Импульсный фотометр

ИМПУЛЬСНЫЙ ФОТОМЕТР
Предлагаемая полезная модель относится к приборостроению, а именно к технике измерения фотометрических параметров и может найти применение на аэродромах для измерения оптических характеристик атмосферы при определении видимости световых ориентиров взлетнопосадочной полосы (ВГШ) в ходе метеорологического обеспечения действий авиации на аэродроме.
В настоящее время видимость ориентиров ВГШ в светлую часть суток определяют по результатам измерения прозрачности атмосферы с последующим пересчетом коэффициента светопропускания Т в значение метеорологической дальности видимости по формуле Кошмидера 1. В темную часть суток несамосветящиеся ориентиры визуально не могут быть обнаружены даже при хорошей прозрачности атмосферы. Ориентирами ВПП в темное время суток являются огни высокой интенсивности (ОВИ). Кроме коэффициента светопропускания Т необходимы данные о яркости окружающего фона. В этом случае используется формула Аллара 1.
Коэффициент светопропускания на аэродроме измеряют с помощью трансмиссометров - базисных фотометров, содержащих источник излучения и приемник света, оптически связанные через измеряемую среду, пространственно ограниченную длиной измерительной
базы В. Яркость окружающего фона измеряют яркомерами, которые устанавливают в непосредственной близости к ВГШ и ориентируют на северную часть неба.
Для вычисления дальности видимости огней ВПП используют формулы:
/V (
LgE  0,887 lgL-6,95
где: Е - порог световой чувствительности глаза; L - яркость по данным яркомера (кд/м); Т - прозрачность атмосферы по данным трансмиссометра
(О...100%)
В - длина измерительной базы прибора; R - дальность видимости огней ВПП;
I - сила света огней ВГШ (обычно используются три ступени яркости.
Величины I (сила света огней ВПП) и R (дальность их видимости) в формуле (1) функционально взаимосвязаны, поэтому для определения R используют алгоритмы итерации. (2); ч
является его сложность и связанная с этим большая стоимость. Примером может служить комплект аппаратуры, описанный в 2. Кроме того, для вычисления R необходимо ввести (вручную) в вычислитель значение I, что не обеспечивает требуемый уровень автоматизации наблюдений за видимостью на аэродроме. Без введения в вычислитель значения I характер информации на выходе описанного комплекта аппаратуры оказывается незавершенным, автономность его работы в темное время суток не обеспечивается. Наиболее близким по технической сущности к заявляемому техническому решению является импульсный фотометр 3, содержащий, импульсный источник света с объективом, отражатель, оптически связанный через измеряемую среду с расположенными по ходу оптического луча защитным стеклом,приемным зеркалом, светоделительной пластиной, первым фотопреобразователем с полевой диафрагмой, расположенным в фокальной плоскости приемного зеркала и вторым фотопреобразователем с полевой диафрагмой, который установлен между приемным зеркалом и светоделительной пластиной в отраженной фокальной плоскости приемного зеркала, выходы первого и второго фотопреобразователей соединены с первым и вторым входами блока обработки измерительной информации соответственно, выход которого подключен к индикатору яркости огней взлетно-посадочной полосы (ВПП). v Импульсный фотометр дополнен индикатором метеорологической дальности видимости и индикатором дальности видимости огней взлетнопосадочной полосы (ВПП), блок обработки измерительной информации содержит хронизатор, преобразователь амплитудных значений, три логарифмическихпреобразователя,обратно-логарифмический преобразователь, масштабный усилитель, вычислитель-сумматор, сравнивающее устройство, переключатель и источник опорного напряжения, при этом первый вход преобразователя амплитудных значений является первым входом блока обработки измерительной информации и связан с выходом первого фотопреобразователя, первый вход первого логарифмического преобразователя является вторым входом блока обработки измерительной информации и соединен с выходом второго фотопреобразователя, при этом хронизатор, преобразователь амплитудных значений, второй логарифмический преобразователь, масштабный усилитель, вычислитель-сумматор и сравнивающее устройство соединены последовательно, второй выход преобразователя амплитудных значений подключен к обратно-логарифмическому преобразователю, выход которого является первым выходом блока обработки измерительной информации, и связан с индикатором метеорологической дальности видимости, второй выход хронизатора является вторым выходом блока обработки измерительной информации и подключен к импульсному источнику света, третий выход хронизатора соединен с вторым входом логарифмического преобразователя, выход  / 6 /fC
