8.5 Реєстратор дальності видимості фі-1.

Імпульсний фотометр ФІ-1 складається з відбивача, вимірюваного середовища і оптично зв’язаного захисного скла, об’єктива, імпульсного джерела світла, оптичного атенюатора, дифузного розсіювача, прийомного дзеркала, фотоперетворювача (наприклад, ФЕМ) і блоку керування і обробки, на виході якого формується вихідний сигнал, пропорційний прозорості вимірюваного середовища. Блок керування і обробки містить засоби періодичного порівняння сигналу опорного і вимірювального каналів, і контур зворотного зв’язку, який забезпечує незалежність масштабу вихідного сигналу від нестабільності випромінювача й приймача. Застосовні на практиці варіанти структурних схем блоку керування і обробки можна розділити на дві групи за кількістю фотоперетворювачів. В схемах з одним фотоперетворювачем і одним випромінювачем необхідним елементом є комутатор оптичних каналів. В схемах з двома фотоприймачами використовується джерело світла, яке вмикається по черзі з основним випромінювачем. Завдяки тимчасовому розділенню сигналів основного і додаткового джерел світла комутатор оптичних сигналів не потрібний. Його роль виконує електронний комутатор.

Блок керування і обробки в ФІ-1 виконаний з комутатора КК, який керує заслінками і , діафрагмами і , які по черзі відчиняються і зачиняються, дифузного розсіювача і одночасно синхронного перемикача . Піковий детектор , що підключений до виходу фотоперетворювача, підключений до повторювача напруги і через перемикач , який підключений до фільтра частоти комутації або до фільтра частоти комутації , а далі підключений до послідовно з’єднаного диференційного підсилювача і регульованого джерела живлення , що керує напругою живлення фотоперетворювача, а також джерела опорної напруги, підключеного до другого входу диференційного підсилювача.

Принцип дії імпульсного фотометра полягає в наступному. Відбивач розташований від захисного скла на відстані 100 м, яка є вимірюваним середовищем. У фокальній площині прийомного дзеркала розташований дифузний розсіювач. Сигнал з розсіювача надходить до фотоперетворювача. Імпульсне джерело світла формує могутні імпульси світла, які проходячи через об’єктив формуються у вузько направлений пучок світла, який проходячи крізь захисне скло, вимірюване середовище, попадає на відбивач. Повернений відбивачем світловий потік знову проходить крізь вимірюване середовище, захисне скло і попадає на дзеркало, яке направляє всю світлову енергію через дифузний розсіювач, через діафрагму і далі на фотоперетворювач. Електричний сигнал надходить до блоку керування і обробки. Тут він посилюється, перетворюється в постійний сигнал, пропорційний прозорості вимірюваного середовища.

Блок керування і обробки в імпульсному фотометрі працює так. Комутатор перекриває по черзі вхідний отвір або вхідний отвір дифузного розсіювача від світла імпульсного джерела світла. Послідовність світлових імпульсів, які йдуть з частотою по черзі з більш низькою частотою комутації , надходять через дифузний розсіювач на фотоперетворювач, а з його виходу на піковий детектор блоку керування і обробки, а далі електричний сигнал з пікового детектору надходить на повторювач напруги. Коли вхідний отвір дифузного розсіювача відчинений керованою заслінкою комутатора , а вхідний отвір закритий заслінкою , вихід пікового детектору перемикачем підключений до фільтру частоти комутації , який підключений до одного з входів диференційного підсилювача, другий вхід якого підключений до джерела опорної напруги. Вихід диференційного підсилювача підключений до керованого входу регульованого джерела живлення фотоперетворювача. У цьому положенні комутатора працює опорний канал, коли світлові імпульси, минаючи вимірювальне середовище, направляються на фотоперетворювач через атенюатор і дифузний розсіювач. В результаті дії зворотного зв’язку вихідна напруга зрівнюється (стабілізується) сигналом . В іншому положенні комутатора , коли діафрагма дифузного розсіювача відчинена заслінкою , на фотоперетворювач надходять світові імпульси від відбивача, які пройшли два рази вимірюване середовище, а вихід пікового детектора через в цей час комутатором за допомогою перемикача підключений до фільтру , на виході якого є постійний вимірюваний сигнал , пропорційний прозорості вимірюваного середовища. У цьому випадку ланцюг зворотного зв’язку розімкнутий, проте на виході диференційного підсилювача підтримується колишня напруга, оскільки фільтр опорного каналу виявляється вимкненим, отже і коефіцієнт перетворення фотоперетворювача зберігає колишнє значення. Завдяки дії зворотного зв’язку забезпечується компенсація похибок вимірювання, зв’язаних з нестабільністю характеристик фотоперетворювача, джерела світлових імпульсів і підсилювача електричних сигналів. Таким чином, сигнал на виході блоку керування і обробки несе інформацію про прозорість вимірюваного середовища.

Недоліком вище описаного імпульсного фотометра є відсутність інформації про яскравість фону, яка необхідна для забезпечення комплексної оцінки безпеки посадки, зльоту на злітно-посадочній смузі.

