SU1764015A1

SU1764015A1 - Устройство дл определени метеорологической дальности видимости

Info

Publication number: SU1764015A1
Application number: SU904863156A
Authority: SU
Inventors: Александр Сергеевич Дунаев
Original assignee: Производственное объединение "Уральский оптико-механический завод"
Priority date: 1990-08-31
Filing date: 1990-08-31
Publication date: 1992-09-23

Description

Изобретение относится к оптико-электронному приборостроению и может быть использовано в метеорологии и навигации.

Известен прибор для измерения оптической прозрачности по заявке ФРГ № OS 3309838 (МКИ Q 01 N 21/59, G 01 W 1/00, 1984), содержащий последовательно соединенные источник света и передающую оптическую систему, отражатель, оптически сопряженный с передающей оптической системой, последовательно соединенные приемную оптическую систему, сопряженную с отражателем, фотоприемник и блок электронной обработки.

Недостатки известного устройства вытекают из необходимости использования в нем отражателя. Такими недостатками являются: громоздкость конструкции, ограниченный диапазон высот применения и продолжительное время подготовительных работ, связанное с установкой отражателя и ориентацией приемо-передающего устройства в направлении на отражатель.

Известно устройство для определения прозрачности оптической среды по авторскому свидетельству СССР № 1404837 (МКИ G 01 J 1/04, 1987), содержащее последовательно соединенные задающий генератор, источник излучения, передающую оптическую систему и два уголковых отражателя, установленные на границах исследуемого участка оптической среды, последовательно соединенные приемную оптическую систему, оптически сопряженную с уголковыми отражателями, фотоприемник и коммутатор, к выходам которого подключены два интегратора, а также схему деления, подключенную входами к выходам интеграторов, и линию задержки, подключенную к управляющим входам обоих интеграторов.

Наличие уголковых отражателей в этом устройстве приводит к громоздкости конструкции, ограниченному диапазону высот применения, продолжительности подготовительных работ, связанной с установкой отражателей на заданные расстояния и ориентацией приемо-передающего устройства в направлении на отражатели.

Известно устройство по авторскому свидетельству СССР № 1538157 (МКИ G 01 W 1/00, 1987), взятое в качестве прототипа, которое содержит нефелометр, анемометр, блок перемножения, два интегратора, компаратор и блок управления. Известное устройство не содержит передающего канала и служит для приема рассеянного исследуемым участком атмосферы зондирующего излучения, посылаемого некоторым передатчиком. Для гарантированного приема этого излучения, особенно при слабо замутненной атмосфере, известное устройство должно быть ориентировано в направлении на передатчик. Отсюда следует, что одним из недостатков прототипа является ограниченный диапазон высот его применения и продолжительность подготовительных работ, связанная с ориентацией устройства в направлении на передатчик. Другим существенным недостатком прототипа является невысокая точность измерения метеорологической дальности видимости, а также невозможность измерения этого параметра при отсутствии ветра.

Цель изобретения состоит в повышении точности измерения метеорологической дальности видимости, расширении диапазона высот применения и сокращении подготовительных работ.

Сущность изобретения поясняется чертежем, на котором представлена блок-схема устройства.

Устройство содержит источник излучения, выполненный в виде лазера 1 с блоком управления 2, приемо-передающую оптическую систему 3, датчик 4 опорного импульса, оптически сопряженный с лазером 1, счетчик 5, установочный вход которого соединен с выходом датчика 4 опорного импульса, генератор 6 счетных импульсов, запускающий счетчик 5, две схемы 7 и 8 сравнения кодов, два регистра 9 и 10 памяти, фотоприемное устройство 11, оптически сопряженное с приемной оптической системой, логарифмический усилитель 12, преобразующий выходной сигнал фотоприемного устройства 11, два блока 13 и 14 памяти, запоминающие в заданные моменты времени выходной сигнал логарифмического усилителя 12, схему 15 вычитания, два цифроаналоговых преобразователя 16 и 17 преобразующие выходные сигналы регистров 9 и10 памяти соответственно, два логарифмические усилители 18 и 19, подключенные к выходу соответствующих цифроаналоговых преобразователей 16 и 17, два сумматора 20 и 21, два интегратора 22 и 23, два перемножителя 24 и 25, аналого-цифровой преобразователь 26 и источник 27 эталонного сигнала.

