Методы и средства измерения метеорологической дальности видимости

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Глава 1. Методы и средства измерения метеорологической дальности видимости

1.1 Метеорологическая дальность видимости как метеорологическая величина

Видимость наряду с высотой облаков является тем важнейшим элементом, по которому устанавливается минимум метеоусловий, позволяющих производить взлет и посадку, ориентировку экипажа в полете и выполнение специальных работ авиаций. Если видимость во время полета хорошая, летчик легко ориентируется в воздухе, видит все препятствия, поэтому нет опасности столкновения с ними. Полет при плохой видимости значительно усложняется, так как летчик вынужден пилотировать самолет только по приборам.[2, c.99].

Видимость в атмосфере представляет собой сложное психофизическое явление, обусловленное, главным образом, ослаблением светового потока частицами воздуха, а также жидкими и твердыми частицами, находящимися в атмосфере во взвешенном состоянии.

Ослабление светового потока в атмосфере характеризуется коэффициентом ослабления.

Видимость в атмосфере определяется не только коэффициентом ослабления, но также индивидуальной способностью восприятия и интерпретации, характеристиками источника света.

Международной комиссией по освещению (МКО) и Международной электротехнической комиссией (МЭК) установлены и рекомендованы четыре следующих фотометрических параметра:

а) световой поток (p) - величина, получаемая на основе потока излучения путем оценки этого излучения в соответствии с его воздействием на стандартного фотометрического наблюдателя, который определен Международной светотехнической комиссией (МСК);

б) сила света (интенсивность света) (i)- световой поток, приходящийся на единицу телесного угла;

в) яркость (фотометрическая яркость) (x) - сила света, приходящаяся на единицу площади освещаемой поверхности в заданном направлении

г) освещенность (E) - световой поток, приходящийся на единицу площади;

Понятие «видимость» широко применяется в метеорологии в двух совершенно определенных значениях. Во-первых, это одна из метеовеличин, характеризующая воздушные массы (арктическую, полярную, тропическую) и используемая в синоптической метеорологии и климатологии. В этом случае видимость является показателем оптического состояния атмосферы. Во вторых, это оперативный параметр, соответствующий определенным критериям или специальным применениям. В этом случае видимость выражается в виде расстояния, на котором видны конкретные маркеры или огни.

Мера видимости, используемая в метеорологии, в том числе и при метеорологическом обеспечении авиации, должна быть свободна от влияния не метеорологических условий и связана с субъективными представлениями о видимости и расстоянием, на котором обычные объекты могут наблюдаться и распознаваться.

Существуют следующие характеристики, определяющие дальность видимости:

метеорологическая дальность видимости (МДВ), метеорологическая оптическая дальность (МОД), дальность видимости на взлетной посадочной полосе ВПП.

Термин «дальность видимости на ВПП» во вех документах определяется одинаково: «Дальность видимости на ВПП». Расстояние в пределах которого пилот воздушного судна, находящегося на осевой линии ВПП, может видеть маркировочные знаки на поверхности ВПП или огни, которые ограничивает ВПП или обозначают ее осевую линию»

Дальность видимости объектов может изменяться в широких пределах: от нескольких метров в сильном тумане или в метели до нескольких десятков километров в прозрачном воздухе, пришедшем из Арктики.[3, с. 137].

Метеорологическая дальность видимости (МДВ) - наибольшее расстояние, с которого можно обнаружить днем на фоне неба или дымки черный объект размером более 15 угловых минут, ночью - опознать световые ориентиры, МДВ измеряется в м и км.

Видимость различных объектов зависит от целого ряда факторов, основными из которых являются:

- размеры, форма и цвет наблюдаемого объекта;

- цвет и яркость фона, на котором проецируется объект. Если цвет и яркость фона и объекта совпадают, объект не будет виден. Чем более контрастно различаются их цвета, тем лучше виден объект;

- освещенность предмета и фона. При хорошей освещенности предмет будет виден лучше, чем при плохой;

- выпуклость поверхности Земли и наличие естественных и искусственных препятствий ограничивают видимость предметов, их влияние существенно зависит от высот предмета и полета над поверхностью Земли;

- свойства глаз наблюдателя, их чувствительность к восприятию контраста цветов, острота зрения и др.;

- прозрачность атмосферы - степень ее замутненности, наличие в ней пыли, дыма и мельчайших взвешенных капелек воды (осадков).

