SU943624A1 - Измеритель высоты нижней границы облаков - Google Patents

Description

(5) ИЗМЕРИТЕЛЬ ВЫСОТЫ НИЖНЕЙ ГРАНИЦЫ ОБЛАКОВ

1

Изобретение относитс  к метеоро логическому приборостроению и может быть использовано дл  измерени  высоты нижней границы облаков (НГО) и последующего ввода данных о высоте ИГО в различные регистрирующие устройства и автоматические метеостанции .

Известны триангул ционные измерители высоты НГО 1 , в которых с д помощью прожектора с источником модулированного излучени , фотоэлектрического приемника и угломерного устройства определ етс  угол Р встречи прожекторного луча с облаком,15 а, соответственно, и высота НГО по формуле

И Ltgf , (1)

где L - рассто ние между про хектором 20

и приемником.

При этом световой сигнал, поступающий от облака в приемник прибора, воспринимаетс  фоточувствительным

элементом, усиливаетс  усилителем и в момент встречи луча с облаком приводит в действие выходное настроение на определенное пороговое значение принимаемого сигнала реле усилител , которое по линии св зи направл ет в регистрирующее устройство свой сигнал, в соответствии с которым осуществл етс  запись на диаграммной ленте самописца в виде последовательного р да штрихов. При этом принимаетс , что огибающа  записи штрихов снизу характеризует высоту облаков, а длина штрихов позвол ет судить о плотности облаков вблизи ИГО tl.

Недостатком названных приборов  вл етс  низка  точность измерени  высоты НГО,

Claims (2)

