SE439993B - Anordning for att meta sikten genom luft - Google Patents

Description

7908921 -s 2 ning av inflödet av spritt ljus till detektorn.

Lämpligen har detektorns ingångsfönster i stort sett ringform.

Lämpligen omfattar ljusknippet i förhållande till den optiska axeln på detektorns sida en minsta vinkel mellan 50 och 400.

Lämpligen innefattar mottagaren ytterligare en andra detek- tor avsedd att mäta det från ljuskällan utgående ljusflödet, varvid den andra detektorn direkt mottar en del av ljusknippet från källan och varvid ingângsfönstret till den andra detektorn är i stort sett ringformigt och omger den första detektorns ingångsfönster.

Lämpligen är ingångsfönstret för den första eller båda de- tektorerna bestämda medelst öppningen i en bländare.

Lämpligen är de två detektorerna anordnade i samma slutna, värmeisolerade utrymme, vars mot ljuskällan vända vägg är genomsynlig.

Lämpligen är ljuskällan punktformig.

Sökanden har funnit, att om vinkelområdet är begränsat, t.ex. 10-1200, uppgår det systematiska felet som funktion av den spridande aerosolens natur maximalt till 11% vid mätning av den totala diffu- sionskoefficienten. Detta värde har särskild giltighet vid mätning i naturliga aerosoler.

Den ringa mätvolymen för en sådan anordning kan kompense- ras medelst en tidsintegration av mätningen under några minuter.

Denna åtgärd medger utjämning av småskaliga spridningsvariationer av mindre intresse. Det av anordningen uppmätta värdet ger då, med hänsyn till den under integrationstiden analyserade luftvolymen, ett värde för den horisontala sikten, som med tillfredsställande sanno- likhet gäller för sikten i stort.

Anordningens goda mätnoggrannhet, möjligheten att bygga en sådan anordning i kompakt form med begränsade problem beträffande infrastrukturen, samt möjligheten att eliminera smuts på glasen med- ger i förening en enkel anordning och en utmärkt mätmetod.

Uppfinningen beskrivs i det följande med ett exempel av en utföringsform och hänvisning till bifogade ritningar i vilka fig. 1 schematiskt visar anordningens princip, fig 2 schematiskt i verti- kalsnitt visar anordningen i fig. 1, fig. 2a visar en vy framifrån av en bländare i anordningarna i fig. 1 och 2, och fig.3 visar ett blockschema av anordningen i fig. 1 och 2 enligt en utföringsform av uppfinningen.

Den i fig. 1 visade anordningen innefattar en module- rad, elektrisk ljuskälla 1, en första ljusdetektor 2, vars 7908921 '-5 känsliga sida 2a är vänd mot ljuskällan 1, en mellan ljuskällan l och detektorn 2 anordnad bländare 5, en andra ljusdetektor U samt en konkav, cirkelformig spegel 5. vars reflekterande. konkava yta är vänd mot liuskällan 1 och mot detektorn U.

Ljuskällan l är av det slag, som utsänder ett diver- gerande ljusknippe la i alla riktningar utom i två motriktade, koaxiala koner 6a och 6b med den gemensamma spetsen l. Detek- torn 2 är anordnad i den skuggade konen 6a. En mask eller skärm 7 är anordnad mellan ljuskällan 1 och detektorn 2 i den skugga- de konen 6a. Masken 7 avskärmar strålarna från ljuskällans egna element att nå detektorn 2. Detektorn 2 mottager alltså inga ljusstrâlar direkt från ljuskällan l men avkänner genom en första, ringformig öppning 8 i bländaren 3, en del av det spridda ljuskninpet i en koniskt ringformig luftvolym Q, som är upnlyst medelst ljuskällan 1 och omger denna.

Den andra detektorn H, vars känsliga sida Ha är vänd i riktningen från ljuskällan l, mottar ett ljusknippe av strå- lar 10, vilka är direkt utsända av ljuskällan och reflek- terade utmed l0a, l0b av den konkava spegeln 5, varvid strå- larna 10 löper igenom en andra ringformig öppning ll i blända- ren 3. Den andra öppningen ll är koncentriskt med och omger den första öppningen 8 i bländaren 3. öppningarna 8 och ll är koaxiala med den optiska axeln 12 för anordningen, varvid axeln är en rät linje, som förbinder ljuskällan l med centra för detektorerna 2 och H och centrum för spegeln 5. Axeln 12 sammanfaller med den gemensamma axeln för de skuggade konerna 6a och 6b i det divergerande ljusknippet la. öppningsvinkeln 0 som innehåller axeln l2, är i det visade exemplet 1260. Vinkeln Ošligger lämpligen mellan 500 och 1700. I det visade exemplet är halva spetsvinkeln 91 för den skuggade konen 6a och halva spetsvinkeln 92 för den skuggade konen 6b lika och uppgår till 27°.