Видимость определяется как на земле, так и с самолетов.

Обеспечение полетов современной скоростной авиации особенно на малых высотах и при снижении на посадку, требует определения горизонтальной, наклонной и вертикальной дальностей видимости.

Горизонтальная дальность видимости (ГДВ) - это видимость в горизонтальном направлении. Она может определяться как у поверхности земли, так и на высоте полета.

Наклонная дальность видимости - это видимость земных предметов с высоты полета в наклонной плоскости под некоторым углом к горизонту.

Вертикальная дальность видимости - это видимость в вертикальном направлении. Она зависит в основном от тех же факторов, что и ГДВ, но, кроме того, и от наличия облачности и слоев с ухудшенной видимостью под инверсиями.

Различные явления погоды (туман, осадки, пыльные бури, метели и др.) ухудшают горизонтальную, наклонную и вертикальную дальности видимости не в одинаковой степени. Так, сквозь тонкие облака и тонкий слои тумана сверху (в вертикальном направлении) могут хорошо просматриваться земные ориентиры. В то же время наклонная, а тем более горизонтальная дальность видимости в этом случае будет невелика. В прозрачном воздухе ГДВ будет меньше наклонной, так как на последнюю меньше влияют выпуклость земной поверхности и высота искусственных и естественных препятствий.

При наблюдении за мелкими объектами с малой высоты полета вертикальная видимость будет больше наклонной из-за малых угловых размеров объектов. Так, при высоте полета 8 - 10 км угловые размеры таких объектов, как железные и шоссейные дороги, здания, мосты, реки и небольшие населенные пункты, настолько малы, что их можно различить при ясной погоде, только пролетая над ними. Если же эти объекты оказываются в стороне от траектории полета, то они не видны. Такая ограниченная видимость объектов (ориентиров) затрудняет ориентировку при полете на малой высоте даже в ясную погоду.

Для решения ряда практических задач по метеорологическому обеспечению полетов ГДВ на аэродроме определяется инструментально или визуально по выбранным ориентирам (огням).

Известно, что результаты визуальных методов определения МДВ зависят от субъективных данных каждого наблюдателя и являются в связи с этим неточными, особенно ночью, когда нет достаточного количества ориентиров.

Более точными и не зависящими от субъективных данных наблюдателя являются инструментальные измерения видимости [2, c. 100].

1.2 Принципы и методы измерения

В современных средствах измерения (приборах) видимости атмосферы производится непосредственное измерение коэффициента пропускания () в слое атмосферы, соответствующем измерительной базе ( l ) или показателю ослабления ().

Измерение коэффициента пропускания () производится при использовании базисного метода (метод фотометрирования). При этом применяются два варианта реализации базисного принципа измерения (трансмиссометры, фотометры):

- двухконечный, когда передатчик (излучатель световых сигналов) устанавливается на одном конце базы, а приемник - на другом (рис.1.1.);

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис.1.1 Двухконечный базисный измеритель МОД (MOR)

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис.1.2 Одноконечный базисный измеритель МОД (MOR)

- одноконечный, когда передатчик и приемник находятся на одном конце базы, а отражатель светового потока, выходящего из передатчика, на другом конце базы (рис.1.2.)

Для измерения МОД (MOR) применяются оба варианта. Имеются приборы для измерения МОД (MOR), использующие оба варианта, на пример фотометр ФИ-2.

Перевод коэффициента пропускания (т) в величину видимости в атмосфере, т.е. в метеорологическую оптическую дальность МОД (MOR) производится по формуле Кошмидера, вытекающей из закона Буге:

Где l - длина пути светового луча в слое атмосферы,- порог контрастной чувствительности глаза.

Порог контрастной чувствительности глаза ( ) - наименьший яркостной контраст, который позволяет визуально опознать объект с приемлемой степенью четкости (безразмерная величина) .

Порог контрастной чувствительности глаза ( ) при наблюдениях в дневное время лежит в пределах 0,02-0,05; при этом его наиболее вероятное значение при остроте зрения наблюдателя, равной единице (1,0), находится в пределах 0,02-0,03. ИКАО в 1973 г. рекомендовала всем членам Международной организации гражданской авиации для обеспечения единства измерений МОД (MOR) использовать при метеорологическом обеспечении гражданской авиации= 0,05.

