Светолокационный измерительный преобразователь расстояния до нижней границы облаков
Неблагоприятная
экологическая обстановка на территории Российской Федерации требует уделения
особого внимания вопросам охраны природы и экологического воспитания. Контроль
за воздействием от хозяйственной деятельности человека на окружающую среду и
природный комплекс - необходимая составная часть мероприятий по улучшению
использования природных ресурсов. Многие отрасли промышленности, сельского
хозяйства в большой степени зависят от четкости, оперативности работы и
надежности прогнозов федеральной системы наблюдений и контроля за окружающей
средой. Оперативность и своевременность подачи штормовых предупреждений,
заблаговременный прогноз опасных и особо опасных явлений погоды являются
неотъемлемой частью успешной и безопасной работы многих отраслей хозяйства и
транспорта, а долгосрочные метеорологические прогнозы играют решающую роль в
организации сельскохозяйственного производства.
Одним из важнейших
параметров, определяющих возможность прогнозирования опасных погодных явлений,
является высота нижней границы облаков.
Принцип измерения высоты
нижней границы облаков, использующийся в измерители высоты облачности ИВО-1М и
регистраторе РВО-2.
Под высотой облаков в
метеорологии понимают высоту их нижней границы над поверхностью земли. В
основном измеряют высоту облаков среднего и нижнего ярусов ( не выше 2500 м.).
При этом определяется высота самых нижних облаков. При тумане высота облаков
принимается равной нулю, и в аэропортах в данных случаях измеряется
“вертикальная видимость”. В основу измерения высоты нижней границы облаков в
ИВО-1М и РВО-2 положен метод светолокации.
Этим методом высота нижней
границы облаков определяется по времени прохождения светом пути от излучателя
света до облака и обратно. Высота облаков Н определяется по формуле:
где - скорость света
- время прохождения
света до облака и обратно.
Световой импульс посылается
излучателем и после отражения принимается приемником. Излучатель и приемник
располагаются в непосредственной близости друг от друга.
Принцип работы измерителя и
регистратора нижней границы облаков.
1.
Измеритель высоты нижней границы облаков ИВО-1М.
ИВО-1М состоит из
передатчика и приемника световых импульсов, пульта управления и комплекта
соединительных кабелей. Приемник и передатчик устанавливаются на открытой площадке
на расстоянии 8-10 метров друг от друга. Передатчик и приемник аналогичны по
конструкции и содержат параболические зеркала, защитные стекла и крышки,
которые перед измерениями поднимаются при помощи электродвигателей.
В качестве источника
световых импульсов используется троботрон типа ИСШ-100. Мощные световые
импульсы прямоугольной формы длительностью около 1мс и частотой 20Гц излучаются
вертикально вверх. Часть рассеянной облаком энергии( световые импульсы с
гармониками, кратными основной частоте сигнала) возвращается к приемнику и
преобразуется фотоэлектронным умножителем ФЭУ-1 в электрические импульсы.
Непосредственно в приемнике расположен предварительный широкополосный
усилитель. который позволяет уменьшить влияние помех при передаче сигнала к пульту
управления, расположенному в помещении на расстоянии до 50 м. от
приемопередатчика.
С помощью пульта
управления, содержащего электронно-лучевую трубку, оператор может вручную
измерять время запаздывания эхо-сигнала, отраженного облаком, относительно зондирующего
сигнала, излученного передатчиком. Измерение производится с помощью схемы
компенсации, которая содержит регулируемый источник питания и позволяет менять
напряжение на правой по схеме пластине ЭЛТ (рис.1).
Поворачивая ручку
потанциометра , на которой закреплен указатель шкалы высот, оператор
компенсирует напряжение, поступающее от генератора развертки на левую пластину
ЭЛТ. Напряжение на выходе генератора развертки за один период излучения
возрастает пропорционально времени, прошедшему с момента излучения зондирующего
сигнала, и по достижении некоторого уровня, соответствующего диапазону
измерения, возвращается к исходному уровню. В соответствии с этим электронный
луч пробегает вдоль экрана ЭЛТ слева на право с частотой излучения 20 раз в
секунду.
Рис.1
Блок- схема ИВО-1М.
передатчик приемник
8-10 м.
1 2
ЭЛТ
3
4 5
6
пульт
управления
может
стыковаться с ДВ-1М
1-схема
компенсации 4-генератор меток
2-видеоусилитель 5-АРУ
3-генератор
разразвертки 6-блок питания
Такая частота повторения
ЭЛТ позволяет наблюдать на экране непрерывно-светящуюся картину развертки луча
трубки. При наличии эхо-сигнала. поступающего на нижнюю пластину ЭЛТ от
видеоусилителя, на линии развертки появится импульс, положение которого относительно
линии развертки соответствует запаздыванию эхо-сигнала по отношению к
зондирующему. Это запаздывание пропорционально высоте облаков. Отсчет высоты
облаков производится оператором после установки середины переднего фронта
эхо-сигнала на вертикальную черту в центре экрана.
