Реферат: Светолокационный измерительный преобразователь расстояния до нижней границы облаков

Неблагоприятная экологическаяобстановка на территории Российской Федерации требует уделения особого вниманиявопросам охраны природы и экологического воспитания. Контроль за воздействиемот хозяйственной деятельности человека на окружающую среду и природный комплекс- необходимая составная часть мероприятий по улучшению использования природных ресурсов. Многие отраслипромышленности, сельского хозяйства в большой степени зависят от четкости,оперативности работы и надежностипрогнозов федеральной системы наблюдений и контроля за окружающей средой.Оперативность и своевременность подачи штормовых предупреждений,заблаговременный прогноз опасных и особо опасных явлений погоды являютсянеотъемлемой частью успешной и безопасной работы многих отраслей хозяйства итранспорта, а долгосрочные метеорологические прогнозы играют решающую роль ворганизации сельскохозяйственного производства.

Одним из важнейших параметров, определяющихвозможность прогнозирования опасных погодных явлений, является высота нижнейграницы облаков.

Принципизмерения высоты нижней границы облаков, использующийся в измерители высотыоблачности ИВО-1М и регистраторе РВО-2.

Под высотой облаков в метеорологиипонимают высоту их нижней границы над поверхностью земли. В основном измеряют высоту облаков среднего инижнего ярусов ( не выше 2500 м.). При этом определяется высота самых нижнихоблаков. При тумане высота облаков принимается равной нулю, и в аэропортах вданных случаях измеряется “вертикальная видимость”. В основу измерения высотынижней границы облаков в ИВО-1М и РВО-2 положен метод светолокации.

Этим методом высота нижней границыоблаков определяется по времени прохождения светом пути от излучателя света дооблака и обратно. Высота облаков Н определяется по формуле:

где — скорость света

— время прохождения света до облака и обратно.

Световой импульс посылается излучателеми после отражения принимается приемником. Излучатель и приемник располагаются внепосредственной близости друг от друга.

Принцип работы измерителяи регистратора нижней границы облаков.

1. Измеритель высоты нижней границыоблаков ИВО-1М.

ИВО-1М состоит из передатчика иприемника световых импульсов, пульта управления и комплекта соединительныхкабелей. Приемник и передатчик устанавливаются на открытой площадке нарасстоянии 8-10 метров друг от друга. Передатчик и приемник аналогичны поконструкции и содержат параболические зеркала, защитные стекла и крышки,которые перед измерениями поднимаются при помощи электродвигателей.

В качестве источникасветовых импульсов используется троботрон типа ИСШ-100. Мощные световые импульсы прямоугольной формы длительностьюоколо 1мс и частотой 20Гц излучаются вертикально вверх. Часть рассеянной облакомэнергии( световые импульсы с гармониками, кратными основной частоте сигнала)возвращается к приемнику и преобразуется фотоэлектронным умножителем ФЭУ-1 вэлектрические импульсы. Непосредственно в приемнике расположен предварительныйширокополосный усилитель. который позволяет уменьшить влияние помех припередаче сигнала к пульту управления, расположенному в помещении на расстояниидо 50 м. от приемопередатчика.

С помощью пультауправления, содержащего электронно-лучевую трубку, оператор может вручнуюизмерять время запаздывания эхо-сигнала, отраженного облаком, относительно зондирующегосигнала, излученного передатчиком. Измерение производится с помощью схемыкомпенсации, которая содержит регулируемый источник питания и позволяет менятьнапряжение на правой по схеме пластине ЭЛТ (рис.1).

Поворачивая ручку потанциометра, накоторой закреплен указатель шкалы высот, оператор компенсирует напряжение,поступающее от генератора развертки на левую пластину ЭЛТ. Напряжение на выходегенератора развертки за один период излучения возрастает пропорциональновремени, прошедшему с момента излучения зондирующего сигнала, и по достижениинекоторого уровня, соответствующего диапазону измерения, возвращается кисходному уровню. В соответствии с этим электронный луч пробегает вдоль экранаЭЛТ слева на право с частотой излучения 20 раз в секунду.

Рис.1 Блок- схема ИВО-1М.

передатчик приемник

<img src="/cache/referats/455/image004.gif" v:shapes="_x0000_s1056"><img src="/cache/referats/455/image005.gif" v:shapes="_x0000_s1053"><img src="/cache/referats/455/image006.gif" v:shapes="_x0000_s1050"><img src="/cache/referats/455/image007.gif" v:shapes="_x0000_s1047"><img src="/cache/referats/455/image008.gif" v:shapes="_x0000_s1032"> 8-10м.