Выбор завышенного значения нормированного порога контрастной чувствительности глаза обусловлен требованиями обеспечения сопоставимости визуальных наблюдений за видимостью в атмосфере (см. определение МДВ) и метеорологической оптической дальности МОД (MOR). Использование завышенного порога контрастной чувствительности глаза ( ) приводит к соответствующему занижению рассчитанных значений МОД (MOR) и, следовательно, оценки дальности видимости на ВПП (RVR), передаваемых в информации, предназначенной для обеспечения взлета и посадки воздушных судов. При пороге контрастной чувствительности глаза =0,05 формула (1) принимает вид

Формула (1.2) должна быть принята за основу при расчетах таблиц перевода коэффициента пропускания в МОД (MOR).

Зависимость между МОД (MOR) и измеренным коэффициентом пропускания логарифмическая; следовательно, и точность вычисленных значений МОД (MOR) не линейная (рис.1.3.).

Из рис.1.3. видно, что для достижения требуемой точности измерения МОД (MOR) и диапазона измерения МОД (MOR), соответствующего минимуму аэродрома (ВПП), следует выбирать оптимальную длину измерительной базы и прибор, обеспечивающий достаточно точное измерение коэффициента пропускания. Рекомендуется следующая зависимость диапазона измерения МОД (MOR) от длины измерительной базы: нижний предел диапазона измерения равен 2/3 длины пути луча (от передатчика до приемника), верхний предел диапазона измерения равен 40 длинам пути луча (от передатчика до приемника).

Например, при длине измерительной базы l = 100 м в «двухконечном приборе» диапазон измерения МОД (MOR) составит 75 - 4000 м, в «одноконечном» - 150 - 8000 м.

Погрешность измерения МОД (MOR) зависит от точности измерения коэффициента пропускания () и длины измерительной базы. При точности измерения коэффициента пропускания не хуже ± 1 % и длине измерительной базы 75 м предел допускаемой погрешности измерения МОД (МOR) составляет (табл. 1.1. ).

дальность видимость фотометр гидрометеорологический



Таблица 1.1 Технические характеристики ФИ-2

± 5 %	в диапазоне 50 - 150 м,
±3%	в диапазоне 150-450 м,
±5%	в диапазоне, 450- 1500 м,
± 10 %	в диапазоне 1500 - 3000 м.

При точности измерения коэффициента пропускания не хуже ± 3 % и длине измерительной базы 200 м предел допускаемой погрешности измерения МОД (MOR) составляет( табл. 1.2.).

Таблица 1.2 Погрешности ФИ-2

± 15 %	в диапазоне 150 - 250 м,
± 10 %	в диапазоне 250 - 400 м,
±7%	в диапазоне 400 - 1500 м,
± 10 %	в диапазоне 1500 - 3000 м,
± 20 %	в диапазоне 3000 - 6000 м.

Рис.1.3 Зависимость диапазона измерения МОД (МО R) от длины измерительной базы (I) при точности измерения коэффициента пропускания не осу же ±1% (сплошная I = 20 м, прерывистая I = 200 м)

Нефелометрические методы измерения МОД (MOR) следующие:

Принцип измерения МОД (MOR) нефелометрами, измеряющими показатель ослабления, вытекает из закона Буге-Ламберта, выражаемого соотношением =ехр (), где т- коэффициент пропускания на базе (l), - показатель ослабления (одинаковый во всех точках зондируемой лучом трассы). МОД (MOR) определяется для однородных условий как 0,05=ехр (МОД), или MOД(MOR)=.

Для коэффициента контрастной чувствительности глаза 0,05 MOД(MOR)=

Таким образом, нефелометрический метод измерения МОД (MOR) основан на оценке показателя ослабления , характеризующего полное (интегральное) рассеяние во всех направлениях по отношению к зондирующему лучу света. В нефелометрах измеряется лишь некоторая величина рассеяния в одном направлении () под углом, близким к 45° ( в прямом направлении).

Для углов, близких к 45°, установлена связь 1,45. Эта связь может максимально отклоняться от значения 1,45 на ±13 %. В большинстве случаев это отклонение значительно меньше.

