RU20386U1 - TRANSMITTING UNIT OF LIGHT BOLT METER OF CLOUD LOWER BORDER OF CLOUDS - Google Patents

Description

Полезная модель относитоя к приборостроению, а именно к технике измерения оптических характеристик атмосферы с целью определения высоты обнаружения взлетно-посадочной полосы (ВШ) в интересах метеорологического обеспечения полетов авиации. В настоящее время в практике метеорологического обеспечения полетов авиации высота обнаружения ВШ оценивается по результатам измерений высоты нижней границы облаков (ВНГО).A useful model relates to instrumentation, namely to the technique of measuring the optical characteristics of the atmosphere in order to determine the detection height of the runway in the interests of meteorological support for aviation flights. At present, in the practice of meteorological support for aviation flights, the altitude of detection of the upper level is estimated from the results of measurements of the height of the lower boundary of the clouds (VNGO).

В настоящее время широкое распространение в отечественной и зарубежной практике получили светолокационные измерители высоты облаков, использующие в качестве излучателя твердотельный лазер С13.Такие приборы имеет большую дальность обнаружения облачных слоев благодаря высокой мошдости излучения. В них используются приемопередаюш йе блоки, состоящие из источника, приемника и оптической системы, которая формирует диаграммы направленности источника и приемника.At present, radar cloud height meters using a C13 solid-state laser as a radiator are widely used in domestic and foreign practice. Such devices have a large detection range for cloud layers due to the high radiation flux. They use transceiver units consisting of a source, a receiver, and an optical system that generates radiation patterns of the source and receiver.

К недостаткам известных приборов можно отнести влияние на достоверность результатов измерения необходимость высокоточной настройки оптических осей источника и приемника, сложность технической реализации, а также использование небезопасной для глаз оператора плотности излучения.The disadvantages of the known devices include the impact on the reliability of the measurement results, the need for high-precision tuning of the optical axes of the source and receiver, the complexity of the technical implementation, as well as the use of radiation density unsafe for the operator.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемой полезной модели является приемопередающей блок светолокационного измерителя высоты нижней границы облаков, содержапщй расположенные на одной оптической оси по ходу оптического луча лазерный источник сThe closest technical solution to the proposed utility model is a transceiver unit of a radar meter measuring the height of the lower boundary of the clouds, containing a laser source located on the same optical axis along the optical beam with

оптической системой, формирующей диаграмму направленности в виде параллельного пучка света, и приемник света 2.an optical system forming a radiation pattern in the form of a parallel beam of light, and a light receiver 2.

В приемопередающй блок дополнительно введена оптическая система приемника, формирующая диаграмму направленности в виде оптического конуса, причем поле зрения оптической системы приемника составляет угол, обеспечивающий полный охват излучаемого светового потока на расстоянии, равном максимальной дальности обнаружения нижней границы облаков.An optical system of the receiver is additionally introduced into the transceiver unit, forming a radiation pattern in the form of an optical cone, the field of view of the optical system of the receiver being an angle providing full coverage of the emitted light flux at a distance equal to the maximum detection range of the lower boundary of the clouds.

На выходе приёмопередающего блока под углом к оптической оси установлено защитное стекло.A protective glass is installed at the output of the transceiver unit at an angle to the optical axis.

Недостатком описанного устройства является невозможность его работы во время снежных осадков, обледенения и покрытия защитного стекла изморозью, т.к. при этом уменьщается мощность излучения зондирующего оптического импульса, а следовательно, уменьщается дальность обнаружения нижней границы облаков и даже нарушается функционирование работы прибора в целом.A disadvantage of the described device is the impossibility of its operation during snowfall, icing and frost protection of the protective glass, because this reduces the radiation power of the probe optical pulse, and therefore, decreases the detection range of the lower boundary of the clouds and even disrupts the functioning of the device as a whole.

Основной задачей, на решение которой направлена полезная модель, является сохранение дальности обнаружения нижней границы облаков и обеспечение нормальной работы прибора путем очистки зашдтного стекла от снега, изморози и обледенения.The main task, which the utility model is aimed at, is to maintain the detection range of the lower boundary of the clouds and ensure the normal operation of the device by cleaning the glass from snow, frost and icing.