<img src="/cache/referats/455/image010.gif" v:shapes="_x0000_s1106"><img src="/cache/referats/455/image011.gif" v:shapes="_x0000_s1103"><img src="/cache/referats/455/image012.gif" v:shapes="_x0000_s1070"><img src="/cache/referats/455/image013.gif" v:shapes="_x0000_s1062"> 1 2

<img src="/cache/referats/455/image017.gif" v:shapes="_x0000_s1086"> ЭЛТ

<img src="/cache/referats/455/image018.gif" v:shapes="_x0000_s1123"><img src="/cache/referats/455/image019.gif" v:shapes="_x0000_s1100"><img src="/cache/referats/455/image020.gif" v:shapes="_x0000_s1097"><img src="/cache/referats/455/image021.gif" v:shapes="_x0000_s1094"><img src="/cache/referats/455/image022.gif" v:shapes="_x0000_s1089"><img src="/cache/referats/455/image023.gif" v:shapes="_x0000_s1067"> 3

<img src="/cache/referats/455/image026.gif" v:shapes="_x0000_s1073"><img src="/cache/referats/455/image013.gif" v:shapes="_x0000_s1064"> 4 5

6

пульт управления

может стыковаться с ДВ-1М

1-схемакомпенсации 4-генераторметок

2-видеоусилитель 5-АРУ

3-генераторразразвертки 6-блокпитания

Такая частота повторения ЭЛТ позволяет наблюдать на экраненепрерывно-светящуюся картину развертки луча трубки. При наличии эхо-сигнала.поступающего на нижнюю пластину ЭЛТ от видеоусилителя, на линии развертки появитсяимпульс, положение которого относительно линии развертки соответствуетзапаздыванию эхо-сигнала по отношению к зондирующему. Это запаздываниепропорционально высоте облаков. Отсчет высоты облаков производится операторомпосле установки середины переднего фронта эхо-сигнала на вертикальную черту вцентре экрана.

В пульте управления имеется также схемаАРУ, которая позволяет поддерживать неизменной амплитуду эхо-сигналов во всемдиапазоне измерения. Генератор меток предназначен для периодической проверкисохранности градуировки шкалы высот в условиях эксплуатации.

Приемник и передатчик должныустанавливаться на расстоянии не менее 200 метров от радиолокационных станций ине менее 500 метров от средневолновых радиостанций.

2.Регистратор нижнейграницы облаков РВО-2.

Регистратов высоты облачности РВО-2является усовершенствованным вариантом ИВО-1М, имеет лучшиеэксплуатацинно-технические характеристики и более широкие возможностиприменения.

В РВО-2 улучшена шкала высот. Онаразбита на десятки метров, что позволяет произвести считывание показаний о ВНГОс погрешностью не более 5 метров. За счет уменьшения длительности световогоимпульса, увеличения напряжения на конденсаторе основного разряда импульснойлампы, увеличения крутизны фронтов светового импульса передний фронт сигнала наЭЛТ пульта управления круче — это обеспечивает более точное измерение ВНГО. Ноуказанный режим питания импульсной лампы значительно снижает ее ресурс.

РВО-2 электромагнитно совместим срадиотехническими средствами и не имеет таких ограничений по установкиприемника и передатчика, как ИВО-1М.

Для устранения запотевания и обмерзаниястекол приемника и передатчика обеспечено их подогревание обогревательным элементоммощностью порядка 200 Вт.

РВО-2комплектуются в 3-х вариантах:

·

впервый вариант (РВО-2) входят: передатчик, приемник световых импульсов и пультуправления;

·

вовторой вариант(РВО-2-01) входят: передатчик и приемник световых импульсов, пульуправления, регистратор. Этот вариант обеспечивает измерение ВНГО до 2000метров и автоматическую регистрацию ее до 1000 метров при расположении пультауправления и регистратора на расстоянии до 50-70 метров от места установкипередатчика и приемника;

·

втретий вариант (РВО-2-02) входят: передатчик и приемник световых импульсов,пульт управления, регистратор и выносной пульт. Этот вариант дает возможностьизмерять и регистрировать ВНГО так же, как и РВО-2-01, и измерять ирегистрировать ВНГО до 1000 м. по самописцу выносного пульта при расположениипоследнего на расстоянии до 8 км. от места установки передатчика и приемник.