Detektorerna 2 och Ä ligger i linje med ljuskällan l och är koaxiella med ljusknippet la, spegeln 5 och bländaren 3. Detektorerna 2 och H, bländaren 3 och spegeln 5 är anord- nade i ett hus l3, i vilket en vägg lä är vänd mot ljuskällan l och genomsynlig, t.ex. av glas, så att den genomsläpper hela ljusknippet 15 från det i luftvolymen 9 kring ljuskällan l spridda ljuset,.liksom ljusknippet 10 direkt från ljuskällan.

Som blockschemat i fig. 5 visar styr en styroscillator 15moduleringen av matningsströmmen till ljuskällan l medelst 7908-921 '-5 en modulator 17. Den modulerade signalen från varje detektor 2, U förstärks medelst de selektiva förstärkarna 18 och de- moduleras sedan medelst demodulatörerna 19, styrda av styr- oscillatorn 16.

De demodulerade signalerna uppdelas sedan från varandra i en kretsdelare 20. Signalen från kretsen 20 integreras under en förutbestämd tidrymd - t.ex. några minuter - i en krets- integrator 2l och den integrerade signalen omformas till en strömsignal i en strömgenerator 22 avsedd att mata en telefon- linje 23, vilken överför mätinformationen om sikten till en på avstånd belägen station.

Anordningens arbetssätt beskrivs närmare i detalj nedan.

Ljuskällan, eller lampan 1 är punktformig eller när- mast punktformig och belyser den disiga luften utanför anord- ningen. Härav följer en utstrålning i den luftvolym 9, som optiskt är avgränsad medelst den cirkulära, ringformiga öpp- ningen 8, av ett knippe diffust ljus, som omhöljer det infallan- de ljuset i ett stort vinkelområde. Informationen från detek- torn 2, vilken är belyst av det spridda ljuset, är proportio- nell mot diffusionskoefficienten för den disiga luften i det vinkelområde, som är avgränsat av vinklarna 91 och 92. Den andra detektorn Ä är belyst av en del av ljusknippet la direkt från ljuskällan 1 men begränsat av de andra öppningarna ll i bländaren 3.

Den modulerade signalen från de båda detektorerna 2 och Ä förstärks medelst de selektiva förstärkarna 18, vilka eliminerar grundnivån på grund av omgivande belysning. Efter demodulation av de två signalerna i kretsarna l9 ger delaren 20 förhållandet mellan spritt ljusflöde/direkt ljusflöde.

Med syfte att utjämna punktformiga variationer i spridningen integreras informationen från delaren 20 under en period av nâgra minuter i integratorn 21.

Användningen av tvâ detektorer 2 och Ä, vars belysning är proportionell mot det spridda ljuset resp. det direkt från ljuskällan l avgivna ljuset, medger frihet från variationer i ljusflödet från ljuskällan l (åldring), smutsbeläggning på glasväggen lü och till stor del från förändringar (på grund av åldring och varierande yttertemperatur) i detektorn 2 och förstärkarkretsen 18.

I praktiken är vinkelområdet med observerad spridning begränsat. Ljuskällans l uppbyggnad och geometri gör, att den s 7908921 -5 icke är en perfekt spridande ljuskälla. Därtill bör öppnings- vinkeln 2 Gl hos den skuggande konen 6a vara tillräcklig för att undvika parasitspridning isynnerhet genom öppningen 8 i bländaren, som avgränsar ljusflödet till detektorn 2.

Under dessa förhållanden är vinkeln la lämpligen omkring 1200. Vid denna öppning har det största uppträdande felet vid mätning av diffusionskoefficienten be- funnits vara mindre än ll %.

Därtill behöver den observerade luftvolymen 9 icke vara en fullständig, cirkulär ring. Det räcker att maskera parasitreflektionerna på grund av marken och metallstativet, som uppbär ljuskällan l. Följaktligen uppvisar stråldiagrammet från ljuskällan l i ett mot axeln 12 vinkelrätt plan lämpligen en öppningsvinkel av omkring 2H0°. Pig. 2a visar att öppningen 8 är en del av en ringformíg spalt med omkring 2H0° omfattning, medan öppningen ll innefattar tvâ ringformiga delar, vilka vardera sträcker sig omkring 1200 och vilka är symmetriskt anordnade på ömse sidor av symmetriaxeln 8a för öppningen 8.