Устройство работает следующим образом.

Лазер 1 под воздействием импульса поджига, сформированного в блоке 2 управления, вырабатывает оптический импульс, который через приемо-передающую оптическую систему 3 излучается в атмосферу. В момент излучения лазера 1 датчик 4 формирует опорный импульсв, который обнуляет счетчик 5. Счетные импульсы, выработанные генератором 6, подаются на счетный вход счетчика 5 и изменяют его состояние. Текущий цифровой код, выработанный счетчиком 5 и несущий информацию о времени с момента излучения лазером 1 оптического излучения, одновременно подается на две схемы 7 и 8 сравнения кодов и на два регистра 9 и 10 памяти.

Оптическое излучение обратного рассеяния, мощность которого P(D) для горизонтальной трассы описывается известным выражением

С т

Р ( D ) = Р_о * Аьх —^v x σκ exp (-2 εϋ )/D², где Ро - мощность зондирующего импульсного излучения лазера,

А_Вх - площадь входного зрачка приемного устройства, с - скорость света,

- длительность импульса излучения, η_η , ?/пр - коэффициенты пропускания оптических систем передающей и приемной оптических систем соответственно, σ, а - показатель рассеяния и показатель поглощения лазерного излучения в атмосфере, ε = а + а - показатель ослабления, к-модуль вектора индикатриссы рассеяния для угла 180^и, через приемо-передающую оптическую систему 3 поступает на фотоприемное устройство 11. Для горизонтальной трассы показатель ослабления ε и показатель рассеяния σ являются постоянными величинами. Поэтому метеорологическая дальность видимости D_M, определяемая как расстояние, на котором стандартный наблюдатель, способный воспринимать изображение с некоторым минимальным контрастом К_о, в условиях достаточной освещенности может различить объект, рассчитывается по формуле

Обычно контраст К_о задают равным 0,02.

В фотоприемном устройстве 11 оптическое излучение преобразуется в электрический сигнал. Учитывая связь текущей дальности D с временем t t = 2D/c, а также интегральную чувствительность γ фотоприемного устройства 11, из уравнения (1) можно получить форму сигнала S(t) на выходе фотоприемного устройства 11:

S (t) = 2 Р_о η» ??_Пр > .ex£.L- ect).₌ К _{ех С1)} . (3) ct t

Логарифмический усилитель 12 преобразует сигнал (3) к виду lnS(t) = J η К - 2lnt - Ect (4)

Пусть момент времени tt после излучения оптического импульса соответствует цифровому коду N-I, а момент времени t2 после излучения оптического импульса соответствует цифровому коду N2. Тогда в момент времени ti схема 7 вырабатывает импульс сравнения, поступающий одновременно на управляющие входы регистра 9 и блока 13 памяти. По этому сигналу в регистр 9 запишется цифровой код, соответствующий моменту времени ti, а в блок 13 памяти будет занесен отсчет

InS(ti) = InK - 2lnti - £c/ti. (5)

По истечении некоторого времени цифровой код, сформированный счетчиком 5, будет совпадать с цифровым кодом N2. В момент совпадения кодов схема 8 вырабатывает импульс сравнения, по которому в регистр 10 заносится цифровой код, соответствующий моменту времени t2, а в блок 14 памяти заносится отсчет:

lnS(t2) = InK - 2lnt2 - гстг (6)

Нетрудно установить, что ___In S (t1 ) - In ( S (t2 ) + 2 (In ΐ2 - In t2 ) _ ^C t2~t1