Погрешность измерений ВНГО у РВО-2такая же, как и у ИВО-1М. РВО-2-01 иРВО-2-02 обеспечивают автоматическое измерение и регистрацию ВНГО через 15, 30 или 60 минут в соответствиис установкой “интервал”, при необходимости возможна регистрация ВНГО синтервалом в 3 минуты и непрерывная регистрация втечение 1,5 минуты.

3. Приставка ДВ-1М.

Дистанционная приставка ДВ-1Мпредназначена для дистанционного измерения ВНГО в комплекте с ИВО-1М или РВО-2и передачи в канал связи результатов измерений (структурная схема на рис.2).Основными узлами приставки являются: блок преобразования и блок логическойобработки.

Блок преобразования позволяет получитьна логическом выходе напряжение постоянного тока, прямопропорциональное временизапаздывания эхо-сигнала относительно зондирующего импульса. С этой целью вблоке преобразования последовательно соединены ждущий мультивибратор, генераторпилообразного напряжения и пиковый детектор.

Особенностью схемы ДВ-1 являетсяналичие дополнительного пикового детектора и схемы сравнения выходныхнапряжений двух пиковых детекторов. Такая схема позволяет осуществлятьлогическую фильтрацию результатов измерений на выходе устройства по критериюотношения сигнал/помеха. При отсутствии помехи и наличии эхо-сигнала на входеустройства на выходе обоих пиковых детекторов оказываются равными. Если жеоблаков нет и отсутствует шумовая помеха (например, при измерениях ночью), торазличие напряжений на выходах детекторов будет максимальным. При этом пиковыйдетектор 1 отключен от ГПИ, который в этом случае формирует импульсымаксимальной амплитуды на входе пикового детектора 2. При наличии эхо-сигнала ипомехи разность напряжений на пиковых детекторах будет тем больше, чем большеуровень помехи. Такая структурная схема обеспечивает надежную защиту от шумовфоновой засветки без снижения чувствительности к полезным сигналам. Этопроисходит потому, что при наличии низкой облачности уровень фоновой засветкирезко снижается, что и гарантирует достаточно высокий уровень отношениясигнал/шум.

Удаление ДВ-1М от места установкиИВО-1М или РВО-2 до 5 километров.

Основныенормативно-технические характеристики ИВО и РВО.

Параметры

Значения

Диапазон измерений расстояния до светоотражающей поверхности твердой мишени, м

от 50 до 450

Предел допускаемой погрешности измерителя, м

50-150 м

150-500 м

не более (0,1Н+5)

не более (0,074Н+10)

Диапазон измерения времени ( ) прохождения световым импульсом расстояние Н до отражающей поверхности и обратно, нс

от 333 до 3000

Предел допускаемой погрешности в диапазоне

333-1000 нс

1000-3000 нс

не более (0,1 +33)

не более (0,07 +67)

Полный диапазон измерений расстояния до НГО, м

от 50 до 2000

Поверкасветолокационного преобразователя ИВО.

При проведении поверки выполняютсяследующие операции:

1.

внешний осмотр;

2.

опробование;

3.

определение метрологических параметров.

Средстваи условия поверки.

При проведении поверки применяютсяследующие средства поверки:

·

комплектобразцовых линий задержки электрического сигнала на 200, 333, 533, 867, 1400,2133 и 3000 нс, с погрешностью указанной в таблице (см. ниже);

·

вольтметрпеременного тока для измерения напряжений питающей сети 1-го класса.

Нормативно-техническиехарактеристики комплекта образцовых кабельных линий задержки для поверкипреобразователей типа ИВО и РВО.

время задержки сигнала

( ), нс

предел допускаемой погрешности определения

( ), нс

имитируемая высота,

м

200

13

28-32

333

16

48-52

533

21

77-83

867

26

126-134

1400

41

204-216

2133

54

312-328

3000

73

439-461

Припроведении поверки должны выполнятся следующие условия:

·

преобразовательпредъявляемый на периодическую поверку должен быть в исправном состоянии;

·

кпроведению поверки допускают лиц, прошедших специальную подготовку и имеющихправо проведения ведомственной или государственной поверок;

·

припроведении поверки должны соблюдаться условия, обеспечивающие сохранностьметрологических характеристик преобразователя и контрольно-поверочнойаппаратуры;

·

припроведении поверки допускается нахождение приемника и передатчика вестественных условиях открытой атмосферы, при отсутствии сильных и умеренныхосадков и туманов;

·

припроведении поверки должны соблюдаться требования техники безопасности.