Для измерения (определения) показателя ослаблениспользуются следующие типы приборов:

- приборы бокового рассеяния,

- приборы прямого рассеяния,

- приборы обратного рассеяния.

Прибор бокового рассеяния зондирует объем воздуха, освещенный источником света, рассеянный от объема или внутри луча (рис. 1.4.).

Рис.1.4 Интегрирующий нефелометр (прибор бокового рассеяния)



Прибор прямого рассеяния представляет собой излучатель света (передатчик) и приемник, направленный оптической осью обычно под углом 30-40⁰ друг к другу (рис.1.5.)

Рис. 1.5 Принцип прямого рассеяния

Прибор обратного рассеяния аналогичен по принципу действия прибору прямого рассеяния. Отличие заключается в том, что приемник зондирует свет, рассеянный в обратную сторону (рис. 1.6.).

Рис.1.6 Принцип обратного рассеяния

Экспериментально (методом большого числа сравнительных измерений МОД (MOR) нефелометром и трансмиссометром) установлена связь между показателем ослабленияи измеряемой величиной (относительная, безразмерная величина), значительно менее ±13 %, что подтверждается сравнительными измерениями МОД (MOR), проведенными во Франции по заданию ВМО, где сравнивались показания 12 измерителей видимости, из которых семь приборов были нефелометрами [ 1, c. 21 ].



Глава 2. Сравнительные характеристики приборов фотометров импульсных

2.1 Сравнительная характеристика принцип работы

Фотометр импульсный ФИ-1.Назначение - непрерывные дистанционные измерения метеорологической дальности видимости и регистрация прозрачности атмосферы в любых метеорологических условиях в любое время суток(табл. 2.1.)

Рис.2.1 Фотометр импульсный ФИ-1

Таблица 2.1 Основные технические характеристики

Характеристика	Величина
Пределы измерений МДВ, м	50-6000
Диапазоны измерений МДВ, м: на базе 20 м (с ближним отражателем) на базе 100 м (с дальним отражателем)	50-600 240-000
Погрешности измерений МДВ в диапазоне, %, не более: 50-100 и 500-6000 м 150-250 и 3000-5000 м 250-400 и 1500-3000 м 400-1500 м	±20 ±15 ±10 ±7
прозрачности атмосферы по шкалам стрелочных индикаторов, %	±2
Время обработки фотометром рабочего участка шкалы прозрачности от 8 до 90%, мин Измерительные базы фотометра, м: с дальним отражателем с ближним отражателем	не более 1 100±0,5 20±0,1
Переход и его индикация с одной измерительной базы на другую Границы перехода, м: с дальнего отражателя на ближний с ближнего отражателя на дальний	автоматический или ручной 300±20% 600±20%
Дистанционность измерения по трехпроводной линии связи, км Сопротивление линии связи, Ом/км, Сопротивление изоляции линии связи, МОм/км Напряжение питания, В Потребляемая мощность, Вт,	5 не более 100 не менее 5 220 (50 Гц) не более 300
Время готовности к работе при первом включении, мин: при положительных температурах при отрицательных температурах	30 60

Комплектация. Блок фотометрический БФ (1 шт.), блок регистрации БР (1 шт.), щит распределительный ЩР (1 шт.), вольтметр цифровой ВЦ (1 шт.), отражатель дальний ОД (1 шт.), отражатель ближний ОБ (1 шт.), штативы для БФ и ОД (2 шт.), штатив для ОБ (1 шт.), стабилизатор напряжений СН (1 шт.), замыкатель оптический 30 (1 шт.), ЗИП (1 комплект), кабели № 1, 4, 8 по 3 м (3 шт.), кабели .№ 3, 5, 9 по 5 м (3 шт.), кабель № 2 длиной 25 м (1 шт.), кабель 7 длиной 100 м (1 шт.), штырь заземления (3 шт.), подставка (1 шт.), техническая документация (1 комплект), преобразователь функциональный ПФ (1 шт.).