U)o;L e-ffo которого связан с входом вычислителя-сумматора, выход последнего является третьим выходом блока обработки измерительной информации и соединен с индикатором яркости огней ВПП, выход сравнивающего устройства через переключатель и третий логарифмический преобразователь подключен к третьему входу вычислителя-сумматора, управляющий вход масщтабного усилителя соединен с входом третьего логарифмического преобразователя и является четвертым выходом блока обработки измерительной информации, который соединен с индикатором дальности видимости огней ВПП, второй вход переключателя связан с источником опорного напряжения, второй вход сравнивающего устройства является третьим входом блока обработки измерительной информации. Педостатком известного устройстваявляется неполная автономность обработки измерительной информации, поскольку для получения результата на индикаторе дальности видимости огней ВПП необходимо получить информацию от диспетчера о включенной ступени яркости огней на третьем входе блока обработки измерительной информации. Эта информация может быть введена только вручную. Основной задачей, на решение которой направлена полезная модель, является обеспечение автономности устройства и завершенности получаемой информации. Для решения поставленной задачи предложен импульсный фотометр, который как и прототип, содержит импульсный источник света с объективом, отражатель, оптически связанный через измеряемую среду с
расположенными по ходу оптического луча защитным стеклом, приемным зеркалом, светоделительной пластиной, первым фотопреобразователем с полевой диафрагмой, расположенным в фокальной плоскости приемного зеркала и вторым фотопреобразователем с полевой диафрагмой, который установлен между приемным зеркалом и светоделительной пластиной в отраженной фокальной плоскости приемного зеркала, выходы первого и второго фотопреобразователей соединены с первым и вторым входами блока обработки измерительной информации соответственно, выход которого подключен к индикатору яркости огней взлетно-посадочной полосы и содержащего хронизатор, преобразователь амплитудных значений,три логарифмических преобразователя, обратнологарифмический преобразователь, масштабный усилитель, вычислительсумматор, сравнивающее устройство, переключатель и источник опорного напряжения, первый вход преобразователя амплитудных значений является первым входом блока обработки измерительной информации и связан с выходом первого фотопреобразователя, вход первого логарифмического преобразователя является вторым входом блока обработки измерительной информации и соединен с выходом второго фотопреобразователя, при этом хронизатор,преобразователь
амплитудных значений, второй логарифмический преобразователь, масштабный усилитель, вычислитель-сумматор и сравнивающее устройство соединены последовательно, второй выход преобразователя амплитудных значений подключен к обратно-логарифмическому
преобразователю, выход которого является первым выходом блока обработки измерительной информации, второй выход хронизатора является вторым выходом блока обработки измерительной информации и подключен к импульсному источнику света, третий выход хронизатора соединен с вторым входом логарифмического преобразователя, выход которого связан с входом вычислителя-сумматора, выход последнего является третьим выходом блока обработки измерительной информации, выход сравнивающего устройства через переключатель и третий логарифмический преобразователь подключен к третьему входу вычислителя-сумматора, управляющий вход масштабного усилителя соединен с входом третьего логарифмического преобразователя и является четвертым выходом блока обработки измерительной информации, второй вход переключателя связан с источником опорного напряжения, второй вход сравнивающего устройства связан третьим входом блока обработки измерительной информации.
В отличие от прототипа в импульсный фотометр дополнительно введены блок логической обработки информации и схема ИЛИ, при этом один из входов блока логической обработки измерительной информации связан с выходом обратного логарифмического преобразователя, другой его вход связан с выходом переключателя, а третий его вход связан с выходом вычислителя-сумматора, при этом один из его выходов связан с индикатором яркости огней взлетно-посадочной полосы (ВГШ), а другой его выход соединен с первым входом схемы ИЛИ. Сущность полезной модели заключается в том, что, благодаря введения блока логической обработки измерительной информации и схемы ИЛИ, достигнута автономность устройства и завершенность получаемой информации о дальности видимости огней ВПП, поскольку нет необходимости вводить вручную информацию о включенной ступени яркости огней ВПП. Сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором на фиг.1 - изображена схема предлагаемого импульсного фотометра. Импульсный фотометр содержит импульсный источник света 1 с объективом 2, отражатель 3, оптически связанный через измеряемую среду 4 с расположенным по ходу оптического луча защитным стеклом 5, приемным зеркалом 6, светоделительной пластиной 7, первым 8 и вторым 9 фотопреобразователями, установленными в фокальных плоскостях приемного зеркала 6. Фотопреобразователи 8 и 9 снабжены полевыми диафрагмами Д1 и Д2. Выходы первого 8 и второго 9 фотопреобразователей соединены с первым и вторым входами блока обработки измерительной информации 10 соответственно. Блок обработки измерительной информации 10 содержит хронизатор 11, преобразователь амплитудных значений 12, три логарифмические преобразователи 13, 14 и 15, обратно-логарифмический преобразователь 16, масштабный усилитель 17, вычислитель-сумматор 18, сравнивающее устройство 19, переключатель 20 и источник опорного напряжения 21, индикатор яркости
огней взлетно-посадочной нолосы (ВПП) 22, блок логической обработки измерительной информации 23 и схему ИЛИ 24.
