SE446774B - Apparat for metning av den optiska transmissionsformagan hos atmosferen - Google Patents

Description

446 774 2 sådant sätt, att det kommer att råda ett konstant förhållande mellan flödena, som mottages av cellen och härrör från de båda utstrålningarna. För att korri- gera varíationerna i cellens känslighetfinnefattar en sådan anordning dessutom en anordning för fixering av inställningsförhållandet mellan nämnda cell och hjälp- källan, så att ljusstrålningen från hjälpkällan bibehålles omvänt proportionellt mot cellens känslighet.

Den ovan nämnda utrustningen är tekniskt helt tillfredsställande, men för att kunna användas i praktiken erfordras närvaron av kvalificerad service- personal. Då det vid många mindre flygplatser ofta saknas servicepersonal spe- cialiserad för sådan utrustning, är det absolut nödvändigt att servicetillfällena på platsen blir så få som möjligt och så enkla som möjligt. Utrustningen enligt föreliggande uppfinning motsvarar dessa fordringar.

Apparaten för mätning av transmissionsförmågan hos atmosfären enligt uppfinningen är av det slag, vid vilken en i en strålare anbragt, av en module- rad elektrisk generator matad ljuskälla utsänder ett ljusknippe av modulerad in- tensitet i riktning mot en mottagare, i vilken en ljuskänslig mätningscell, följd av en demodulator och en mätförstärkare, avger en elektrisk mätström, propor- tionell mot det ljusflöde, som mottages efter passagen genom atmosfären, varvid en del av det av källan utstrålade ljuset medelst en optiska fibrer innefattande ljusledare direkt överföras till en ljuskänslig referenscell, som är identisk med den ljuskänsliga mätningscellen och efter demodulering och förstärkning avger en elektrisk ref erenss tröm.

Nämnda ändamål uppnås medelst apparaten enligt föreliggande uppfinning, vars kännetecken framgår av efterföljande patentkrav.

Exempel på utföringsformer av uppfinningen kommer i det följande att beskrivas under hänvisning till de bifogade schematiska ritningarna, figur 1 visar ett principschema över en installation enligt uppfinningen i en första utföringsform.

En apparat för mätning av transmissionsförmågan hos atmosfären PTA vi- sad i figur l innefattar på redan känt sätt en ljusemitterande enhet 1 och en mottagarenhet 2 placerade vid respektive ändar av mätsträckan. Den ljusemitte- rande enheten l innefattar en ljuskälla 3 matad av en elektrisk generator 4. Vad beträffar ljuskällan 3, kan valet av en monokromatisk källa eller en källa med ett smalt färgspektrum endast vara godtagbart i den mån den i källans spektrum mätta koefficienten är proportionell mot den atmosfäriska utsläckningskoefficien- ten. Emellertid visar studierna och resultaten av gjorda experiment på detta om- råde att korrelationen icke är tillfredsställande annat än i den mån den meteoro- logiska sikten är mindre än ett gränsvärde liggande mellan 500 och 600 meter.

Om en dylik källas strålningsfrekvens dessutom kan vara så vald, att den kom- ß 446 774 mer att ligga utanför linjerna i absorptionsspektrum för vattenånga, är det omöj- ligt att förutse arten av de nedsmutsade ämnen, som man kan möta på olika stäl- len (till exempel fotogenånga). När källans spektrum är beläget inom det ned- smutsande ämnets absorptionsspektrum blir sålunda mätningen mer eller mindre felaktig alltefter nämnda ämnes koncentration. Dessutom torde det beaktas, att om en monokromatisk källa, särskilt en dylik av laser-typ, tillåter att strålkas- tarens konstruktion avsevärt förenklas, blir dess livstid begränsad och kostna- den för dess utbyte mycket hög. Följaktligen kan ljuskällan 3 med fördel väljas bland glödlampor så mycket mer som kostnaden för en sådan del av utrustning- en är mycket liten, och dess livstid är tillfredsställande.

För att skydda sig mot fel, som skulle kunna härröra från ljuset i om- givningen och dess variationer, är ljusintensiteten i källan 3 modulerad. För detta ändamål är den eletriska generatorn 4 en generator, som företrädesvis le- vererar en spänning av den typ, som kallas fyrkantspänning.