1. Наиболее близким к предлагаемому  вл етс  комплекс средств измерений высоты НГО М105 E2j. Такой измеритель высоты НГО содержит разнесенные прожектор и приемное устройство. включакхцее в себ  фоточувствительный элемент, линейный усилитель, по роговый элемент с фиксированным зна чением порогового сигнала и формиро ватель линейных информационных сигналов , с оптическими ос ми в одной вертикальной плоскости, последовательно соединенные генератор стабил ной частоты и синхронный электродви гатель, выход которого подключен к прожектору, и преобразователь, входы которого соединены с прожектором , приемным устройством и генератором стабильной частоты. Выход преобразовател  подключен к регистрирующей аппаратуре: самописцу, имеющему линейную шкалу по высоте и пред ста вл ю|дему результаты измере НИИ в виде записи на диаграммной ле те последовательного р да штрихов, и цифровому индикатору, высвечивающему величину высоты НГО (Ну,) на табло в виде цифры. Известный преоб разователь содержит блок коррекции, с помощью которого результат измерени  Hj,ro представл емый на табло индикатора, соответствует соотношению На.- Н мго- ч п где Н. и Н, - высота положени , соответственно , начала и концы штриха, п - коэффициент делени  делител  блока коррек ции. Наличие такого блока коррекции позвол ет существенно повысить точность измерени  высоты НГО, однако это не охватывает всего круга метео ситуаций, соответствующих различной высоте и структуре ИГО. Во многих случа х точность измерени  остаетс  недостаточно высокой, либодостигаетс  за счет по влени  веро тности пропусков регистрации наличи  облаков , т.е. в ущерб достоверности измерений. Цель изобретени  - повышение точности измерени  высоты НГО. Дл  этого в измерителе высоты НГО, содержащем разнесенные прожектор и приемное устройство, включающ фоточувствительный элемент, линейный усилитель, пороговое устройство и формирователь линейных информацио ных сигналов, а также преобразователь , входы которого соединены с Прожектором, формирователем линейных сигналов приемного устройства и генератором стабильной частоты, пороговое устройство выполнено в виде двух передающих каналов, один из которых состоит из после/1овательно соединенных коммутатора, амплитудндго дискриминатора и формировател  пороговых сигналов, а второй - из коммутатора и компаратора, при этом одни входы коммутаторов подключены к выходу линейного усилител , другие входы коммутаторов св заны с прожектором , компаратор входом подключен к формирователю пороговых сигналов, а выходом - к формирователю линейных информационных сигналов. На чертеже приведена структурна  схема предлагаемого измерител . Измеритель содержит разнесенные ,прожектор 1 с источником модулированного ,импульсного оптического излучени  и приемное устройство 2 с оптическими ос ми в одной вертикальной плоскости, последовательно соединенные генератор 3 стабильной частоты и синхронный электродвигатель 4, выход которого подключен к прожектору 1, и преобразователь 5, входы которого соединены с прожектором , приемным устройством и генератором стабильной частоты. Приемное устройство 2 состоит из последовательно соединенных фоточувствительного элемента 6, линейного усилител  7, узла 8 автоматического формировани  величины порога и формировател  9 линейных информационных сигналов , выход которого соединен с входом преобразовател  5. Узел 8 автоматического формировани  величины порога имеет два передающих канала , одич из которых состоит из последовательно соединенных коммутатора 10 сигналов канала формировани  порога, амплитудного дискриминатора 11 и формировател  12 пороговых сигналов, выход которого соединен с одним входом компаратора 13, а второй - из коммутатора 14 сигналов измерительного канала, выход которого соединен с другим входом компаратора 13, при этом одни входы коммутаторов 10 и k подключены к выходу линейного усилител  J, другие входы коммутаторов 10 и Ц через шифратор 15 хода прожектора соединены с прожектором 1, а выход компаратора 13 подключен к входу формировател  9 линейных информационных сигналов. Предлагаемый измеритель высоты НГО работает следующим образом. Измерительный цикл начинаетс  в момент времени, когда оптическа  ось сканирующего устройства (в данном случае прожектора 1) совпадает к. горизонталью и от него по линии св зи посылаетс  сигнал Пуск, который поступает на вход преобразова тел  5. В процессе последующего сканировани  лучом точка пересечени оптических осей прожектора 1 и приемного устройства 2 перемещаетс  вертикально вверх. Поскольку четкой нижней границы облаков не существует , а есть слой с постепенным переходом от высокой прозрачности под облаком до полной потери вертикальной видимости в облаке, в приемное устройство 2 поступают измен ющиес  с высотой h рассе нные средой импульсные световые сигналы. Эти сигналы воспринимаютс  фоточувствительным элементом 6, преобразуютс  в электрические сигналы, кот6 рые усиливаютс  линейным усилителем 7 и поступают на вход узла 8 автома тического формировани  порога в вид импульсов напр жени  с огибающей Эта функци  возрастает с высотой h в соответствии с возрастанием опт ческой плотности Q (h) при переходе от подоблачной дымки к облаку, достигает максимума n на некоторой - VMOIX высоте HQ и далее убывает из-за ослаблени  луча в плотной среде облака . Уровень с максимальным значением огибающей сигналов U,, соотве ствует стабильной области в зоне НГО, где заканчиваетс  перестройка микроструктуры, т.е. высота Н  вл  етс  тем уровнем, который целесообразно принимать за Н оПри регистрации результатов изме рени  в моменты достижени  сигналам определенного порогового значени  сигнала U фиксируютс  две высоты: Н. И , между которыми значени  сигналов удовлетвор ют неравенству U(li} 7 п Р отсчете формуле (2) при определенном выборе порогового сигнала Up и коэффициента п эта высота достаточно близка к Н , причем погрешность фотометрировани  в довольно широких пределах (до 30% и выше) почти не 46 сказываетс  на результатах отсчета Н, поскольку при этом погрешности измерени  Н и Н j имеют противополож ный знак и взаимно компенсируют друг друга. Однако в зависимости от высоты облаков, структуры в зоне НГО, наличи  замутнений в подоблачном слое абсолютные значени  огибающей U(h) и ее максимального значени  Uhicr могут колебатьс  в значительных пределах. Поэтому дл  надежного обнаружени  облаков во всем заданноА диапазоне БЫСОТ и метеоусловий в приземном слое пороговое значение сигнала должно выбиратьс  достаточно малым. С другой стороны, при малых значени х Up измерение высот Н и Н2 в отдельных случа х (особенно когда огибающа  сигналов имеет относительно боль.