RU108645U1 - METER FOR MEASURING VISIBILITY METEOROLOGICAL RANGE - Google Patents

Abstract

Прибор для измерения метеорологической дальности видимости, включающий излучатель, содержащий последовательно расположенные на одной оптической оси источник видимого излучения, светоделительное устройство, первый объектив и первое защитное стекло, первый фотоприемник, оптически связанный через светоделительное устройство с источником видимого излучения, и оптически связанный с излучателем приемник излучения, содержащий последовательно расположенные на одной оптической оси второй фотоприемник, второй объектив и второе защитное стекло, отличающийся тем, что первый и второй объективы выполнены в виде положительных склеенных линз, состоящих из отрицательной выпукло-вогнутой линзы и положительной двояковыпуклой линзы, при этом отрицательная выпукло-вогнутая линза выполнена из оптического материала с показателем преломления ne и дисперсией Ve, удовлетворяющими следующим условиям: ! 1,76≤ne≤1,77 ! 27≤Ve≤28, ! положительная двояковыпуклая линза выполнена из оптического материала с показателем преломления ne и дисперсией Ve, удовлетворяющими следующим условиям: ! 1,56≤ne≤1,57 !55≤Ve≤56, ! а оптическая сила φ каждого объектива удовлетворяет соотношению 0,004≤φ≤0,0045. A device for measuring the meteorological visibility range, comprising an emitter comprising a source of visible radiation sequentially located on the same optical axis, a beam splitter, a first lens and a first protective glass, a first photodetector optically coupled through a beam splitter with a source of visible radiation, and a receiver optically coupled to the emitter radiation containing a second photodetector, a second lens and a second protective Glass, characterized in that the first and second lenses are made in the form of positive bonded lenses, consisting of a negative convex-concave lens and a positive biconvex lens, while the negative convex-concave lens is made of optical material with a refractive index ne and a dispersion Ve satisfying the following conditions:! 1.76≤ne≤1.77! 27≤Ve≤28,! a positive biconvex lens is made of optical material with a refractive index ne and a dispersion Ve that satisfy the following conditions:! 1.56≤ne≤1.57! 55≤Ve≤56,! and the optical power φ of each lens satisfies the ratio of 0.004≤φ≤0.0045.

Description

Полезная модель относится к оптико-электронному приборостроению, в частности к приборам для измерения метеорологической дальности видимости (далее - МДВ), использующимся в аэропортах и на метеорологических станциях.The utility model relates to optoelectronic instrumentation, in particular to instruments for measuring the meteorological visibility range (hereinafter - MDV) used at airports and weather stations.

Прибор предназначен для дистанционного измерения коэффициента пропускания слоя атмосферы с автоматическим преобразованием измеренного значения в МДВ.The device is designed for remote measurement of the atmospheric layer transmittance with automatic conversion of the measured value into MDV.

Известен прибор для измерения МДВ [1], содержащий излучатель и оптически сопряженные с ним приемник ближней и приемник дальней базы. Излучатель включает в себя источник излучения, оптически сопряженные с ним первый объектив, светоделительное устройство и первое защитное стекло, первый фотоприемник, оптически сопряженный со светоделительным устройством. Приемник ближней базы включает в себя второй фотоприемник, оптически сопряженные с ним второй объектив и второе защитное стекло. Приемник дальней базы включает в себя третий фотоприемник и оптически сопряженный с ним третий объектив и третье защитное стекло.A known device for measuring the MDV [1], containing the emitter and optically coupled to the near receiver and the receiver of the distant base. The emitter includes a radiation source, a first lens optically coupled thereto, a beam splitter and a first protective glass, a first photodetector optically coupled to a beam splitter. The near base receiver includes a second photodetector, a second lens and a second protective glass optically paired with it. The long-range base receiver includes a third photodetector and a third lens and a third protective glass optically coupled to it.

Недостатком данного прибора является невысокая точность измерения МДВ и высокая стоимость прибора.The disadvantage of this device is the low accuracy of the MDV measurement and the high cost of the device.

