Устройство для определения метеорологической дальности видимости

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК Уб 4015 А(51)5 6 01 Я 1/О ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ ЕТЕЛЬСТВУ АВТОРСКОМУ динение"У завод"(54) УСТ МЕТЕОР ДИ МОСТ (57) Исп приборо ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИ 1 ЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТПРИ ГКНТ СССР(56) Заявка ф РГ йв 330983кл. О 01 й 21/59, 6 01 ЧЧ 1Авторское свидетельстВ 1404837, кл, 6 013 1/04Авторское свидетельстМ. 1538157, кл. 6 01 Я 1/О ОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯЛОГИЧЕСКОЙ ДАЛЬНОСТИ ВИИ зование: оптико-электронно оение, метеорология, навига ция. Сущность изобретения: устройство содержит 1 лазер (1), 1 блок управления (2), 1 приемопередающую оптическую систему (3), 1 датчик опорного импульса (4), 1 счетчик (5), 1 генератор счетных импульсов (6), 2 схемы сравнения кодов (7, 8), 2 регистра памяти (9, 10), 1 фотоприемный блок(11), 1 логарифмический усилитель (12), 2 блока памяти (13, 14), 1 схему вычитания (15), 2 цифроаналоговых преобразователя (16, 17), 2 дополнительных логарифмических усилителя (18, 19), 2 сумматора (20, 21), 2 интегратора (22, 23), 2 блока умножения (24, 25), 1 дополнительный аналого-цифровой преобразователь (26), 1 источник эталонного сигнала (27), 2-1-4-5-8-14-20-22-26-25-21-23-25, 1-3-11-12- ф 13-20, 5-7-9-16-18-20, 5-9-15-24-20, 5-10-17- 19 20, 7-13, 12-14, 10-15, 22-24, 27-21. 1 ил.Изобретение относится к оптико-электронному приборостроению и может бытьиспользовано в метеорологии и навигации,Известен прибор для измерения оптической прозрачности по заявке ФРГ М. ОЯ3309838 (МКИ О 01 й 21/59, 6 01 В/ 1/00,1984), содержащий последовательно соединенные источник света и передающую оптическую систему, отражатель, оптическисопряженный с передающей оптической системой, последовательно соединенные при емную оптическую систему, сопряженную сотражателем, фотоприемник и блок электронной обработки.Недостатки известного устройства вытекают из необходимости использования внем отражателя, Такими недостатками являются: громоздкость конструкции, ограниченный диапазон высот применения ипродолжительное время подготовительныхработ, связанное с установкой отражателяи ориентацией приемо-передающего устройства в направлении на отражатель,Известно устройство для определенияпрозрачности оптической среды по авторскому свидетельству СССР М 1404837 (МКИб 01 Л 1/04, 1987), содержащее последовательно соединенные задающий генератор,источник излучения, передающую оптическую систему и два уголковых отражателя,установленные на границах исследуемогоучастка оптической среды, последовательносоединенные приемную оптическую систему, оптически сопряженную с уголковымиотражателями, фотоприемник и коммутатор, к выходам которого подключены дваинтегратора, а также схему деления, подключенную входами к выходам интеграторов, и линию задержки, подключенную куправляющим входам обоих интеграторов,Наличие уголковых отражателей в этомустройстве приводит к громоздкости конструкции, ограниченному диапазону высотприменения, продолжительности подготовительных работ, связанной с установкойотражателей на заданные расстояния и ориентацией приемо-передающего устройствав направлении на отражатели,Известно устройство по авторскомусвидетельству СССР В 1538157 (МКИ 6 01И/ 1/00, 1987), взятое в качестве прототипа,которое содержит нефелометр, анемометр,блок перемножения, два интегратора, компаратор и блок управления. Известное устройство не содержит передающего каналаи служит для приема рассеянного исследуемым участком атмосферы зондирующего излучения, посылаемого некоторымпередатчиком, Для гарантированного приема этого излучения, особенно при слабо 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 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 сопояженный 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 и 10 памяти соответственно, два логарифмические усилители 18 и 19, подключенные к выходу соответствующих цифроаналоговых преобразователей 1617, 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 управ. ления, вырабатывает оптический импульс, который через приемо-передающую оптиче. скую систему 3 излучается в атмосферу. В момент излучения лазера 1 датчик 4 форми. рует опорный импульсв, который обнуляет счетчик 5. Счетные импульсы, выработан ные генератором 6, подаются на счетныйтг тг ический усил 3) к виду ль 12 преобразу ога риф т сигна 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 Рф) для горизонтальной трассы описывается известным выражениемСтиР(О) =Ро Аьх 2 ппр"х Ок ехр ( - 2 я О )/О где Ро - мощность зондирующего импульсного излучения лазера,Авх - площадь входного зрачка приемного устройства, с - скорость света, и - длительность импульса излучения, п, пр - коэффициенты пропускания оптических систем передающей и приемной оптических систем соответственно,сг,а - показатель рассеяния и показатель поглощения лазерного излучения в атмосфере, е = 0 +а- показатель ослабления, к в модуль вектора индикатриссы рассеяния для угла 180", через приемо-передающую оптическую систему 3 поступает на фотоприемное устройство 11, Для горизонтальной трассы показатель ослабления я и показатель рассеяния 0 являются постоянными величинами. Поэтому метеорологическая дальность видимости См, определяемая как расстояние, на котором стандартный наблюдатель, способный воспринимать изображение с некоторым минимальным контрастом Ко, в условиях достаточной освещенности может различить объект, рассчитывается по формуле(2)1- и Обычно контраст Ко задают равным 0,02.