В пульте управления имеется
также схема АРУ, которая позволяет поддерживать неизменной амплитуду
эхо-сигналов во всем диапазоне измерения. Генератор меток предназначен для
периодической проверки сохранности градуировки шкалы высот в условиях
эксплуатации.
Приемник и передатчик должны
устанавливаться на расстоянии не менее 200 метров от радиолокационных станций и
не менее 500 метров от средневолновых радиостанций.
2.Регистратор
нижней границы облаков РВО-2.
Регистратов высоты
облачности РВО-2 является усовершенствованным вариантом ИВО-1М, имеет лучшие
эксплуатацинно-технические характеристики и более широкие возможности
применения.
В РВО-2 улучшена шкала
высот. Она разбита на десятки метров, что позволяет произвести считывание
показаний о ВНГО с погрешностью не более 5 метров. За счет уменьшения
длительности светового импульса, увеличения напряжения на конденсаторе
основного разряда импульсной лампы, увеличения крутизны фронтов светового
импульса передний фронт сигнала на ЭЛТ пульта управления круче - это
обеспечивает более точное измерение ВНГО. Но указанный режим питания импульсной
лампы значительно снижает ее ресурс.
РВО-2 электромагнитно
совместим с радиотехническими средствами и не имеет таких ограничений по
установки приемника и передатчика, как ИВО-1М.
Для устранения запотевания и
обмерзания стекол приемника и передатчика обеспечено их подогревание
обогревательным элементом мощностью порядка 200 Вт.
РВО-2
комплектуются в 3-х вариантах:
· в первый вариант
(РВО-2) входят: передатчик, приемник световых импульсов и пульт управления;
· во второй
вариант(РВО-2-01) входят: передатчик и приемник световых импульсов, пуль
управления, регистратор. Этот вариант обеспечивает измерение ВНГО до 2000
метров и автоматическую регистрацию ее до 1000 метров при расположении пульта
управления и регистратора на расстоянии до 50-70 метров от места установки
передатчика и приемника;
· в третий вариант
(РВО-2-02) входят: передатчик и приемник световых импульсов, пульт управления,
регистратор и выносной пульт. Этот вариант дает возможность измерять и
регистрировать ВНГО так же, как и РВО-2-01, и измерять и регистрировать ВНГО до
1000 м. по самописцу выносного пульта при расположении последнего на расстоянии
до 8 км. от места установки передатчика и приемник.
Погрешность измерений ВНГО у
РВО-2 такая же, как и у ИВО-1М. РВО-2-01 и РВО-2-02 обеспечивают
автоматическое измерение и регистрацию ВНГО через 15, 30 или 60 минут в
соответствии с установкой “интервал”, при необходимости возможна регистрация
ВНГО с интервалом в 3 минуты и непрерывная регистрация втечение 1,5 минуты.
3.
Приставка ДВ-1М.
Дистанционная приставка
ДВ-1М предназначена для дистанционного измерения ВНГО в комплекте с ИВО-1М или
РВО-2 и передачи в канал связи результатов измерений (структурная схема на рис.
2).Основными узлами приставки являются: блок преобразования и блок логической
обработки.
Блок преобразования
позволяет получить на логическом выходе напряжение постоянного тока,
прямопропорциональное времени запаздывания эхо-сигнала относительно
зондирующего импульса. С этой целью в блоке преобразования последовательно
соединены ждущий мультивибратор, генератор пилообразного напряжения и пиковый
детектор.
Особенностью схемы ДВ-1
является наличие дополнительного пикового детектора и схемы сравнения выходных
напряжений двух пиковых детекторов. Такая схема позволяет осуществлять
логическую фильтрацию результатов измерений на выходе устройства по критерию
отношения сигнал/помеха. При отсутствии помехи и наличии эхо-сигнала на входе
устройства на выходе обоих пиковых детекторов оказываются равными. Если же
облаков нет и отсутствует шумовая помеха (например, при измерениях ночью), то
различие напряжений на выходах детекторов будет максимальным. При этом пиковый
детектор 1 отключен от ГПИ, который в этом случае формирует импульсы
максимальной амплитуды на входе пикового детектора 2. При наличии эхо-сигнала и
помехи разность напряжений на пиковых детекторах будет тем больше, чем больше
уровень помехи. Такая структурная схема обеспечивает надежную защиту от шумов
фоновой засветки без снижения чувствительности к полезным сигналам. Это
происходит потому, что при наличии низкой облачности уровень фоновой засветки
резко снижается, что и гарантирует достаточно высокий уровень отношения
сигнал/шум.
Удаление ДВ-1М от места
установки ИВО-1М или РВО-2 до 5 километров.
Основные
нормативно-технические характеристики ИВО и РВО.
| 