Bländaren 3 är anordnad i huset 13 så att axeln 8a är vertikal.

Kalibrering av instrumentet kan ske med hjälp av ett ríngformigt plastmaterial, vars diffusionskoefficient är känd.

Denna ring täcker hela luftvolymen 9. Ringen är öppen vid cent- rum för att medge överföring av det direkta ljusflödet utan försvagning.

Enligt utföringsformen i fig. 2 innefattar instrumentet 2 särskilda enheter med var sin uppgift: - en observationsdel, anordnad på ett stativ ZÄ, innefattande ljuskällan l, vilken är stelt förbunden med huset 13 medelst en ljushållare 25, - en elektronisk enhet 26, vilken innefattar matnings- och styrkretsarna 16, l7 samt förstärknings och överföringskretsar- na l9 till 22. Enheten 26 är anordnad vid foten av stativet 2U i ett slutet utrymme.

Observationsenheten l, 13 är rotationssymmetrisk kring en axel 12, vilken löper genom de geometriska centra för de- tektorn 2 till 5, 8, ll och l3 och strålkällan l, 7. Axeln 12 är lämpligen horisontal.

Den analyserade luftvolymen 9 har formen av en stympad, konisk ring, vilken är avskuren nedtill för att unvika reflek- tioner från marken 27 och från ljusarmen 25.

Ljuskällan l vid änden av ljusarmen 25 består lämpligen av en lampa för vitt, modulerat ljus, inriktad på ljusarmen och ?908921~5 skyddad av ett glas. Ljuskällan l kan vara en glödtrådlampa eller en ljusbåglampa i xenonatmosfär. En glödtrådlampa medger ett tillfredsställande signal/brusförhållande även vid god siktbarhet medan en ljusbåglampa har förhållandevis låg, permanent strömförbrukning samt låg termisk tidskonstant vilken medger högre moduleringsgrad.

Vinklarna O<, Gl och 92 är avgränsade medelst lampans eget stativ.

Mottagarhuset 15, t.ex. av aluminiumplât, uppbär ljus- hållaren 25. Huset 13 är fäst på stativet ZH. Tillträde till huset 13 underlättas av att bakstycket lša i huset är rörlig.

Framtill är huset 15 tillslutet medelst ett optiskt plant glas lä, som medger snabb och enkel rengöring. Anordningen garanterar därtill en praktiskt taget jämn fördelning av smuts på glasrutan lä.

De mekaniska delarna i huset 13 innefattar ett stöd 28 för två fotodioder, vilka bildar var och en av detektorerna 2, U samt bländarna 3, 8, ll vilka avgränsar de bestämda vinkla- na för det direkta ljusflödet 10 och det spridda flödet 15.

Med varje detektor 2, U är förbunden med svagbrusför- stärkare 18, vilken anpassar och överför signalerna mellan detektorn och den elektroniska enheten 26. _ Det direkta ljusflödet 10, som avkänns medelst de- tektorn U, är vid inträdet till mottagaren avgränsat medelst två cirkelbågformade öppningar ll. Konoentrationen av flödet lO mot detektorn U sker medelst geometrin och ytan på spegeln 5, vilken bildar den bakre väggen i huset 13. Formen på öpp- ningarna 8, ll i bländaren släcker i görligaste mån det spridda ljuset från skyddsglaset lb på ljuskällan.

Det spridda ljuset l5, som belyser detektorn 2, är avgränsat medelst öppningen 8 iliändaren, vars form maskerar eventuellt ströljus från marken 27 och från ljushållararmen 25.

Hela huset 13, lü är värmeisolerat och termistat- kontrollerat för att begränsa temperaturförändringar hos detektorerna 2 och U samt förstärkarna 18.

Den elektroniska enheten 26 har formen av ett tätt- slutande skåp. Den är förbunden med mottagaren l, 13 medelst en kabel 29 vilken överför följande signaler eller elektriska strömmar: '7908921-5 - modulationssignal för ljuskällan l, - avkänningssignal för direkt ljus och spritt ljus, - matningsström för förstärkarna 18 i förbindelse med detektorer- na 2 och H.

Den elektroniska enheten är uppbyggd i moduler, vilket underlättar såväl uppsättning som underhåll av materielen.

Den beskrivna anordningen ger följande fördelar.

Uppbyggnaden med skild elektronisk enhet och mottagar- enhet gör den senare lättare och medger användning av ett stativ eller mast 2H av ringa diameter.

Vid vissa tillämpningar, t.ex. anordning av instru- mentet på en marin boj eller vid isolerade stationer kan den elektroniska enheten vara sammanbyggd med instrumentets stativ.