Первый вход преобразователя амплитудных значений 12 является первым входом блока обработки измерительной информации 10 и связан с выходом первого фотопреобразователя 8. Первый вход первого логарифмического преобразователя 13 является вторым входом блока обработки измерительной информации 10 и соединен с выходом второго фотопреобразователя 9. Хронизатор 11, преобразователь амплитудных значений 12, второй логарифмический преобразователь 14, масштабный усилитель 17, вычислитель-сумматор 18 и сравнивающее устройство 19 соединены последовательно. Второй выход преобразователя амплитудных значений 12 подключен к обратно-логарифмическому преобразователю 16, выход которого является первым выходом блока обработки измерительной информации 10 и связан с входом S блока логической обработки измерительной информации.
Второй выход хронизатора 11 является вторым выходом блока обработки измерительной информации 10 и подключен к импульсному источнику света 1. Третий выход хронизатора 11 соединен с вторым входом первого логарифмического преобразователя 13, выход которого связан с вторым входом вычислителя-сумматора 18, выход последнего является третьим выходом блока обработки измерительной информации 10 и соединен с входом Igl блока логической обработки измерительной информации 23. Выход сравнивающего устройства 19 через
К
уо 9
переключатель 20 и третий логарифмический преобразователь 15 подключеп к третьему входу вычислителя-сумматора 18.
Управляющий вход масштабного усилителя 17 соединен с входом логарифмического преобразователя 15 и является четвертым выходом блока обработки измерительной информации 10. Второй вход переключателя 20 соединен с источником опорного напряжения 21. Второй вход сравнивающего устройства 19 связан третьим входом блока обработки измерительной информации 10 через схему ИЛИ 24.
Одним своим входом блок логической обработки измерительной информации 23 связан с выходом обратного логарифмического прреобразователя 16, другим входом связан с выходом переключателя 20, а третьим входом связан с выходом вычислителя-сумматора 18, а один из его выходов связан с индикатором яркости огней ВПП 22, а другой его выход соединен с первым входом схемы ИЛИ 24.
Устройство работает следующим образом.
Световой пучок от импульсного источника света 1, проходя через объектив 5, формируется в узкий направленный пучок света, который проходит через защитное стекло 4, измеряемую среду 3 с расстоянием 100 м до отражателя 2, отражается от него, снова проходит измеряемую среду 3, защитное стекло 4 и попадает на приемное зеркало 6.
Через светоделительную пластину 7 и полевую диафрагму Д1 световые импульсы поступают на первый фотопреобразователь 8. Площадь полевой диафрагмы Д1 первого фотопреобразователя 8 достаточно мала, чтобы не воспринимать фоновое излучение. Напротив,
полевая диафрагма Д2 второго фотопреоразователя 9 достаточно велика, чтобы уверенно регистрировать яркость фона, на котором проецируется отражатель 2. По принятой схеме таких приборов отражатель 2 устанавливается на высоте 5 метров над поверхностью земли, а блок приемоизлучателя на высоте 2 метра. Поэтому отражатель 2 проецируется на фоне неба у горизонта, что удовлетворяет требованиям методики измерения яркости фона на аэроэдроме.
Блок обработки измерительной информации 10 преобразует электрические импульсы на выходе первого фотопреобразователя 8 с помощью преобразователя амплитудных значений 12 в постоянный ток, который пропорционален коэффициенту светопропускания среды Т.
Этот сигнал поступает на обратно-логарифмический преобразователь 16, с выхода которого, являющегося первым выходом блока обработки измерительной информации 10, сигнал в виде электрических импульсов, частота которых прямопропорциональна значению метеорологической дальности видимости поступает на вход S блока логической обработки измерительной информации 23.