Известен прибор для измерения МДВ [2], содержащий излучатель и оптически сопряженные с ним приемник дальней базы или приемник ближней базы. Излучатель включает в себя источник излучения в спектральном диапазоне от 400 до 750 нм, оптически сопряженный со светоделительным устройством, первым объективом, выполненным в виде положительной двояковыпуклой одиночной линзы, работающим с относительным отверстием 1:2.3 и имеющим продольные габариты 247,2 мм, и первым защитным стеклом, первый фотоприемник, оптически сопряженный с источником видимого излучения через светоделительное устройство.A known device for measuring the MDV [2], containing the emitter and the optically conjugated receiver of the distant base or near base receiver. The emitter includes a radiation source in the spectral range from 400 to 750 nm, optically coupled to a beam splitter, the first lens made in the form of a positive biconvex single lens, operating with a relative aperture of 1: 2.3 and having longitudinal dimensions of 247.2 mm, and the first protective glass, the first photodetector optically coupled to a source of visible radiation through a beam splitting device.

Приемник дальней или ближней базы включает в себя второй фотоприемник, оптически сопряженный с ним второй объектив, выполненный из трех одиночных линз, работающий с относительным отверстием 1:5 и имеющий продольные габариты 347 мм, и второе защитное стекло.The receiver of the far or near base includes a second photodetector, a second lens optically paired with it, made of three single lenses, working with a relative aperture of 1: 5 and having longitudinal dimensions of 347 mm, and a second protective glass.

К недостаткам данного прибора относится:The disadvantages of this device include:

- недостаточно высокая точность измерения коэффициента пропускания слоя атмосферы и, следовательно, недостаточно точное измерение МДВ из-за больших моно и хроматических аберраций;- insufficiently high accuracy of measuring the transmittance of the atmosphere layer and, therefore, insufficiently accurate measurement of the MDV due to large mono and chromatic aberrations;

- сложная конструкция и большие продольные габариты объектива приемника излучения.- complex design and large longitudinal dimensions of the lens of the radiation receiver.

Задачей настоящей полезной модели является повышение точности измерения метеорологической дальности видимости при одновременном уменьшении габаритов объектива приемника излучения и упрощении конструкции прибора.The objective of this utility model is to increase the accuracy of measuring the meteorological visibility range while reducing the size of the lens of the radiation receiver and simplifying the design of the device.

Поставленная задача достигается тем, что в приборе для измерения метеорологической дальности видимости, включающем излучатель, содержащий последовательно расположенные на одной оптической оси источник видимого излучения, светоделительное устройство, первый объектив и первое защитное стекло, первый фотоприемник, оптически связанный через светоделительное устройство с источником видимого излучения, и оптически связанный с излучателем приемник излучения, содержащий последовательно расположенные на одной оптической оси второй фотоприемник, второй объектив и второе защитное стекло, в отличие от прототипа первый и второй объективы выполнены в виде положительных склеенных линз, состоящих из отрицательной выпукло-вогнутой линзы и положительной двояковыпуклой линзы, при этом отрицательная выпукло-вогнутая линза выполнена из оптического материала с показателем преломления n_e и дисперсией V_e, удовлетворяющим следующим условиям:This object is achieved in that in a device for measuring the meteorological visibility range, comprising an emitter comprising a source of visible radiation sequentially arranged on the same optical axis, a beam splitter, a first lens and a first protective glass, a first photodetector optically coupled through a beam splitter with a visible radiation source , and an optically coupled radiation receiver comprising a second photoconductor sequentially arranged on the same optical axis the receiver, the second lens and the second protective glass, in contrast to the prototype, the first and second lenses are made in the form of positive bonded lenses, consisting of a negative convex-concave lens and a positive biconvex lens, while the negative convex-concave lens is made of optical material with a refractive index n _e and the dispersion V _e satisfying the following conditions:

1.76≤n_e≤1.771.76≤n _e ≤1.77

27≤V_e≤28,27≤V _e ≤28,

положительная двояковыпуклая линза выполнена из оптического материала с показателем преломления n_e и дисперсией V_e, удовлетворяющим следующим условиям:a positive biconvex lens is made of optical material with a refractive index n _e and a dispersion V _e satisfying the following conditions:

1.56≤n_e≤1.571.56≤n _e ≤1.57

55≤V_e≤56,55≤V _e ≤56,

а оптическая сила φ каждого объектива удовлетворяет соотношению 0,004≤φ≤0,0045.and the optical power φ of each lens satisfies the ratio of 0.004≤φ≤0.0045.