Volymen av skåpet för den elektroniska enheten 26 kan medge anpassning för olika överföringssystem om sikt- information via ledning eller via radio etc.

Anordningen enligt uppfinningen avser icke, isynner- het vid flygtíllämpningar, att ersätta en klassisk siktmätare, vars noggrannhet vid dåliga siktförhållanden på några km är långt överlägsen. För avsedda tillämpningar har emellertid instrumentet tillräcklig noggrannhet och ger avsevärda för- delar, isynnerhet: - avsevärt minskad infrastruktur, - installation till bruksfärdig enhet kräver endast några min. (inga problem med uppriktning), - gott skydd mot nedsmutsning av glaset på grund av kompensa- tionsslinga, - låg elströmförbrukning, - ringa vikt, vilket medger snabbt underhåll genom utbyte av mottagarenheten, - låg kostnad.

I förhållande till kända instrument har angränsande slag uppvisar instrumentet följande särdrag och fördelar: - den analyserade luftvolymen med konisk ringform har be- tydande storlek, - stor öppningsvinkel för ljuskällan garanterar stor noggrann- het på mätvärdet för totala diffusíonskoefficienten, - frånvaron av fotomultiplikator tack vare användningen av detektorer ger höggradig känslighet och utmärkt linjearitet, - ströljusreflexerna från metallstativet och marken är be- gränsad medelst den speciella formen hos bländarens öppningar, -_ '79Û8921°=É - automatisk kompensationsslinga för nedsmutsning beaktar före- kommande ojämnheter.

Claims (9)

7908921-5 PBIZQIHIKIIRV

1. Anordning för att mäta sikten genom luft innefattande en ljuskälla (1), vilken avger ett nodulerat ljusknippe till en omgivande luitvolyn (9). som skall analyseras. samt en not- tagare innefattande en detektor (2) ned ett ingångsiönster (8) beläget utanför utsträckningen av det utsända ljusknippet för att mäta det av nämnda luitvolyn spridda. lodulerade ljus- tlödet. varvid en optisk axel (12) sträcker sig mellan detek~ torn och liuskällan. k ä n n e t e c k n a t av att ljus- knippet enitteras i torn av ett divergent strâlknippe (la). som i en sektion genon ett plan. som innefattar detektorn (2) och källan (1). har en divergensvinkel (M). son är :inst 50°. varvid strålknippet (la) är utsträckt över ett vinkelonråde i detta plan på vardera sidan on ett plan vinkelrätt not den optiska axeln (12) genou källan (1). varvid denna utbredning är begränsad av vinklar (Öl) och (92) ned utgångspunkt från axeln (12).

2. Anordning för siktnätning enligt krav 1. k ä n n e - t e c k n a d av att ljusknippet (9) och detektorns ingångs- tönster (8) båda har i stort sett cirkulär torn ned centrum på den optiska axeln (12), vilket ökar den analyserade luftvoly- men så att ingângstönstret kan ha ringa yta ned syfte att und- vika ströljus till detektorn (2) utan avsevärd ninskning av inflödet av spritt ljus till detektorn.

3. Anordning enligt något av krav 1 och 2. k ä n n e - t e c k n a d av att liusknippet ontattar ätninstone 25° på ömse sidor av nornalplanet lot axeln.

4. Anordning enligt något av kraven 2 och 3. k ä n n e ~ t e c k n a d av att detektorns ingångsfönster är i stort sett ringtornigt.

5. Anordning enligt något av kraven 1 - 4. k ä n n e - t e c k n a d av att ljusknippet i förhållande till den 7908921-5 10 optiska axeln på detektorns sida omfattar en minsta vinkel mellan 5 och 40”.

6. Anordning enligt något av kraven 3 - 5. k ä n n e - t e c k n a d av att mottagaren ytterligare innefattar en andra detektor (4) avsedd att nâta ljusflödet från ljuskällan. varvid den andra detektorn direkt mottar en del av ljusknippet från källan sant att ingângsfönstret (11) till den andra de- tektorn är i stort sett ringfornigt och omger fönstret för den första detektorn.

7. Anordning enligt något av kraven 2 - 6. k ä n n e - t e c k n a d av att de båda ingângsfiönstren (8. 11) för den första och den andra detektorn (2. 1) båda är öppningar i samma bländare (3).

8. Anordning enligt något av kraven 6 - 8. k ä n n e - t e c k n a d av att de båda detektorerna är anordnade i samma slutna. värneisolerade hus. vars not ljuskällan vända vägg är genomsynlig.

9. Anordning enligt något av kraven 2 - 8. k ä n n e - t e c k n a d av att ljuskâl1an.(1) är punkttormig.