Хронизатор 11 вырабатывает импульсы для управления работой импульсного источника света 1 и преобразователей 13 и 16. С этой целью преобразователь амплитудных значений 12 выполнен с управляющим входом и включается только на время действия светового импульса. Первый логарифмический преобразователь 13 снабжен электронным
0 -fMf O
11
КЛЮЧОМ, блокирующим его вход на время действия светового импульса. Сигнал ностоянного тока, пропорциональный коэффициенту светопропускания среды (Т) с выхода преобразователя амплитудных значений 12 поступает через второй логарифмический преобразователь 14 и масштабный усилитель 17 на первый вход вычислителя-сумматора 18. Сигнал постоянного тока, пропорциональный яркости фона, поступает с выхода второго фотопреобразователя 9 на первый логарифмический преобразователь 13 и далее на вход вычислителя-сумматора 11. Третий вход вычислителя-сумматора И через третий логарифмический преобразователь 15 соединен с выходом переключателя 20. Один вход переключателя 20 подключен к источнику опорного напряжения 21 с управляющим входом, другой вход переключателя соединен с выходом сравнивающего устройства 19, один вход которого связан с выходом вычислителя-сумматора 18, другой вход связан третьим входом блока обработки измерительной информации 10 через схему ИЛИ 24.
Вычислитель-сумматор 18 в положении 2 переключателя 20, когда он соединен с источником опорного напряжения 21, выполняет суммирование сигналов по формуле:
LgI  2IgR + IgE-R /B)IgT;(3),
где: R - значение дальности видимости огней, взятое из рабочего минимума аэродрома;
о  Формула (3) получена в результате функционального преоьразования формулы Аллара (1) и принята для реализации в предлагаемом устройстве. R вводится путем установки уровня опорного напряжения блока обработки 10, что контролируется по цифровому индикатору дальности видимости огней В1111. В виду того, что в данном случае R является входным параметром, а не выходным, как это принято при расчетах по методу итерации, удается значительно упростить процедуру расчета. При этом I (Ig I) является соответственно выходным параметром, а не входным, как это принято при расчетах по методу итерации. Расчетное значение Igl сравнивается в блоке логической обработки измерительной информации со значениями Iglo(n), занесенными в электронную память. Обычно действуют три значения Igloi, Iglo2, Iglo3 в соответствии со ступенями яркости огней, действующих на данном аэродроме. Выбирается ближайшее к Igl большее значение Iglo(n) из электронной памяти. Выбранное значение поступает через схему РЦШ 24 на сравниваюп ;ее устройство 19 и через переключатель 20 возвращается в блок логической обработки измерительной информации 23 на вход R. Поступившее на вход R блока 23 расчетное значение RVR сравнивается с расчетным значением MDB, поступившим на вход S блока 23. Большее из значений RVR и MDB через выход S блока 23 поступает на индикатор 22.
Указанные отличия позволяют получить значение I автономно, без ввода из вне информации о яркости включенных огней ВГШ. В положении переключателя 20-1, когда он соединен с выходом сравнивающего устройства 19, устройство позволяет также по запросу диспетчера вычислить дальность видимости R включенных диспетчером огней ВПП. Для этого на вход схемы ИЛИ 24 необходимо подать сигнал, пропорциональный Iglo(n). Этот сигнал необходимо ввести по сообщению диспетчера вручную, как это принято в настоящее время для электронных вычислителей R. Введение (Igl (п)) на управляющий вход сравнивающего устройства 19 через схему ИЛИ 24 приводит к замене расчетного значения Iglo(n), выбранное диспетчером, по которому вычисляется новое значение RVR, если оно отличается от полученного расчетным путем.
Вследствие действия обратной связи на выходе вычислителясумматора 18 устанавливается сигнал, равный сигналу на управляющем входе сравнивающего устройства 19. При этом цифровой индикатор отображает дальность видимости огней ВПП, включенных диспетчером
посадки. Поскольку на аэродроме действует ограниченное число ступеней огней ВПП (обычно не более 4), управление вычислителем-сумматором 18 в положении 1 переключателя 20 может быть обеспечено дополнительным переключателем, обеспечивающим 4 уровня сигнала, соответствующие ступеням яркости огней ВПП для данного аэродрома. Устанавливая последовательно эти уровни сигнала на управляющем входе сравнивающего устройства 19, оператор заблаговременно до связи с
диспетчером посадки может определить по индикатору дальность видимости огней любой ступени яркости. Автономность и полнота получаемой информации о дальности видимости огней ВПП в светлое и темное время суток является главным преимуществом предлагаемого устройства.
Другим достоинством является упрощение устройства обработки при расширении функциональных возможностей импульсного фотометра. источники ИНФОРМАЦИИ
1.Приборы и установки для измерения на аэродромах. Под редакцией Л.П.Афиногенова, Ленинград, Гидрометиоиздат, 1981, С.21.
2.Комнлект аппаратуры MITRAS, фирмы Вайсала Оу (Финляндия), Сертификат об утверждении типа средств измерений Комитета РФ по стандартизации, метрологии и сертификации (Госстандарта России) № 855 от 12.02.96.
3.Российская Федерация, патент № 2116633, МПК: G 01J 1/44, опубл.27.07.98 - прототип.
16