Принцип работы фотометра ФИ- 1 (рис. 2.1.) основан на определении величины ослабления светового потока воздушной средой. В фотометре применена схема уравновешивания электрических сигналов. При этом сравнению с образцовым напряжением подвергается не измерительный сигнал, а опорный после прохождения им всех элементов измерительной схемы

Установка и эксплуатация. Все входящие в фотометр приборы и блоки размещаются на месте эксплуатации в соответствии с монтажным чертежом, входящим в комплект технической документации. Блоки БФ, ОД и ОБ располагаются в створе, т. е, на одной прямой линии, причем ОБ должен быть ниже ОД, чтобы он своей массой не экранировал часть светового потока, идущего от ОД. ОД размещается от БФ на расстоянии 100±0,5 м, ОБ - на расстоянии 20±0,1 м. ОБ размещается на открытом воздухе, а БФ и ОД - в специальных защитных будках, аналогичных будкам, рекомендуемым для установки РДВ-3. Размеры будок: для БФ - высота 250, длина 220 и ширина 200 см; для ОД - высота 250, длина 160 и ширина 150 см. Штативы БФ, ОД и ОБ устанавливаются на бетонном основании.

При эксплуатации ФИ-1 окна защитных будок должны быть всегда открыты, а для исключения попадания осадков на блоки необходимо их устанавливать так, чтобы расстояние между блендами ОД и БФ и стенками будок было не менее 0,5 м. ПФ, БР и ВЦ размещаются в помещении метеоподразделения, осуществляется управление фотометром [3, c. 100].

Фотометр импульсный ФИ-2. Назначение - непрерывное дистанционное, измерение метеорологической дальности видимости (МДВ) и регистрация коэффициента светопропускания атмосферы на аэродромах для метеообеспечения взлета и посадки воздушных судов. Фотометр может быть использован автономно или в составе автоматизированных измерительных систем шпа КРАМС, автоматизированных метеорологических комплексов аэродромного оборудования и т. д. Принцип действия ФИ-2 основан на измерении степени ослабления интенсивности световых импульсов после их прохождения через слой атмосферы, ограниченный длиной базисной линии прибора.

Таблица 2.2 Основные технические характеристики

Характеристика	Величина
Метеорологическая дальность видимости МДВ (цифровая индикация), м	от 60 до 6000
Измерение коэффициента светопропускания атмосферы, %	от 0 до 100
Погрешность измерения коэффициента светопропускания, % Рабочий температурный диапазон, О	не более 1,5 от -50 до + 50
Мощность потребления, ВА, без обогрева/ с обогревом	60/120
Питание: сеть 220 В (50-60) Гц без внешнего стабилизатора Индикация МДВ и передача сигнала управления на расстоянии, в км, не менее 8 (имеется возможность дистанционного включения выключения фотометрического блока).

Фотометр импульсный ФИ-3. Назначение - непрерывные дистанционные измерения прозрачности атмосферы с целью определения метеорологической дальности видимости (МДВ) на аэродроме при метеорологическом обеспечении взлета и посадки воздушных судов.

Измерения могут проводиться в любое время суток.

Измеритель может быть использован автономно или в составе аэродромных метеорологических станций.

Основные технические характеристики приведены в (табл. 2.3.)

Измеритель работоспособен при воздействии атмосферного давления 700 гПа (525 мм рт. ст.).

Рис.2.4 Фотометр импульсный ФИ-3

Таблица 2.3 Основные технические характеристики

Характеристика	Величина
Диапазон определения МДВ, м	60 - 8000
Диапазон регистрации коэффициента пропускания слоя атмосферы, %	0-100



2.2 Сравнительные конструкции фотометров импульсных

Фотометр импульсный ФИ-1. Структурная схема БФ показана на рис 2.2. Фотометр содержит опорный измерительный каналы. Опорный канал необходим для компенсации ошибок измерения, связанных с нестабильностью характеристик фотоумножителя, источника световых импульсов, усилителя электрических сигналов и напряжения источников питания. Блок БФ имеет импульсный источник света ИЛ, коммутаторы оптического К1 и электрического К2 каналов, общий электрический канал, содержащий блок фотоэлектронного умножителя ФЗУ, катодные повторители КП, пиковый детектор ПД, источник питания ФЗУ НП и раздельные электрические каналы: измерительный, состоящий из фильтра частоты коммутации ФЧК_изм, и опорный, содержащий фильтр частоты коммутации опорного капала ФЧК_о, дифференциальный усилитель ДУ, источник напряжения сравнения Uo и вычитающее устройство ВУ. Световые потоки, поступающие на фотокатод ФЗУ из измерительного ИК и опорного ОК оптических каналов, представляют собой последовательность импульсов света длительностью до 2 мкс с частотой питающей сети 50 Гц.