Поставленная задача решается с помош ью предлагаемого приёмопередающего блока светолокадионного измерителя высо, нижней границы облаков, который, как и прототип, содержит расположенные на одной оптической оси по ходу оптического луча лазерный источник с оптической системой, формирующей диаграмму направленности в виде параллельного пучка света, приемник света, оптическую систему приемника, формируюшую диаграмму направленности в виде оптического конуса, причем поле зрения оптической системы приемника соетавляет угол, обеспечивающий полный охват излучаемого светового потока на расстоянии, равном максимальной дальности обнаружения нижней границы облаков, и защитное стекло, установленное на выходе приемопередающего блока под углом к оптической оси.The problem is solved with the help of the proposed transceiver unit of a high-light meter high clouds, the lower boundary of the clouds, which, like the prototype, contains a laser source located on the same optical axis along the optical beam with an optical system that forms a radiation pattern in the form of a parallel light beam, a light receiver , the optical system of the receiver, which forms the radiation pattern in the form of an optical cone, and the field of view of the optical system of the receiver is an angle that provides A complete coverage of the luminous flux emitted by a distance equal to the maximum detection range of cloud, and protective glass installed at the output of the transceiver unit at an angle to the optical axis.

В отличии от прототипа в предлагаемый приёмопередающий блок дополнительно введены последовательно соединенные между собой фотоприемник с интерференционным фильтром, усилитель, пороговое устройство, блок включения кондиционера и кондиционер, причем фотоприёмник с интерференционным фильтром установлены внутри приёмопередающего блока вне зоны излучаемого лазерного потока и оптически связан с наружной поверхностью защитного стекла, а кондиционер закреплен на верхней части защитного стекла вне зоны лазерного излучения.In contrast to the prototype, the proposed transmitting and receiving unit additionally includes a photodetector with an interference filter, an amplifier, a threshold device, an air conditioning unit and an air conditioner, connected in series with each other, and a photodetector with an interference filter is installed inside the receiving and transmitting unit outside the zone of the emitted laser stream and is optically connected to the outer surface protective glass, and the air conditioner is mounted on top of the protective glass outside the laser radiation zone.

Сущность предлагаемой полезной модели заключается в том, что при отсутствии снега от стекла нет ди(М)узного рассеянного отражения и отраженный поток лазерного излучения на дополнительном приёмнике отсутствует, другой длины волны на приёмник не попадает в связи с имеющим дополнительный интерференционный фильтр, пропускающий только излучение лазера. Направленные параллельные пучки от стекла на фотоприёмник не попадают.The essence of the proposed utility model is that in the absence of snow from the glass there is no di (M) narrow diffuse reflection and there is no reflected laser radiation flux at the additional receiver, the other wavelength does not reach the receiver due to the additional interference filter that transmits only radiation laser. Directional parallel beams from the glass do not enter the photodetector.

При попадании снега на стекло, образование изморози, обледенения коэффициент пропускания лазерного излучения уменьщается и нарушается нормальная работа измерителя нижней границы облаков (ИНГО), при этом появляется диффузное отражение от элементов, снега, льда или изморози и это отражение принимается фотоприёмником, превращается в электрический сигнал, который усиливается усилителем, попадает на пороговое устройство, которое срабатывает при уровне осадков в виде снега, при котором мощность зондирующе / 09S.eWhen snow enters the glass, the formation of frost, icing, the transmittance of the laser radiation decreases and the normal operation of the cloud lower boundary meter (INGO) is disrupted, while diffuse reflection from elements, snow, ice or frost appears and this reflection is received by the photodetector, turns into an electrical signal , which is amplified by the amplifier, falls on a threshold device that is triggered when the level of precipitation is in the form of snow, at which the power is probing / 09S.e

- 4 - 4

го излучения, проходящего через защитное стекло падает и нарушается нормальная работа прибора и при этом выходной сигнал, сформированный пороговым устройством, поступает на блок включения кондиодонера, который включает кондиционер, и он горячим воздухом сдувает снег и не позволяет ему падать на защитное стекло, или снимает изморозь и обледенение, чем обеспечиваются нормальные условия работы измерителя высоты нижней границы облаков (ВНГО).The radiation passing through the protective glass falls and the normal operation of the device is disrupted and the output signal generated by the threshold device is sent to the air conditioner switching unit, which turns on the air conditioner, and it blows snow off with hot air and does not allow it to fall on the protective glass, or removes frost and icing, which ensures the normal working conditions of the height meter of the lower boundary of the clouds (VNGO).

После окончания осадков или снятия обледенения с защитного стекла диффузное отражение от него пропадает. С фотоприёмника электрический сигнал тоже пропадает и кондиционер выключается.After precipitation or icing is removed from the protective glass, the diffuse reflection from it disappears. From the photodetector, the electric signal also disappears and the air conditioner turns off.

Таким образом, достигается технический результат, заключающийся в сохранении дальности обнаружения нижней границы облаков и обеспечении нормальной работы прибора путем очистки защитного стекла от снега, изморози и обледенения.Thus, a technical result is achieved, which consists in maintaining the detection range of the lower boundary of the clouds and ensuring the normal operation of the device by cleaning the protective glass from snow, frost and icing.