Выполнение отрицательной выпукло-вогнутой линзы и положительной двояковыпуклой линзы из данных оптических материалов позволяет производить коррекцию моно и хроматических аберраций по всему полю изображения, что дает уменьшение расходимости направленного излучения по всему полю на дистанции. Это ведет к увеличению плотности потока излучения и увеличению светового потока, проходящего через объектив и падающего на фотоприемник приемника излучения. Увеличение сигнала от излучателя на приемник излучения уменьшает влияние фоновой засветки, что приводит к увеличению точности измерения коэффициента пропускания слоя атмосферы и, следовательно, к точности измерения МДВ.Performing a negative convex-concave lens and a positive biconvex lens from these optical materials allows the correction of mono and chromatic aberrations throughout the image field, which reduces the divergence of the directed radiation over the entire field at a distance. This leads to an increase in the radiation flux density and an increase in the light flux passing through the lens and incident on the photodetector of the radiation receiver. An increase in the signal from the emitter to the radiation receiver reduces the influence of background illumination, which leads to an increase in the accuracy of measuring the transmittance of the atmosphere layer and, therefore, to the accuracy of measuring the MDV.

Использование положительной склеенной линзы в качестве объектива приемника излучения, имеющего продольные габариты 247 мм (от первой поверхности объектива до фокальной плоскости) и оптическую силу φ, удовлетворяющую соотношению 0,004≤φ≤0,0045, позволяет уменьшить продольные габариты объектива приемника излучения и упростить конструкцию прибора.Using a positive bonded lens as a radiation detector lens having longitudinal dimensions of 247 mm (from the first surface of the lens to the focal plane) and optical power φ satisfying the ratio of 0.004≤φ≤0.0045 allows us to reduce the longitudinal dimensions of the lens of the radiation receiver and simplify the design of the device .

Сущность полезной модели поясняется чертежом.The essence of the utility model is illustrated in the drawing.

Прибор для измерения метеорологической дальности видимости содержит излучатель 1 и оптически связанный с ним приемник излучения 2.The device for measuring the meteorological visibility range contains a transmitter 1 and an optically coupled radiation receiver 2.

Излучатель 1 содержит последовательно расположенные на одной оптической оси источник видимого излучения 3, светоделительное устройство 4, первый объектив 5 и первое защитное стекло 6, а также первый фотоприемник 7, оптически связанный через светоделительное устройство 4 с источником видимого излучения 3.The emitter 1 contains a sequentially located on the same optical axis source of visible radiation 3, a beam splitter 4, a first lens 5 and a first protective glass 6, as well as a first photodetector 7, optically coupled through a beam splitter 4 to a source of visible radiation 3.

Приемник излучения 2 содержит последовательно расположенные на одной оптической оси второй фотоприемник 8, второй объектив 9 и второе защитное стекло 10.The radiation detector 2 comprises a second photodetector 8, a second lens 9 and a second protective glass 10, arranged sequentially on the same optical axis.

Объектив 5 излучателя и объектив 9 приемника излучения выполнены в виде положительных склеенных линз, состоящих из отрицательной выпукло-вогнутой линзы и положительной двояковыпуклой линзы. Отрицательная выпукло-вогнутая линза выполнена из оптического материала с показателем преломления n_e и дисперсией V_e, удовлетворяющим следующим условиям:The emitter lens 5 and the radiation receiver lens 9 are made in the form of positive bonded lenses consisting of a negative convex-concave lens and a positive biconvex lens. The negative convex-concave lens is made of optical material with a refractive index n _e and a dispersion V _e satisfying the following conditions:

1.76≤n_e≤1.771.76≤n _e ≤1.77

27≤V_e≤2827≤V _e ≤28

Положительная двояковыпуклая линза выполнена из оптического материала с показателем преломления n_e и дисперсией V_e, удовлетворяющим следующим условиям:A positive biconvex lens is made of optical material with a refractive index n _e and a dispersion V _e satisfying the following conditions:

1.56≤n_e≤1.571.56≤n _e ≤1.57

55≤V_e≤56.55≤V _e ≤56.

Оптическая сила φ каждого объектива удовлетворяет соотношению 0,004≤φ≤0,0045.The optical power φ of each lens satisfies the ratio of 0.004≤φ≤0.0045.

Такой выбор оптических материалов и конструкция объективов позволяет получить значительно меньшие моно и хроматические аберрации.Such a choice of optical materials and the design of the lenses allows to obtain significantly less mono and chromatic aberrations.

Работа прибора основана на измерении коэффициента пропускания слоя атмосферы, находящегося между излучателем и приемником излучения, расположенными на заданной дистанции, с последующим автоматическим преобразованием измеренного значения в МДВ.The operation of the device is based on measuring the transmittance of an atmospheric layer located between a radiator and a radiation receiver located at a given distance, followed by automatic conversion of the measured value into MDV.