Рис. 2.2 Структурная схема БФ

Коммутатор К1 обеспечивает поочередное поступление коротких серий этих импульсов на ФЗУ. Период коммутации равен 1 с. ФЗУ преобразует световые импульсы в электрические, которые затем поступают через катодные повторители КП, играющие роль согласующих элементов, в пиковый детектор ПД. С пикового детектора через коммутатор электрических каналов К2, работающий синхронно с коммутатором К1, электрические сигналы поступают на фильтры ФЧКо и ФЧКизм. С выходов этих фильтров снимаются соответственно сигналы U_o и U_mu в виде напряжений постоянного тока. Выход ФЧКизм является выходом фотометрического блока, а напряжение 1У_иэм пропорционально прозрачности атмосферы.

Для непосредственного отсчета результатов измерения прозрачности атмосферы используется стрелочный индикатор функционального преобразователя ПФ, а для регистрации - блок регистрации БР, подключаемые к выходу измерительного канала БФ. Электрическая часть опорного канала кроме рассмотренных выше элементов содержит источник напряжения сравнения U₀, дифференциальный усилитель ДУ и вычитающее устройство. Если напряжение на выходе опорного канала U_on становится отличным от U_o, то разность этих напряжений усиливается ДУ и подается на вычитающее устройство, при этом напряжение U_nm ФЗУ изменится на величину, пропорциональную напряжению рассогласования (У, и коэффициент усиления ФЗУ автоматически установится таким, при котором опорный сигнал U_on будет равен U₀ независимо от изменения параметров схемы.

В фотометре применен импульсный источник света ИСШ-7, который по продолжительности работы не уступает лампам накаливания и в то же время имеет ряд преимуществ: не требует применения электромеханического модулятора, как это сделано в РДВ; частота следования импульсов света равна частоте питающего напряжения сети (50 Гц); яркость световых вспышек в сотни и тысячи раз выше яркости ламп накаливания, что позволило использовать более простой усилитель сигналов на входе фотодетектора и успешно вести борьбу с шумами фоновой засветки; заметно сократилась мощность, потребляемая прибором!

На рис.2.3. приведена схема соединения блоков аппаратуры ФИ-1. Электропитание на фотометрический блок БФ подается со стабилизатора напряжения СН через распределительный щит ЩР. Включение БФ осуществляется с функционального преобразователя ПФ по трех проводной линии связи. Для блока БФ и отражателей ОБ и ОД предусмотрен обогрев: два нагревательных элемента в БФ и по одному в отражателях ОД и ОБ. Нагревательные элементы питаются от сети переменного тока напряжением 220 В и включаются тумблером ОБОГРЕВ па передней панели блока ЩР.

Рис.2.3 Схема соединения блоков аппаратуры ФИ-1

Фотометр может работать как с двумя, так и с одним отражателем. Выбор ОБ или ОД осуществляется автоматически и вручную. Для работы в автоматическом режиме переключатель рода работы АВТ - РУЧН. на блоке ПФ устанавливается в положение АВТ. При ручном управлении переключатель диапазонов устанавливается при работе с ближним отражателем в положение ОБ, а при работе с дальним отражателем в положение ОД. Для получения значения МДВ необходимо дополнительное преобразование выходного параметра. При подключении БФ к КРАМС это преобразование производится вычислительным устройством станции. Если же фотометр работает автономно или в комплекте с АДМС, преобразование выходного параметра осуществляется с помощью блока ПФ. В фотометре применен функциональный преобразователь на транзисторах, с помощью которого напряжение постоянного тока, пропорциональное прозрачности атмосферы, преобразуется сначала в частоту следования импульсов, а затем в напряжение постоянного тока, пропорциональное значению метеорологической дальности видимости.

В полях получения информации о значениях МДВ в цифровой форме к выходу ПФ подключается цифровой вольтметр ВЦ. Преобразователь ПФ устанавливается рядом или на удалении до 5 км от БФ и соединяется с ним трехпроводной линией связи, по которой передаются результаты измерения, сигналы дистанционного управления и индикации диапазонов измерений. Индикация диапазонов обеспечивается одной из двух цветных ламп, расположенных на передней панели ПФ. В момент перехода с одного диапазона на другой с БФ на ПФ поступает сигнал переменного тока, который используется для переключения ламп-индикаторов, указывающих масштаб шкалы стрелочного индикатора, установленного в блоке ПФ.