Сущность полезной модели поясняется чертежом, где на фиг.1представлена принципиальная схема предлагаемого приёмопередающего блока.The essence of the utility model is illustrated in the drawing, where in Fig.1 presents a schematic diagram of the proposed transceiver unit.

Как видно из чертежа, устройство состоит из расположенных на одной оси источника лазерного излучения 1, приёмника света 2 и двух оптических систем 3 и 4, формирующих диаграммы направленности источника 1 и приёмника света 2.As can be seen from the drawing, the device consists of located on the same axis of the laser source 1, the light receiver 2 and two optical systems 3 and 4, forming the radiation patterns of the source 1 and light receiver 2.

Оптическая система источника 3 состоит из телескопической системы Галилея, состоящей из отрицательной линзы 5 и положительной 6, и системы Мерсенна, содержащей находящееся последовательно на одной оптической оси и оптически связанные вогнутые сферическое зеркало 7 больщого диаметра, с центральным отверстием 8, обращенного выпуклостью к источнику лазерного излучения 1, и зеркала 9.The optical system of source 3 consists of a Galilean telescopic system consisting of a negative lens 5 and a positive 6, and a Mersenne system containing a large diameter optically connected concave spherical mirror 7 of large diameter, with a central hole 8 convex to the laser source radiation 1, and mirrors 9.

Оптическая система 4 приёмника света 2 представляет собой объектив Коссегрена, содержащий расположенные последовательно на одной оптической оси вогнутое сферическое зеркало 10 с центральным отверстием и зеркало 11, которое формируют диаграмму направленности приёмника света .The optical system 4 of the light receiver 2 is a Cossegrain lens, comprising a concave spherical mirror 10 with a central hole and successively arranged on the same optical axis and a mirror 11, which form the radiation pattern of the light receiver.

В устройстве используется зшщтное стекло 12, установленное на выходе приемопередающего блока под углом к оптической оси.The device uses solid glass 12 mounted at the output of the transceiver unit at an angle to the optical axis.

В качестве источника лазерного излучения может быть применен твердотельный неодимовый лазер, в качестве приемника - фотодиод.A solid-state neodymium laser can be used as a source of laser radiation, and a photodiode as a receiver.

В приёмопередающий блок дополнительно введены последовательно соединенные между собой фотоприёмник 13 с интерференционным фильтром 14, усилитель 15, пороговое устройство 16, блок включения кондиционера 17 и кондиционер 18.In addition, a photodetector 13 with an interference filter 14, an amplifier 15, a threshold device 16, an air conditioning unit 17 and an air conditioning unit 18 are further connected in series with each other.

Фотоприёмник 13 с интерференционным фильтром 14 установлен внутри приёмопередающего блока вне зоны излучаемого лазерного потока и оптически связан с наружной поверхностью защитного стекла 12. Кондиционер 18 закреплен на верхней части защитного стекла 12 вне зоны лазерного излучения.A photodetector 13 with an interference filter 14 is installed inside the transceiver unit outside the zone of the emitted laser stream and is optically coupled to the outer surface of the protective glass 12. The air conditioner 18 is mounted on the upper part of the protective glass 12 outside the laser radiation zone.

Приёмопередающий блок светолокационного измерителя высоты нижней границы облаков работает следующим образом.The transceiver unit of the radar measuring instrument of the height of the lower boundary of the clouds works as follows.

Свет от лазерного источника 1, пройдя через центральное отверстие 8 зеркала б и оптические элементы 5 и б, попадает на малое сферическое зеркало 9 и, отражаясь от него, попадает на зеркало 7. После отражения от зеркала 7 широкий оптический поток проходит через защитное стекло 12, если на нем нет снега, изморози или обледенения без диффузионного отражения и направляется его на облачность.The light from the laser source 1, passing through the central hole 8 of the mirror b and the optical elements 5 and b, enters the small spherical mirror 9 and, reflected from it, enters the mirror 7. After reflection from the mirror 7, a wide optical stream passes through the protective glass 12 if there is no snow, hoar frost or icing on it without diffusion reflection and it is sent to cloud cover.

12 попадает на зеркало 10 объектива приёмной оистемы 3, через зеркало 10 объектива приёмной системы 3 и далее через зеркало 11 и центральное отверстие зеркала 10 на приемник света 2.12 enters the mirror 10 of the lens of the receiving system 3, through the mirror 10 of the lens of the receiving system 3 and then through the mirror 11 and the central hole of the mirror 10 to the light receiver 2.