Ett optiskt system 5 överför det av ljuskällan 3 utstrålade ljuset till ett smalt knippe 6 riktat mot mottagaren 2 eller också mottages det delvis av ett optiskt system 7, som koncentrerar det uppfångade ljuset på en ljuskänslig mät- cell 8.

Man har konstaterat beträffande en installation som den ovan beskrivna, att de informationer, som kan uttydas ur den av den ljuskänsliga cellen 8 leve- rerade strömmen, kan vara betydligt felaktiga på grund av avvikelser i källans 3 och cellens 8 karakteristika. Dylika apparater är verkligen känsliga å ena si- dan för temperaturavvikelser och å andra sidan för avvikelser på grund av på lång sikt uppträdande åldringsfenomen. En glödlampas temperaturavvikelse är exempelvis 0,07% för varje grad C, medan avvikelsen för en kiselcell är 0,1% för varje grad C. Sådana avvikelser i karakteristika för apparaturens beståndsdelar skulle, om man inte vidtog förebyggande åtgärder, leda till resultat, som vore felaktiga med flera procent, vilket skulle vara oantagbart.

Sökanden har konstaterat, att om avvikelser i temperaturen och på grund av långsiktiga orsaker hos de ljuskänsliga cellerna är betydande, så är dessa avvikelser i stort sett identiska för den ena eller andra cellen, framför allt om man vidtager försíktighetsmåttet att välja ut dem ur samma tillverkningsserie från fabrikanten. Med andra ord är skillnaden i avvikelserna beträffande temperatur och långtidsfenomen i en cell jämfört med en annan negligerbara. Det är på det- ta konstaterande som uppfinningen grundar sig.

Enligt uppfinningen använder man en ljuskänslig referenscell 9, som är identisk med mätcellen 8, och som via en ljusledare av en typ med optiska fib- rer 10 mottager en del av det från källan 3 utstrålade ljuset. 446 774 4 Efter den ljuskänsliga cellen 8 är ansluten en demodulator-förstärkarenhet 11, och på samma sätt är efter den ljuskänslíga cellen 9 ansluten en modulator- förstärkarenhet 12.

Följande beteckningar iriföres: - 41. = ljusflödet utstrålat av ljuskällan 3, - Kl Gb. = den del av flödet 4)., som avledes via de optiska fibrerna 10, - K2 du = den del av flödet m. , som strålar ut i atmosfären genom det optiska systemet 5, - Kl Ks fb. = det flöde, som transmitteras genom det optiska fiberknippet till cellen 9 (koefficienten X3 svarar mot dämpningen i det optiska fi- berknippet), - Kz T cb. = det ljusflöde, som mottages av det optiska systemet 7 och transmitteras till cellen 8 (T är dämpningsfaktorn, som är en funktion av atmosfärens ljusgenomsläpplighet), - S mätcellens 8 känslighet , 1 - S2 = referenscellens 9 känslighet, - Gl = mätförstärkarens 11 förstärkningsgrad, och - G2 = referensförstärkarens 12 förstärkningsgrad.

Vid mätförstärkarens 11 utgång uppträder således en mätström Il = G1 S1 KZ T du och vid referensförstärkarens 12 utgång uppträder en referensström I2=G2S2K1K3 Enligt en föredragen utföringsform visad i figur 1 ombesörjer en kompa- rator 13 jämförelsen mellan referensströmmen 12 och en refernskonstant R. Dif- ferenssignalen, som avgives av komparatorn 13, användes för att styra den elektriska generatorn 4, att de på varandra följande intensitetsvariationerna i ljuskällan 3 blir sådana, att de verkar på 12 i en sådan riktning, att denna dif- ferens upphäves.

Genom denna återkopplingsslinga som ger: GzSzKlKíglb. =R får man: iå____ G2 S2 Kl K3 ur vilket mätströmmen erhålles: 2 2 1 3 Det inses klart att den av mätförstärkaren 11 avgivna mätströmmen också <1>.= är en informationsström, som är proportionell mot den PTA, som man vill under- söka, och detta oberoende av absoluta avvikelser i källan och cellerna. s 446 774 I utföringsformen visad i figur 2 använder man en delarkrets 14, som utför jäxnförelsen mellan de respektive strömmarna 11 och 12 avgivna av mätför- stärkaren 11 och referensförstärkaren 12. Denna delarkrets 14 avger en spän- ning V, som uttryckes med: G1 S1 KZT du V = K'T GZSZ Kl K3 fb.