Источник видимого излучения 3, расположенный в фокальной плоскости объектива 5 излучателя 1 формирует на дистанции направленное излучение, которое, попадая на объектив 9 приемника излучения 2, фокусируется на фотоприемнике 8, расположенном вблизи фокальной плоскости объектива 9. Контроль стабильности работы излучателя 3 осуществляется фотоприемником 7 через светоделительное устройство 4. Путем сравнения сигнала на фотоприемнике 7 и фотоприемнике 8 определяется прозрачность или пропускание атмосферы.The visible radiation source 3 located in the focal plane of the lens 5 of the emitter 1 generates a directed radiation at a distance, which, incident on the lens 9 of the radiation receiver 2, is focused on the photodetector 8 located near the focal plane of the lens 9. The stability of the emitter 3 is controlled by the photodetector 7 through beam splitting device 4. By comparing the signal at the photodetector 7 and the photodetector 8, transparency or transmission of the atmosphere is determined.

По величине сигнала на фотоприемнике 8 производится определение коэффициента пропускания слоя атмосферы с автоматическим преобразованием его в МДВ. Высокая точность измерения коэффициента пропускания атмосферы обеспечивается за счет увеличения светового потока, попадаемого от излучателя 1 на фотоприемник 8 приемника излучения 2.The magnitude of the signal at the photodetector 8 is used to determine the transmittance of the atmospheric layer with its automatic conversion into MDV. High accuracy of measuring the atmospheric transmittance is ensured by increasing the luminous flux incident from the emitter 1 on the photodetector 8 of the radiation receiver 2.

Источники информации:Information sources:

1. Измеритель дальности видимости ИДВ-MITRAS LP11/LR11. Техническое руководство. VAISALA, Финляндия, 1997 г.1. Measuring range visibility IDV-MITRAS LP11 / LR11. Technical manual. VAISALA, Finland, 1997

2. Прибор для измерения метеорологической дальности видимости "Пеленг СФ-01Э". Руководство по эксплуатации 6435.00.00.000 РЭ. ОАО "Пеленг" г.Минск, 2007 г. - прототип.2. The device for measuring the meteorological visibility range "Bearing SF-01E". Operating Instructions 6435.00.00.000 OM. OJSC "Peleng" Minsk, 2007 - a prototype.

Claims (1)

Прибор для измерения метеорологической дальности видимости, включающий излучатель, содержащий последовательно расположенные на одной оптической оси источник видимого излучения, светоделительное устройство, первый объектив и первое защитное стекло, первый фотоприемник, оптически связанный через светоделительное устройство с источником видимого излучения, и оптически связанный с излучателем приемник излучения, содержащий последовательно расположенные на одной оптической оси второй фотоприемник, второй объектив и второе защитное стекло, отличающийся тем, что первый и второй объективы выполнены в виде положительных склеенных линз, состоящих из отрицательной выпукло-вогнутой линзы и положительной двояковыпуклой линзы, при этом отрицательная выпукло-вогнутая линза выполнена из оптического материала с показателем преломления n_e и дисперсией V_e, удовлетворяющими следующим условиям:A device for measuring the meteorological visibility range, comprising an emitter comprising a source of visible radiation sequentially arranged on the same optical axis, a beam splitter, a first lens and a first protective glass, a first photodetector optically coupled through a beam splitter with a source of visible radiation, and a receiver optically coupled to the emitter radiation containing a second photodetector, a second lens and a second protective Eeklo, characterized in that the first and second lenses are formed as the positive cemented lens consisting of a negative convex-concave lens and a positive biconvex lens, and the negative convex-concave lens is made of optical material having a refractive index n _e and variance V _e, satisfying the following conditions: 1,76≤n_e≤1,771.76≤n _e ≤1.77 27≤V_e≤28,27≤V _e ≤28, положительная двояковыпуклая линза выполнена из оптического материала с показателем преломления n_e и дисперсией V_e, удовлетворяющими следующим условиям:a positive biconvex lens is made of optical material with a refractive index n _e and a dispersion V _e that satisfy the following conditions: 1,56≤n_e≤1,571.56≤n _e ≤1.57 55≤V_e≤56,55≤V _e ≤56, а оптическая сила φ каждого объектива удовлетворяет соотношению 0,004≤φ≤0,0045.

and the optical power φ of each lens satisfies the ratio of 0.004≤φ≤0.0045.