Блок БФ смонтирован в специальном брызгозащищенном кожухе, на задней стенке которого размещены разъемы для подключения питания и линии связи, оптические бленды визуального контроля при установке и настройке прибора. В нижней чаети БФ в специальном отсеке размещены блоки измерительный и питания, которые легко могут быть извлечены из корпуса для ремонта и замены. В средней части БФ установлена плита, на которой размещены: выходная линза в оправе, узел импульсной лампы ИСШ, узел ФЗУ с коммутатором оптических каналов, плата катодного повторителя, узел сферического зеркала и оптический прицел.

Отражатель ОД представляет собой набор из девяти триппль-призм, которые смонтированы в специальной обойме, установленной в корпусе. Для предохранения от загрязнения перед призмами установлены диафрагмы и цилиндрические бленды, размещенные в прямоугольной оправе. Оправа с блендами крепится к корпусу с помощью замков. Для наведения БФ на отражателе имеется несложное прицельное устройство. Отражатель устанавливается на таком же, как и у БФ, штативе с поворотной головкой на расстоянии 100+0,5м от БФ.

Отражатель ОБ представляет собой оптическую систему, состоящую из вогнутого зеркала и линзы, закрепленных в корпусе и защищенных от загрязнения козырьком. Для регулировки интенсивности отраженного светового потока зеркало можно перемещать по резьбе вдоль оптической оси системы. В отражателе установлен обогреватель, исключающий запотевание линзы и зеркала. Напряжение питания обогревателя 220 В. Для подключения обогревателя к сети на отражателе имеется разъем. ОБ устанавливается на штативе, обеспечивающем его перемещение в вертикальной и горизонтальной плоскостях.

Преобразователь функциональный смонтирован на шасси и помещен в отдельный кожух. В качестве регистрирующего прибора в фотометре используется самопишущий миллиамперметр Н-392 с пределом измерения 1мА, регистрирующий значения прозрачности атмосферы. Индикация значений МДВ в цифровом виде производится цифровым вольтметром Ф216-1/3.

Штативы для установки БФ и ОД аналогичны штативам, входящим в комплект РДВ-3. Штатив для установки ОБ представляет собой телеметрическую штангу с опорой и тремя регулируемыми оттяжками. Штатив дает возможность регулировать положение ОБ по высоте, поворачивать его в горизонтальной и вертикальной плоскостях и фиксировать после наводки на БФ. Для подключения фотометра к сети переменного тока используется распределительный щит.

Фотометр импульсный ФИ-2. Отражательный блок. В отражательном блоке размещён дополнительный приёмник излучения. Благодаря этому базисные линии (короткая и удвоенная) пространственно совмещены, что гарантирует сходимость результатов измерений при переключении измерительных каналов и расширяет диапазон измерения МДВ без использования дополнительного отражателя.

Достоинства ФИ-2. Отличительной особенностью оптической схемы ФИ-2 от ФМ-1 является то, что обе базисные линии (короткая и удвоенная) пространственно совмещены благодаря размещению в отражательном блоке дополнительного фотоприёмника. Такая конструкция не только гарантирует сходимость результатов измерения МДВ при переключении измерительных каналов, но и обеспечивает расширенный диапазон измерения МДВ. Для контроля сходимости не требуется высокой прозрачности атмосферы.

Сходимость показаний МДВ в приборе ФИ-2 контролируется простым переключением измерительных каналов. Вы можете убедиться в сходимости показаний МДВ путём перекрытия потока нейтральным светофильтром. На удвоенной базисной линии фильтр действует дважды - при прохождении света к отражателю и обратно к первому фотоприёмнику, размещённому в блоке излучателя. В то же время на короткой базисной линии фильтр действует только при прохождении света в одном направлении - ко второму фотоприёмнику, размещённому в отражательном блоке.

В изделии ФИ-2 есть возможность наблюдения результатов измерения как на блоке индикации, так и на индикаторе контроля, установленном на фотометрическом блоке.