Slutligen levererar en strömgenerator 15 en ström I, som är proportionell mot V och oberoende av belastningen, samt uttryckas: I = K"T De här ovan beskrivna anordningarna tillåter en korrigering av fel, som skulle kunna framkallas av avvikelserna i källans 3 och cellernas 8 och 9 karak- terístika.

Emellertid framkallar avvikelserna i källans 3 karakteristika, liksom i det fall, som visas i figur 1, även variationerna i ljusintensiteten, variationer i det utstrålade ljusets spektrum. Men dämpningskoefficienten KB för knippet genom de optiska fibrerna är en funktion av spektrum för det transmitterade ljuset.

Därav kan alltså en felkälla uppkomma, mot vilken det kan vara nödvändigt att skydda sig, när det gäller apparater med stor precision, varvid man använder ett korrekturfilter. Enligt en speciellt fördelaktig utföringsfonn kan man i vägen för det optiska systemet 7 placera ett filter, som har ett spektralt gensvar, som är proportionellt mot det i ljusledaren. Man kan också placera ett sådant filter i vägen för utstrålarens optiska system 5. I stället för att använda ett filter, som har ett spektralt gensvar identiskt med ljusledarens och är placerat mellan käl- lan 3 och cellen 8, kan man använda ett filter som är placerat mellan källan 3 och cellen 9 och har ett spektralt gensvar av sådan art, att i kombination med ljusledarens 10 filter den sammanlagda försvagningen genom ljusledaren och filt- ret bli oberoende av spektrum för ljuset utstrålat av källan 3.

Problemet med nedsmutsningen av skyddsglasen är ofrånkomligt vid appa- raterna för mätning av PTA. Om det tyvärr är omöjligt principiellt beträffande själva mätningen att fullständigt skydda sig, så är det trots allt möjligt att mins- ka effekterna av en sådan nedsmutsning. En klassisk metod består i att använda skyddsskärmar mot regn, som utgör den viktigaste orsaken till smutspartiklarna.

Den geometriska utformningen av sådana skärmar bör göras till föremål för ingå- ende studium.

Claims (1)

1. 446 774 PATENTKRAV Apparat för mätning av den optiska transmissionsförmàgan hos atmosfären, innefattande en elektriskt driven ljuskälla (3), inrättad att utsända ett ljusknippe (6) av modulerad in- tensitet genom atmosfären, en modulerad elektrisk generator (4), anbragt i en stràlare och inrättad att mata ljuskällan med en elektrisk ström för drivning av densamma, en mottagningssta- tion (2), belägen på avstånd fràn nämnda ljuskälla (3) och innefattande en första och en andra detektor (8, 9) för alst- ring av elektriska signaler proportionella mot det ljusflöde, som infaller pà detektorerna från ljuskällan (3), vilka detek- torer (8, 9) uppvisar lika karaktäristik och lángtidsegenska- per, varvid nämnda första detektor (8) utgöres av en mätcell inrättad att mottaga ljusflöde fràn ljuskällan genom atmosfä- ren, en fiberoptisk ljusledare (10) inrättad att tillföra ljus direkt från ljuskällan till nämnda andra detektor, som utgöres av en referenscell, en anordning för alstring av en i huvudsak konstant referenssignal (R), k ä n n e t e c k n a d d ä r - a v, att ljuskällan (3) utgöres av en enda ljuskälla, inrättad att utsända ett enda ljusknippe genom atmosfären, att mätcellen (9) för mottagning av ljusknippet genom atmosfären utgöres av en enda mätcell, att referenscellen utgöres av en enda referens- cell, varvid ljusknippets intensitet styres medelst en kompara- tor (13), inrättad att jämföra signalen från referenscellen med referenssignalen (R), och att avge en utsignal som resultat av nämnda jämförelse, samt att variera den elektriska ström som tillföres medelst nämnda strömgenerator (4) i enlighet med nämnda utsignal pà ett sádan sätt, att skillnaden mellan den av referenscellen alstrade signalen och nämnda referenssignal (R) upphäves. »N .» \fß