шое значение , может производитьс  уже на слишком пологих участках огибающей U(h), где характер асимметрии э.той-функции относительно уровн  Н р может также значительно колебатьс , что приводит к большой погрешности определени  HHTO- Увеличение значени  U в таких случа х повышает точность измерени , но по вл етс  веро тность ложных пропусков (регистрации высоты НГО) при наличии облаков в других случа х, т.е. уменьшаетс  достоверность из- мерений. Высока  точность и достоможет быть верность измерени  Н,, обеспечена путем использовани  веющего порогового сигнала Ц п Упацоги торый находитс  с максимумом бащей в каждом измерительном цикле. Сигналы, поступающие на вход узла 8 автоматического формировани  порога, проход т на коммутатор lA сигналов измерительного канала, по скольку именно этот канал открыт на пр мом ходу прожектора 1 через шифратор 15 хода прожектора. Далее сигналы поступают в компаратор 13, где они сравниваютс  с пороговым сигналом Un, сформированным в предыдущем цикле работы прибора (если .это начало работы прибора, то пр мой ход первого цикла  вл емс  холостым) 8тот момент, когда достигаетс  соотношение U(i) U на выходе компаратора 13 нач инают вырабатыватьс  сигналы, запускающие формирователь 9линейных информационных сигналов, в котором формируютс  сигналы Стоп и посылаютс  по линии св зи на другой вход преобразовател  5. При 7 э этом синхронна  работа прожектора 1 и преобразовател  5 достигаетс  за счет применени  генератора 3 стабил ной частоты, импульсы с выхода которого используютс  дл  формировани счетных импульсов по высоте и преобразователе 5 и дл  питани  синхронного электродвигател  Ц привода сканирующего устройства прожектора 1, а синфазна  работа прожектора 1 и преобразовател  5 достигаетс  за счет посылки в начале измерительного цикла фазирующего импульса от прожектора 1. Сигналы Пуск и Сто пришедшие по линии св зи от прожектора 1 и приемного устройства 2, воздействуют на преобразователь 5. Сигнал Пуск разрешает прохождение импульсов от генератора 3 стабильной частоты в преобразователь 5 ко торые формируютс  в счетные импульсы , следующие из-за нелинейной зави симости (1) с переменной частотой, растущей с увеличением угла у , в число-импульсном коде, что обеспе чивает линейную св зь числа импульсов с высотой Н kN где k - шаг квантовани . В преобразователе формируетс  действительный сигнал Стоп, если в течение заданного промежутка времени задержки в нем накапливаетс  определенное число стоповых сигналов , следующих с временным интервалом , равным периоду зондирукмцих импульсов . По вление действительного Сигнала Стоп соответствует высоте Н . С этого момента вступает в работу блок коррекции преобразовате л  5 под воздействием которого про исходит преобразование (уменьшение) частоты следовани  счетных импульсо в п раз. При достижении высоты Hj начина  с которой U(h) U, прекра щаетс  формирование стоповых сигналов и, соответственно, следование счетных импульсов на выход преобраз вател  5. Таким образом, к числу счетных импульсов N -г--, пришедши на выход преобразовател  5 к моменту по влени  действительного сигнала Стоп, добавл етс  1/2 часть счетных импульсов AN -v... , которые следуют на выход преобразовател  и далее на регистрирующее устройство , отображающее результат измерени  высоты НГО йго MV- k&N Н, -нД (4) 6 конце первой половины измерительного цикла, когда угол места оптической оси прожектора 1 приближаетс  к 90, через шифратор 15 хода прожектора на второй вход коммутатора 1 сигналов измерительного канала подаетс  сигнал, запирающий этот канал, а на второй вход коммутатора 10 сигналов,канала формировани  порога - сигнал, открывающий канал формировани  порога и осуществл ющий по цепи элементов этого канала сброс порогового сигнала, сформированного в предыдущем цикле измерени . Вследствие этого на обрат ном ходу луча прожектора 1 при изменении места оптической оси от 90 до о с выхода усилител  7 сигналы поступают на вход коммутатора 10 сигналов канала формировани  порога и проход т через него на вход амплитудного дискриминатора 11. В нем производитс  анализ огибающей U(h), вырабатываетс  сигнал, соответствующий максимальному в данном цикле измерени  значению этой функции , (точнее - значению наибольшего импульса напр жени ), который поступает на вход формировател  12 пороговых сигналов, где дл  следующего цикла измерени  формируетс  пороговый сигнал U и поступает на вход компаратора 13. Этот процесс заканчиваетс  к моменту достижени  оптической осью прожектора 1 горизонтального положени , с которого начинаетс  новый измерительный цикл. Реализаци  изобретени  позвол ет повысить точность и достоверность измерени  высоты НГО, что непосредственно св зано с обеспечением безопасности полетов воздушных судов . Кроме того, такой метод измерени  названного параметра снижает требовани  к стабильности приемопередающего тракта прибора (состо нию оптических поверхностей, частоте и точности градуировки фотометрической цепи, увеличению срока использовани  излучател  и т.п.), что упрощает использование и обслуживание приборов в местах эксплуатации и может дать определенный экономичес- , кий эффект. Формула изобретени  Измеритель высоты нижней границы облаков, содержащий разнесенные про жектор и приемный блок с последовательно включенными фоточувствительным элементом, линейным усилителем, пороговым устройством и формирователем линейных сигналов, а также преобразователь, входы которого соединены с прожектором, формирователем линейных сигналов приемного устройства и генератором стабильной частоты, отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности измерений, в нем пороговое устройство выполнено в виде двух каналов , один из которых содержит коммутатор , амплитудный дискриминатор и формирователь пороговых сигналов, а второй - коммутатор и компаратор, при этом первые входы коммутаторов 5 4 подключены к выходу линейного усилител , вторые - св заны с прожектором, а компаратор входом подключен к формирователю пороговых сигналов, а выходом - к.формирователю линейных сигналов. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.Божевиков И.С., ШестопаловЛ.Ау Прожекторные тригонометрические измерители высоты нижней границы облаков ВНГО). Обзор. Ин формациониые материалы по гидрометприборам и методам наблюдений. Сб. 32, 19б7, Гидроме-теоиздат , с. 12-21.
2. 2.Комплекс средств измерений ВНГО М105. Техническое описание. Госкомитет СССР по гидрометеороло1гии и контролю природной среды. АЖН2.787.006 ТО.1978.