В случае попадания снега на защитное стекло или образования изморози, или обледенения поперечное сечение излучаемого лазерного потока плохо пропускается защитным стеклом 12 и, взаимодействуя со снегом, образует диф|)узное отражение, которое начинает приниматься фотоприёмником 13 через интерференционный фильтр 14 и преобразует его в электрический сигнал, который усиливается усилителем 15 и попадает на пороговое устройство 16, срабатывающее при уровне осадков в виде снега, изморози или обледенения, при котором уменьшается мощность зондирующего выходного импульса настолько, что недопустимо падает дальность обнаружения нижней границы облаков, и выходной сигнал с порогового устройства 16 поступает на блок включения кондиционера 17, включающий кондиционер 18, который горячим воздухом сдувает падающий снег на защитное стекло 12 или снимает изморозь или обледенение и восстанавливает допустимый коэффициент пропускания защитного стекла 12, после чего электрический сигнал попадает на вход усилителя 15 и пороговое устройство 16, с выхода которого электрический сигнал поступает на блок включения кондиционера 1 и включает кондиционер 18.In the event of snow falling on the protective glass or the formation of frost or icing, the cross section of the emitted laser stream is poorly transmitted by the protective glass 12 and, interacting with the snow, forms a diffuse reflection, which begins to be received by the photodetector 13 through the interference filter 14 and converts it into electrical the signal, which is amplified by the amplifier 15 and gets on the threshold device 16, triggered when the level of precipitation in the form of snow, frost or icing, at which the sounding power decreases its output pulse so that the range of detection of the lower boundary of the clouds is unacceptably reduced, and the output signal from the threshold device 16 is supplied to the air conditioning unit 17, including the air conditioner 18, which blows off the falling snow on the protective glass 12 with hot air or removes frost or icing and restores acceptable transmittance of the protective glass 12, after which the electric signal enters the input of the amplifier 15 and the threshold device 16, from the output of which the electric signal is supplied to the unit turning on the air conditioner 1 and turns on the air condition 18.

Благодаря широкому полю зрения фотоприёмника 13 он охватывает диффузное отражение всего защитного стекла 12, а имеюшдйся узкополосный интерфенционный фильтр 14 позволяет принимать диффузное отражение только лазерного излучения.Due to the wide field of view of the photodetector 13, it covers the diffuse reflection of the entire protective glass 12, and the existing narrow-band interference filter 14 allows you to receive diffuse reflection only of laser radiation.

Таким образом, обеспечивается сохранение дальности обнаружения высоты нижней границы облаков и нормальная работа прибора в любых метеорологических условиях.Thus, the preservation of the detection range of the height of the lower boundary of the clouds and the normal operation of the device in any meteorological conditions are ensured.

источники ИНФОРМАЦИИsources of information

1.СССР, Авторское свидетельство N 563658, МПК; G 01 W 1/00, 1977 г.1.SSSR, Copyright Certificate N 563658, IPC; G 01 W 1/00, 1977

2.Российская Федерация, полезная модель, свидетельство N 7210, МПК; G 01S 1/66, 1998 Г. - ПрОТОТИП.2. The Russian Federation, utility model, certificate N 7210, IPC; G 01S 1/66, 1998 - PROTOTYPE.

Claims (1)

Приемопередающий блок светолокационного измерителя высоты нижней границы облаков, содержащий расположенные на одной оптической оси по ходу оптического луча лазерный источник с оптической системой, формирующей диаграмму направленности в виде параллельного пучка света, приемник света, оптическую систему приемника, формирующую диаграмму направленности в виде оптического конуса, после которой составляет угол, обеспечивающий полный охват излучаемого светового потока на расстоянии, равном максимальной дальности обнаружения нижней границы облаков, и защитное стекло, установленное на выходе приемопередающего блока под углом к оптической оси, отличающийся тем, что в него дополнительно введены последовательно соединенные между собой фотоприемник с интерференционным фильтром, усилитель, пороговое устройство, блок включения кондиционера и кондиционер, причем фотоприемник с интерференционным фильтром установлены внутри приемопередающего блока вне зоны излучаемого лазерного потока и оптически связан с наружной поверхностью защитного стекла, а кондиционер закреплен на верхней части защитного стекла вне зоны лазерного излучения.

The transmitter-receiver unit of the light-radar height meter of the lower boundary of the clouds, containing a laser source located on the same optical axis along the optical beam with an optical system that forms a radiation pattern in the form of a parallel beam of light, a light receiver, the optical system of the receiver, which forms a radiation pattern in the form of an optical cone, after which is an angle that provides full coverage of the emitted light flux at a distance equal to the maximum detection range of the lower face clouds, and a protective glass installed at the output of the transceiver unit at an angle to the optical axis, characterized in that it additionally includes a photodetector with an interference filter, an amplifier, a threshold device, an air conditioning unit and an air conditioner, and a photodetector with interference the filter is installed inside the transceiver unit outside the zone of the emitted laser stream and is optically connected to the outer surface of the protective glass, and the air conditioner is mounted on erhney part of the protective glass is laser radiation zone.