hoewel een dergelijke inrichting onder 35 bepaalde voorwaarden ook een signaal afgeeft dat uiteindelijk evenredig is met het vloeibare-watergehalte van de mist.

Teneinde het principe van de meting van bijna-voorwaartse verstrooiing toe te passen zijn de lichtbron en de lichtsensor met voordeel langs dezelfde optische as geplaatst. Tevens wordt een oversturing van 40 de sensor door licht van de lichtbron vermeden doordat de lichtstopper 8701 147 3 op deze optische as is geplaatst tussen de lichtbron en de lichtsensor.

De mistdruppels of deeltjes die zich tussen lichtbron en lichtsensor bevinden binnen de hoek van het uitgestraalde licht en in het zicht van de sensor zullen alle bijdragen aan het totaal van het verstrooide 5 licht dat de sensor bereikt.

De in fig. 1 aangegeven mistdetector omvat een lichtbron A, een lichtsensor B en een lichtstopper C. De lichtstopper kan een staafvor-mige constructie omvatten. Deze onderdelen A, B en C zijn op een rail of een grondplaat gemonteerd. De lichtstopper C bevindt zich op afstand zo-10 wel van de lichtbron A als van de lichtsensor B en kan met voordeel in het middengebied zijn opgesteld. De mistdruppels in de omgeving van C zullen voornamelijk het door de lichtbron ontvangen signaal bepalen omdat voor deze deeltjes de verstrooiing onder een zeer geringe hoek plaatsvindt.

15 De lichtbron A kan een pulserende licht-emitterende diode, bijvoor beeld van GaAlAs, in het infrarode gebied met een golflengte van 880 nm zijn. Het licht wordt door middel van een eenvoudige optiek onder een geringe ruimtehoek van bijv. 7° uitgestraald. Het licht kan echter ook onder een grotere hoek met een geheel niet-gefocuseerde lichtbron en ook 20 in het zichtbare lichtgebied worden uitgezonden. Een focusering in een geringe ruimtehoek verlaagt echter het benodigde vermogen van de lichtbron waardoor deze eenvoudig en goedkoop kan zijn.

De lichtbron wordt door een pulserende zendeenheid gevoed daar hierdoor in combinatie met een geschikte detector storing van eventueel 25 aanwezige storingsbronnen, bijv. de zon, wordt onderdrukt. De lichtbron is verder in een behuizing opgesteld met als doel vervuiling te voorkomen. De behuizing zal gewoonlijk slechts aan één zijde een uittreeope-ning hebben waardoor het licht wordt uitgestraald. Wanneer nodig kan deze behuizing continu met gefilterde en zonodig gedroogde lucht gespoeld 30 worden zodat stof of vocht via genoemde uittreeopening niet kan binnen komen.

De lichtsensor B heeft eveneens door middel van een eenvoudige optiek een grote gevoeligheid voor licht dat binnen een relatief geringe ruimtehoek invalt van bijv. 7°. De detectie van het invallend licht ge-35 beurt met een, voor het door de lichtbron uitgezonden licht gevoelige detector, zoals bijvoorbeeld een infrarood gevoelige fotocel. De hierachter geschakelde ontvangeenheid verwerkt alleen wisselspanningspulsen waardoor deze ontvanger alleen op pulserend licht van de lichtbron reageert. Teneinde ongewenste stoorsignalen te onderdrukken wordt met voor-40 deel een filter aangebracht teneinde eenmalige transiënte pulsen, zoals 8701147 * 4 / Μ veroorzaakt door regendruppels, sneeuwvlokken of insekten, uit te filteren. De lichtsensor en bijbehorende ontvangeenheid is in de behuizing opgesteld met als doel vervuiling te voorkomen. Deze behuizing heeft weer gewoonlijk slechts aan één zijde een intreeopening waardoor instra-5 ling van het verstrooide licht plaatsvindt. Wanneer nodig kan deze behuizing ook continu met gefilterde en eventueel gedroogde licht gespoeld worden.

De lichtstopper C voorkomt dat licht van A direkt door B gezien wordt. De afmeting van C in het vlak dwars op de voorwaartse lichtuit-10 straalrichting is minimaal zo groot dat door korrekte plaatsing van de lichtstopper C de sensor B volledig wordt afgeschaduwd zoals aangegeven in figuur lb.

Fig. 2 geeft een doorsnede van de staafvormige lichtstopper met speciaal aangebrachte U-vormige groeven in de vertikale langszijden. 15 Hierdoor kunnen ongewenste signalen veroorzaakt door op de lichtstopper afgezette mist of regenwater voorkomen worden. Druppels op de naar de lichtsensor gerichte randen van de U-groeven liggen namelijk in de schaduw van de naar de lichtbron gerichte randen, terwijl licht dat door druppels op de naar de lichtbron gerichte randen wordt verstrooid de 20 lichtsensor niet kan bereiken door de afschermende werking van de naar de sensor gerichte randen.

Zoals eerder gesteld heeft een plaatsing van de lichtstopper in het middengebied tussen lichtbron en lichtontvanger de grootste opbrengst als gevolg van de geringste verstrooiingshoek. Een plaatsing wat dichter 25 naar de lichtsensor toe heeft als positief effekt dat het licht, dat in de nabijheid van de stopper wordt verstrooid, dan verder een relatief korte weg naar de sensor behoeft af te leggen waardoor minder verzwakking hierbij optreedt. Het negatieve effekt is echter dat de hoek waarlangs het licht verstrooid dient te worden toeneemt, met gevolg een af-30 name van de intensiteit.