Подготовкак поверки и проведение поверки.

Перед проведением поверки проверяетсяналичие и полнота комплекта и преобразователя и сопроводительной документации,Затем необходимо развернуть приемник и передатчик на местах их установки изамкнуть световой канал с помощью полуоткрытых крышек (ИВО) или наклонных щитов(РВО).

Затем отсоединяется кабель приемника отпульта управления преобразователя и в разрыв включается кабельная вставка сподсоединенным к ней замыкателем. С помощью вольтметра переменного токапроверяется наличие напряжения питания преобразователя, которое должно быть вустановленных пределах. Необходимо заранее подготовить протоколы поверки,зафиксировать в них метеорологические параметры окружающей Среды, данныеприемника, передатчика и пульта управления, напряжение сети.

Рис. 3 Схема замыкания светового канала преобразователя типа ИВО или РВО дляпроведения поверки.

L

Проведение поверки начинается свнешнего осмотра. Маркировка всех частей преобразователя должна должна бытьотчетливо различима. органы регулировки и настройки должны вращаться плавно,без заеданий, кнопки при нажатии не должны западать. Защитные стекла иотражатели не должны иметь загрязнений, трещин и дефектов. Части разъемовдолжны легко соединяться и размыкаться. Крышки приемника и передатчика должнысвободно открываться и закрываться как в ручную, так и автоматически.

Следующая стадия поверки — опробование.При включении преобразователя в работу должна мигать лампа передатчика. и наэкране ЭЛТ появиться линия развертки исигнал. При включенном обогреве (РВО) защитные стекла приемника и передатчикабудут теплыми.

После опробования определяютсяметрологические параметры преобразователя. Для этого отсоединяют от кабельнойвставки замыкатель L3 (см. рис. 4) и на его место подключают к разъемам Ш1 и Ш2кабельные линии задержки, начиная с линии с минимальной временной задержкой,имитирующей расстояние до НГО, и далее последовательно подключаются линии на533 нс(80 м), 867 нс(130 м), 1400 нс(210 м), 2133 нс(320 м) и 3000 нс(450 м).Затем операцию повторяют и обратной последовательности.

Рис. 4 Схема подключения при поверки ИВО и РВО.

<img src="/cache/referats/455/image031.gif" v:shapes="_x0000_s1087"><img src="/cache/referats/455/image032.gif" v:shapes="_x0000_s1084"> 4 5 6

<img src="/cache/referats/455/image036.gif" v:shapes="_x0000_s1132"><img src="/cache/referats/455/image037.gif" v:shapes="_x0000_s1129"> 1 2

<img src="/cache/referats/455/image042.gif" v:shapes="_x0000_s1104"> 3

1- передатчик 4- пульт управления

2- приемник 5- приставка ДВ-1

3- кабельная линия задержки 6- стрелочный указатель

Рис.5 Кабельная вставка для проверкипреобразователя типа ИВО или РВО.

Ш2-1 Ш2-2

Ш1 Ш2

<img src="/cache/referats/455/image070.gif" v:shapes="_x0000_s1144"> L3

Обозначение

Наименование

Ш2-1

Розетка ШР32ПК12НГ

Ш2-2

Вилка ШР32ПК12НШ

Ш1, Ш2

Соединитель радиочастотный СР-50

L3

Кабальный замыкатель из кабеля РК-50 длиной 0,2 м

Полученные результаты заносятся впротокол. Протокол должен содержать информацию о составе поверяемого прибора(заводские номера всех поверяемых приборов, а так же номера ДВ-1 и стрелочногоуказателя), о метеорологических условиях в которых проходила поверка (температура окружающего воздуха, температурав помещениях, где были установлены пульт управления, ДВ-1 и стрелочныйуказатель. Кроме того, указываются средства и устройства поверки с заводскими номерами (термометры, вольтметр,рулетка измерительная, комплект линии задежки).

В протоколе указывается и погрешностьпреобразователя. Рассмотрим определяемые погрешности на примере.

имитируемое расстояние(Н), м

результат измерения(Н*), м

разность а=Н-Н*, м

(а- ),

м

59

60

-1

1

117

<span Courier New"; mso-bidi-font-family