ДАТЧИК ВЫСОТЫ ОБЛАКОВ

Полезная модель относится к области оптикоэлектроники и может быть использована в метеоприборах при определении расстояний от земли до облаков.
Известны различные конструкции датчиков высоты облаков, именуемых еще светодальномерами. Однако в работе этих датчиков заложен один и тот же принцип - измерение суммарного времени прохождения светового сигнала до изучаемого объекта и отраженного от объекта светового сигнала, обработку этого параметра с помощью электронных средств и вынесение суждения на основании полученных данных.
Известен датчик высоты облаков, в котором визирная и приемопередающая оптические системы (раздельные или коаксиальные) закреплены в корпусе, установленном на горизонтальной оси вращения U образной опоры, которая с помощью вертикальной оси вращения соединена с подставкой. Подставка снабжена подъемными винтами, устройством крепления к штативу и встроенным оптическим отвесом для центрирования прибора над маркой. На опоре находятся наводящие винты и уровень, установленный в плоскости ортогональной вертикальной оси вращения опоры. (Плотников B.C. Геодезические приборы. М.: Недра, 1987, с.262-277).
Наиболее близким к предлагаемому является датчик высоты облаков, описанный в авторском свидетельстве SU №124645, 1968 г., включающий раздельно выполненные два основных узла - передатчик световых сигналов
(прожектор), содержащий импульсную лампу и параболический отражатель, установленные на кардановом подвесе, и приемник отраженных сигналов, содержащий фотоприемник и параболический отражатель, также установленные на кардановом подвесе, и измерительно-управляющий блок. Принцип работы этого прибора основан на измерении времени прохождения светового импульса от излучателя (передатчика) до нижней границы облака и обратно до приемника. Полученный временной интервал преобразуется далее в цифровой код и в значение высоты границы облака.
В указанном источнике кардановый подвес выполнен самоюстирующимся под влиянием силы тяжести оптических систем. Точность самоюстировки составляет ±10%. т.е. ±9°. Согласно известному документу применение самоюстирующихся кардановых подвесов устраняет необходимость юстировки аппаратуры при ее развертывании или при оседаниях грунта.
Однако такое выполнение самоюстирующегося карданового подвеса не может обеспечивать достаточно точную балансировку и требует значительного времени для правильной установки датчика, а также дополнительной юстировки импульсной лампы и фотоприемника в фокусе параболического отражателя.
Задачей полезной модели является повышение надежности и уменьшение времени юстировки прибора.
Технический результат, обусловленный поставленной задачей, достигается тем, что в известном датчике высоты облаков, включающем выполненные в раздельных корпусах передатчик световых сигналов, содержащий импульсную лампу и параболический отражатель, установленные на кардановом подвесе, приемник отраженных сигналов,
содержащий фотоприемник и параболический отражатель, также установленные на кардановом подвесе, и измерительно-управляющий блок, дополнительно каждый кардановый подвес выполнен в виде двух коаксиальных колец, одно из которых внутреннее установлено во внешнем кольце, а внешнее - в корпусе соответствующего узла датчика, каждое из колец установлено с возможностью свободного качания на двух опорах, при этом оси обоих колец, проходящие через опоры, взаимно перпендикулярны, к внутреннему кольцу с помощью жестко закрепленных тяг фиксирована оправа параболического отражателя, импульсная лампа и фотоприемник размещены на оправе соответствующего параболического отражателя в регулировочном механизме, а с противоположной стороны от места их крепления на оправе параболического отражателя расположены 10-15 грузов весом по 200-300 грамм каждый. Регулировочный механизм содержит корпус, основание квадратного сечения с двумя парами направляющих на противоположных сторонах основания, две пары ползунов с возможностью их движения по направляющим по двум взаимоперпендикулярным координатам и цилиндрический ползун внутри основания с возможностью его движения по третьей взаимоперпендикулярной координате с помощью микрометрических винтов.
Устройство поясняется следующими фигурами чертежа:
Фиг.1 - схема конструкции датчика высоты облаков;
Фиг.2 - схема крепления внешнего кольца карданового подвеса;
Фиг.3 - схема конструкции регулировочного механизма;
Фиг.4 - разрез регулировочного механизма.
Конструктивно датчик состоит из передатчика световых импульсов, отдельно расположенного приемника отраженных сигналов и измерительно-управляющего блока (на чертеже не показан). Передатчик
и приемник выполнены идентично (фиг.1, 2) в виде цилиндрического или квадратного сечения корпуса 1, в котором установлены либо импульсная лампа, либо фотоприемник 2. Они установлены в фокусе параболического отражателя 3 и закреплены в кольцевой оправе 4. Параболические отражатели свободно подвешены в корпусе с помощью карданового подвеса, выполненного в виде двух коаксиальных колец - внутреннего 5 и внешнего 6, соединенных между собой парой опор в подшипниках 7, при этом внешнее кольцо 6 установлено в корпусе 1 на двух опорах в подшипниках 8. Оси этих двух пар опор взаимоперпендикулярны, а кольца могут свободно на них качаться. На внутреннем кольце 5 крепятся с помощью четырех тяг 9 за оправы 4 соответствующие параболические отражатели. На оправе 4 закреплены в регулировочном механизме либо импульсная лампа, либо фотоприемник, а с противоположной стороны - 10-15 грузов 10 в виде цилиндриков или параллелепипедов весом по 200-300 г каждый. Суммарный вес грузов примерно равен весу регулировочного механизма с импульсной лампой (или с фотоприемником и фотоусилителем), а их расположение и вес подбираются экспериментально. Лампа и фотоприемник имеют возможность подъюстировываться в фокусе с помощью регулировочного механизма 11, размещенного на оправе 4. Регулировочный механизм 11 (фиг.3 и 4) содержит корпус 12, основание квадратного сечения 13 с двумя парами направляющих 14 типа «ласточкиного хвоста» на противоположных сторонах основания, две пары ползунов 15 с возможностью их движения по направляющим 14 по двум взаимоперпендикулярным координатам и цилиндрический ползун 16 внутри основания с возможностью его движения по третьей взаимоперпендикулярной координате с помощью микрометрических винтов 17.
Работает датчик высоты облаков аналогично прототипу. Приемник и передатчик устанавливают на грунт с помощью опор на расстоянии 10-12 м друг от друга, подключают измерительно-управляющий блок и электропитание, проверяют правильность юстировки приемника и передатчика. Примененная конструкция карданового подвеса обеспечивает горизонтальное расположение параболических отражателей и угол самоюстировки не более 6° в течение 10-15 мин. В случае необходимости подъюстировывают расположение импульсной лампы и фотоприемника точно в фокусе отражателей. Затем дают команду на запуск лампы, настраивают фотоприемник на прием отраженного сигнала и производят измерение высоты облаков, отображая результаты в цифровом виде. Пределы измерения высоты - 15-2000 м.
Изготовленный согласно предложенной конструкции датчик высоты облаков показал надежную и быструю юстировку как передатчика, так и приемника. Наличие грузов создает противовес импульсной лампе и фотоприемнику и обеспечивает устойчивость положения параболического отражателя. Точность юстировки параболических отражателей повышена с 9° до 6°, время юстировки уменьшено на 30%, подъюстировка лампы и фотоприемника в фокусе отражателей также не занимает много времени.