De lichtstopper kan inwendig van een verwarmingselement zijn voorzien om afzetting van sneeuw of onderkoelde mist te vermijden die anders aanleiding zouden geven tot foutieve signalen. Ook kan de gehele mist-detector voorzien zijn van een afdekkap om regen te weren en aldus door 35 regendruppels veroorzaakte stoorpulsen in de lichtsensor te voorkomen.

De plaatsing van de stopper op afstand van de lichtbron en lichtsensor heeft nog het voordeel dat het de meting bepalende volume, waarin de verstrooiende deeltjes zich bevinden, aanmerkelijk vergroot is waardoor plaatselijke variaties in de mistdichtheid een minder grote invloed 40 hebben op het meetsignaal. Verder is de lichtstopper groter dan het 8701147 5 * • » <* lichtdoorlatende of lichtgevoelige opneemvlak van de sensor, waarbij het licht dat bijdraagt aan het signaal dus door verstrooiing achter deze stopper terecht moet komen.

Het voordeel kan deze mistdetector toegepast worden als mistmelder 5 ten gebruik bij de monstername, karakterisering en detectie van mist. De ontvangeenheid kan met een instelbare detectiedrempel uitgevoerd zijn om een aan/uit-signaal af te geven voor verdere mistgerelateerde aktie. Ook kan de ontvangeenheid uitgevoerd zijn om een met de hoeveelheid opgenomen licht overeenkomstig analoog signaal af te geven dat evenredig is 10 met een fysische parameter van de mist. Dit kan het zicht zijn of de in de lucht aanwezige hoeveelheid vloeibaar water.

Wanneer de mistdetector gebruikt wordt voor sturing van mistmon-sternemers kan de ontvangeenheid uitgevoerd zijn met een orgaan om bij temperaturen beneden het vriespunt geen stuursignaal af te geven aange-15 zien de mistmonsternemers gewoonlijk niet zijn ingericht voor monstername van onderkoelde mist (ijsafzetting).

8701 147

Claims (10)

1. Mistdetector voor het detecteren van mist, omvattende een lichtbron, die een pulserende lichtbundel uitstraalt bij benadering in een 5 voorwaartse richting, en een op afstand daarvan opgestelde lichtsensor om alleen in bijna-voorwaartse richting verstrooid licht op te nemen, waarbij de lichtbron door een pulserende zendeenheid gevoed wordt en de lichtsensor aangesloten is op een ontvangeenheid, met het kenmerk, dat de lichtbron en de lichtsensor, met hun aktieve vlakken tegenover el- 10 kaar, op dezelfde optische as zijn geplaatst, en dat op deze optische as tussen - en op afstand van - de lichtbron en de lichtsensor een licht-stopper is geplaatst om te verhinderen dat op de lichtsensor direkt licht van de lichtbron invalt, waarbij de lichtsensor een klein aktief opneemvlak heeft.

2. Mistdetector volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de licht- stopper in zijn aan het aktieve lichtuittreevlak van de lichtbron evenwijdige doorsnede een afmeting heeft voldoende om minimaal de lichtdetector af te schermen voor direkt invallend licht afkomstig van de lichtbron.

3. Mistdetector volgens conclusie 1 of 2, voorzien van een grond- plaat waarop de onderdelen van de mistdetector zijn gemonteerd, met het kenmerk, dat de lichtstopper in het middengebied tussen de lichtbron en lichtsensor is aangebracht waardoor de hoek van verstrooiing van het licht bij benadering het kleinst is.

4. Mistdetector volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat de licht stopper een vertikaal opgestelde staafvorm heeft, waarin in beide aan de optische as evenwijdige tegenovergestelde vertikale zijden een Uvormige groef is aangebracht om te verhinderen dat licht, dat door op deze genoemde zijden afgezet vocht verstrooid is, de sensor bereikt.

5. Mistdetector volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de licht stopper voorzien is van een verwarmingselement om afzetting van sneeuw of onderkoelde mist te verhinderen.

6. Mistdetector volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de onderlinge afstand van lichtbron en lichtsensor ongeveer 75 cm bedraagt.

7. Mistdetector volgens conclusie 1, waarin de lichtbron een infra rode lichtbron is en de lichtsensor een infrarood gevoelige lichtdetector is, met het kenmerk, dat de lichtbron en de lichtsensor elk voorzien zijn van een eenvoudige optiek om licht onder een geringe ruimtehoek van bijvoorbeeld 7° uit te stralen resp. te ontvangen.

870. U7 7 * *

8. Mistdetector volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de ont-vangeenheid uigevoerd is met een instelbare detectiedrempel om een aan/-uit-signaal af te geven voor verdere mistgerelateerde aktie.

9. Mistdetector volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de ont-5 vangeenheid uitgevoerd is om een met de hoeveelheid opgenomen licht overeenkomstig analoog signaal af te geven dat evenredig is met een fysische parameter van de mist.

10. Mistdetector volgens conclusie 1, gekenmerkt door een afdekkap om door regendruppels veroorzaakte stoorpulsen in de lichtsensor te 10 voorkomen. ****** 8701147