В фотоприемном устройстве 11 оптическое излучение преобразуется в электрический сигнал. Учитывая связь текущей дальности Й с воеменем 1т = 20/с, а также интегральную чувствительность у фотоприемного устройства 11, из уравнения (1) можно получить форму сигнала 3(с) на выходе фотоприемного устройства 11: Я ( с ) = 2 Ро 7 ги п 7 п р сг Х- ехр ( - я с 1 ) (3)цифровому коду М 1, а момент времени сг5после излучения оптического импульса со 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 1 пЯ(т) =1 пК - 21 пт - асс (4) Пусть момент времени И после излучения оптического импульса соответствует ответствует цифровому коду Мг. Тогда в момент времени 11 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 с 1, а в блок 13 памяти будет занесен отсчети 3(т 1) = 1 п К - 2 пт 1 - ес Й 1, (5) По истечении некоторого времени цифровой код, сформированный счетчиком 5, будет совпадать с цифровым кодом Мг, В момент совпадения кодов схема 8 вырабатывает импульс сравнения, по которому в регистр 10 заносится цифровой код, соответствующий моменту времени 2, а в блок 14 памяти заносится отсчет:1 пЯ(тг) = 1 и К - 21 пег - ест (6) Нетрудно установить, чтои Я 11 - 1 п Я 12 + 2 п 12 - и 12 сев2 - 11 а 1(7)12 11Цифровые 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 2 - 11, Найденное значение разности поступает на первый вход перемножителя 24, на второй вход которого подается напряжение обратной связи Оос Перемножитель 24 может быть выполнен на цифроаналоговом преобразователе, Выходной сигнал перемножителя 24 в сумматоре 20 сравнивается с напряжением О 1 (числитель выражения (7, в результате чего на его выходе образуется сигналО = О 1 - Оос(12 т 1). (8) Полученный сигнал (8) поступает на ин егратор 22 и управляет напряжением об атной связи Оос таким образом, чтобь1764015 тем, что, с целью повышения точности, оно снабжено датчиком опорного импульса, оптически сопряженным с источником излучения, выполненным в виде лазера с блоком управления, двумя блоками памяти, двумя сумматорами, источником эталонного сигнала, логарифмическим усилителем, вход которого подключен к выходу фотоприемного блока, а выход к информационным вхо 10 дам блоков памяти, последовательно Формула изобретения Устройство для определения метеорологической дальности видимости, содержащее источник излучения, приемопередающую оптическую систему, фотоприемный блок, первый блок умножения и два интегратора, о т л и ч а ю щ е е с я Составитель А, ДунаевТехред М,Моргентал Корректор Н. Ревская Редактор Г, Бельская Заказ 3456 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101 напряжение на выходе сумматора 20 былоравно нулю, В этом случаеО 1 = Оос (С 2 - т 1),и следовательно,Оос =О 112 - 11(9)Сопоставляя выражения (7) и (9), заключаем,чтоОос=СЕ, (1 О)Выработанное напряжение Ооо обратной связи, пропорциональное показателюослабления, в аналого-цифровом преобразователе 26 преобразуется в цифровую форму и поступает на первый входперемножителя 25, на другой вход которогоподается сигнал О;д, Выходной сигнал перемножителя 25 в сумматоре 21 сравниваетсяс эталонным сигналом с п(1/Ко), выработанным источником 27, в результате чего навыходе сумматора 21 образуется сигналОс = сп(1/Ко) - О,с е. (11)Выходной сигнал (11) сумматора 21 поступает на интегратор 23 и управляет напряжением О- таким образом, чтобы напряжение Осна выходе сумматора 21 было равно нулю, Вэтом случаеЬР/Ко) = О Е,и следовательно,Од=п(1 Е;о) е, .то есть совпадает с формулой (2) и означает,что сигнал Од пропорционален метеорологической дальности видимости,В случае необходимости для дополнительного повышения точности измеренияметеорологической дальности видимостиполученные отсчеты могут быть усреднены. 15 20 25 30 35 40 соединенными генератором счетных импульсов и счетчиком, установочный вход которого соединен с выходом датчика опорного импульса, двумя параллельными цепочками последовательно соединенных регистра памяти, цифроаналогового преобразователя и дополнительного логарифмического усилителя, подключенными соответственно к первому и второму входам 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 вычитания, 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 которого соединены с выходами соответствующих блоков памяти, а выход - с входом первого интегратора, выход которого соединен с входом первого блока умножения, последовательно соединенными 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,