Цифровые коды, снимаемые с регистров 9 и 10, в цифроаналоговых преобразователях 16 и 17 преобразуются в аналоговые сигналы, которые затем поступают в логарифмические усилители 18 и 19 соответственно. Коэффициенты усиления этих усилителей в два раза больше коэффициента усиления логарифмического усилителя 12. Сигналы, сформированные логарифмическими усилителями 18 и 19, вместе с сигналами, содержащимися в блоках 13 и 14 памяти, поступают на сумматор 20, где определяется их алгебраическая схема в соответствии с числителем выражения (7). Одновременно с этим цифровые коды, снимаемые с регистров 9 и 10, поступают на схему 15 вычитания, где вычисляется их разность t2 - ΐι. Найденное значение разности поступает на первый вход перемножителя 24, на второй вход которого подается напряжение обратной связи Uoc. Перемножитель 24 может быть выполнен на цифроаналоговом преобразователе. Выходной сигнал перемножителя 24 в сумматоре 20 сравнивается с напряжением Ui (числитель выражения (7)), в результате чего на его выходе образуется сигнал

U^=Ui-Uoc(t2-ti). (8)

Полученный сигнал (8) поступает на интегратор 22 и управляет напряжением обратной связи Uoc таким образом, чтобы напряжение на выходе сумматора 20 было равно нулю, В этом случае

Ul = U ос (t2 - tl), и следовательно,

Сопоставляя выражения (7) и (9), заключаем, что

Uoc ⁼ С £ · (10)

Выработанное напряжение Uoc обратной связи, пропорциональное показателю ослабления, в аналого-цифровом преобразователе 26 преобразуется в цифровую форму и поступает на первый вход перемножителя 25, на другой вход которого подается сигнал U-o. Выходной сигнал перемножителя 25 в сумматоре 21 сравнивается с эталонным сигналом с Iп(1 /К_о), выработанным источником 27, в результате чего на выходе сумматора 21 образуется сигнал ' Uc = cln(1/K₀)-U_£;c£. (11)

Выходной сигнал (11)сумматора 21 поступает на интегратор 23 и управляет напряжением Lt таким образом, чтобы напряжение Uc на выходе сумматора 21 было равно нулю. В этом случае

1п(1/Ко) = Uj_,'ε, и следовательно, ид = ln(1 ZD о) ε, то есть совпадает с формулой (2) и означает, что сигнал пропорционален метеорологической дальности видимости.

В случае необходимости для дополнительного повышения точности измерения метеорологической дальности видимости полученные отсчеты могут быть усреднены.

Claims

Формула изобретения

Устройство для определения метеорологической дальности видимости, содержащее источник излучения, 'приемопередающую оптическую систему, фотоприемный блок, первый блок умножения и два интегратора, отличающееся тем, что, с целью повышения точности, оно снабжено датчиком опорного импульса, оптически сопряженным с источником излучения, выполненным в виде лазера с блоком 5 управления, двумя блоками памяти, двумя сумматорами, источником эталонного сигнала, логарифмическим усилителем, вход которого подключен к выходу фотоприемного блока, а выход к информационным вхо10 дам блоков памяти, последовательно соединенными генератором счетных импульсов и счетчиком, установочный вход которого соединен с выходом датчика опорного импульса, двумя параллельными 15 цепочками последовательно соединенных регистра памяти, цифроаналогового преобразователя и дополнительного логарифмического усилителя, подключенными соответственно к первому и второму входам 20 первого сумматора, двумя схемами сравнения кодов, вход каждой из которых подключен к выходу счетчика, а выход - к управляющим входам соответствующего блока памяти и регистра памяти, схемой вы25 читания, два входа которой подключены к выходам регистров памяти, а выход - к первому входу первого блока умножения, выход которого подключен к третьему входу первого сумматора, четвертый и пятый входы 30 которого соединены с выходами соответствующих блоков памяти, а выход - с входом первого интегратора, выход которого соединен с входом первого блока умножения, последовательно соединенными

35 аналого-цифровым преобразователем, вход которого соединен с выходом первого интегратора, вторым блоком умножения и вторым сумматором, второй вход которого соединен с источником эталонного сигнала, а выход - с входом второго интегратора, подключенного к второму входу второго блока умножения, причем информационные входы регистров памяти подключены к выходу счетчика.

Составитель А. Дунаев Редактор Г. Бельская Техред М.Моргентал Корректор Н. Ревская

Заказ 3456 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат Патент”, г. Ужгород, ул.Гагарина, 101