Винахід вирішує задачу одночасно з прозорістю атмосфери вимірювати яскравість фону. Поставлена задача вирішена завдяки тому, що в імпульсний фотометр, що містить відбивач, оптично зв’язаний через вимірюване середовище з розташованими в ході випромінення захисним склом, об’єктивом, імпульсним джерелом світла, оптичним атенюатором, дифузним розсіювачем, прийомним дзеркалом і фотоперетворювачем, а також блок керування і обробки, вхід якого підключений до виходу фотоперетворювача, а живильний вхід фотоперетворювача підключений до регульованого виходу напруги блоку керування і обробки, додатково введені світлороздільна пластина між прийомним дзеркалом і дифузним розсіювачем, додатковий фотоприймач, установлений перед світлороздільною пластиною у фокусі прийомного дзеркала, а також два компаратора, пристрій керування підсилювачем, дешифратор і формувач імпульсу строба. Додатковий фотоприймач послідовно з’єднаний з керуючим підсилювачем, ключем, узгодженим підсилювачем, аналого-цифровим перетворювачем (АЦП) і цифровим індикатором. Входи компараторів підключені до виходу узгоджувального підсилювача, а виходи до пристрою керування підсилювачем. Вихід пристрою керування підсилювачем підключений до керуючого підсилювача і дешифратора, а вихід дешифратора до розрядного входу цифрового індикатора. Вхід формувача імпульсу строба підключений до виходу фотоперетворювача, а вихід до керуючого входу ключа.

Запропонована сукупність істотних ознак запропонованого імпульсного фотометра дозволяє одночасне вимірювання яскравості фону, дані про яку необхідні для забезпечення безпеки польотів.

Вимірювач дальності видимості ФІ-3 призначений для безперервного дистанційного вимірювання і реєстрації коефіцієнта світло пропускання атмосфери і обчислення метеорологічної оптичної дальності видимості (МОД) на аеродромах для забезпечення безпеки зльоту і посадки повітряних судів. Вимірювач ФІ-3 розроблений на основі останніх наукових досліджень, побудований на сучасній елементній базі з використанням комп’ютерної техніки. ФІ-3 може бути використаний автономно або в складі автоматизованих метеорологічних вимірювальних комплексів.

Відмітною рисою вимірювача ФІ-3 є те, що обидві базові лінії (коротка і подвійна) просторово сполучені завдяки додатковому фотоприймачу, вбудованому у відбивальний блок. Конструкція виробу гарантує збіжність результатів вимірювань МОД при переключенні вимірювальних каналів і забезпечує розширений діапазон вимірювання МОД. Для контролю збіжності не потрібна висока прозорість атмосфери. Вимірювач дальності видимості ФІ-3 може використовуватися на будь-яких аеродромах без обмеження.

Достоїнства ФІ-3:

• розширений діапазон вимірювання МОД без використання додаткового відбивача;

• підвищена температурна стабільність;

• збільшений робочий ресурс випромінювача світлових імпульсів (більше 50 000 годин);

• повна автоматизація вимірювань;

• підвищена точність вимірювань (в порівнянні з ФІ-2);

• кнопки автоматичної установки реальної видимості на блоці фотометричному і блоці індикації;

• сучасна елементна база з цифровою обробкою інформації;

• просте пристосування для контролю лінійності в процесі експлуатації на реальній базі в режимах ОД і ОБ без знімання відбивального блоку з вишки;

• вбудований грозозахист і захист від перенапруги в живильній мережі;

• можливість використовувати один блок індикації при роботі з основним вимірювачем фотометричного блоку і другим резервним;

• забезпечується сполучення з сучасними метеорологічними комплексами і будь-якими обчислювальними машинами типу IBM PC (є вихід RS-232);

• спектральна характеристика оптичного каналу узгоджена з кривою видимості ока;

• невелика маса і габарити приладу.

Враховуючи нові вимоги і методи збирання і зберігання інформації, яка надходить з датчиків ФІ-2, ФІ-3, розроблене програмне забезпечення для архівації даних за період 30 діб з інтервалом 30 сек (одночасно до 8 приладів) на електронному носії при сполученні з стандартною ПЕОМ і видачею даних в цифровому і графічному вигляді. Протокол обміну ФІ-3 з автоматизованими станціями такий же, як і у приладу ФІ-2.

Основні технічні характеристики ФІ-3

Параметри Значення

________________________________________________________________

Діапазон вимірювань світлового

коефіцієнта направленого пропускання (СКНП) від 0 до 100

атмосфери, %

Похибка вимірювання коефіцієнта

світлопропускання, % 1

Діапазон вимірювань метеорологічної

дальності видимості МОД (цифрова індикація),

м при довжині базисної лінії 100 м від 60 до 8000

Індикація МОД і передача сигналу керування

на відстані, км (є можливість дистанційного

увімкнення і вимкнення фотометричного блоку) не менше 8

Робочий температурний діапазон, С від –50 до + 50

Строк служби, років не менше 8

Контрольні запитання:

1. Що розуміють під поняттям метеорологічною дальністю видимості ?

2. Чим характеризується прозорість атмосфери ?

3. Який зв'язок існує між МДВ і прозорістю атмосфери ?

4. Що таке освітленість ?

5. Як підбираються об’єкти для спостереження за МДВ вдень ?

6. В яких одиницях визначається метеорологічна дальність видимості ?

7. Для спостереження за МДВ в темний час доби об’єкти вибираються ті ж чи інші ?

8. Поляризаційний вимірювач видимості М-53А дозволяє визначати МДВ в який час доби ?

9. Які існують методи визначення МДВ ?

10. Чи можна розрахувати МДВ і за якою формулою ?

11. В чому полягає принцип дії нефелометричної установки М-71 ?

12. З яких основних вузлів складається вимірювач дальності видимості ВДВ, розроблений Гавриловим В.А. ?

13. На основі чого оснований принцип дії РДВ ?

14. В яких межах РДВ-2 вимірює МДВ ?

15. З яких основних блоків та приладів складається РДВ-2 ?

16. Чи існує істотна відмінність РДВ-3 від РДВ-2 і в чому вона полягає ?

17. З яких основних вузлів складається ФІ-1 ?