Расширенный диапазон измерения МДВ (коэффициент перекрытия равен 100) без использования дополнительного отражателя.

Повышенный температурный диапазон работы прибора

Повышенный рабочий ресурс излучателя световых импульсов (более 50 тыс. ч)( табл. 2.2.).

Аналоговый измерительный выход через двухпроводный канал связан с дистанционным пультом управления, имеющим цифровое табло для отображения МДВ.

Выход с цифровым преобразованием результатов измерения МДВ на базе RS232 (кода ASC II) обеспечивает сопряжение с современными метеорологическими комплексами и любыми вычислительными машинами типа IBM PC.

Спектральная характеристика оптического канала согласована с кривой видимости глаза.

Повышенная надёжность за счет электронного переключения оптических каналов (вместо электромеханического коммутатора).

Прибор имеет блоки защиты от грозы и перенапряжении в питающей сети [3, c.106].

Фотометр импульсный ФИ-3 Блоки измерителя, устанавливаемые открытом воздухе (в не отапливаемом помещении) работоспособны при воздействии воздушного потока со скоростью до 50 м/с, атмосферных конденсированных осадков (роса, иней), атмосферных выпадаемых осадков (дождь, снег), а также имеют защиту от загрязнений и запотеваний оптики.

Время приведения в работоспособное состояние измерителя, находящегося в резерве с включенными цепями питания, не более 5 мин.

При видимости менее 400 м измерения следует проводить в режиме ОБ.

При работе двух измерителей с общим блоком отражательным БО блоки БФ должны быть установлены на расстоянии не более 1,3 м.

При работе двух измерителей с раздельными блоками БО блоки БФ должны быть установлены на расстоянии не менее 2 м друг от друга.

Масса комплекта измерителя в транспортной таре составляет не более 100 кг.

В измерителе предусмотрены дистанционное автоматическое и

ручное (принудительное) переключение и индикация диапазонов измерения в соответствии со значением измеряемой МДВ.

Ручное переключение и индикация диапазонов обеспечиваются при любом значении МДВ

Напряжение питания измерителя, В……………………………..220

Частота, Гц………………………………………………………...50 ± 2,5

Полная мощность, потребляемая блоками измерителя, включая обогрев, не превышает 150 ВА.

В измерителе обеспечена цифровая индикация результатов измерений в единицах МДВ с периодом обновления информации (4± 1) с.

В измерителе обеспечена возможность подключения серийно выпускаемого самопишущего регистрирующего прибора для обеспечения непрерывной или дискретной, не более 1 мин, регистрации коэффициента пропускания.

Время установления рабочего режима измерителя после первого включения не более 30 мин.

Индикация измерений МДВ и передача сигналов управления из блока БИ в блок БФ обеспечивается на расстояние не менее 8 км по двухпроводной линии связи с сопротивлением не более 100 Ом на 1 км, а между проводами линии связи и проводами «земля» сопротивлением не менее 5 МОм.

На рис. 2.5. приведена функциональная схема.

Комплектация. Блок фотометрический (БФ), блок отражательный (БО), блок индикации (БИ), щит сетевой (ЩС), тренога, подставка, комплект кабелей, комплект монтажных частей, комплект инструмента и принадлежностей и комплект запасных частей

Блоки БФ 2 и БО 1 располагаются вдоль ВПП аэродрома на расстоянии измерительной базы 100 м. Блок фотометрический БФ»устанавливается при эксплуатации на подставку и треногу, а блок БО на подставку и специальную мачту.

Щит сетевой (ЩС) устанавливается вблизи блока фотометрического (БФ). Управление измерителем и регистрация показаний метеорологической дальности видимости (МДВ) осуществляется в помещении метеонаблюдателя, где располагается блок БИ .

Блок БФ имеет два информационных канала связи с блоком БО. В одном канале связь осуществляется через измеряемый слой атмосферы при прохождении светового потока от импульсного излучателя блока БФ к блоку БО и обратном прохождении светового потока от блока БО к блоку БФ.

Рис. 2.5 Функциональная схема

В другом канале информационная связь через измеряемый слой атмосферы осуществляется только в прямом направлении, а в обратном направлении связь обеспечивается коаксиальным кабелем, по которому к блоку БФ возвращается электрический сигнал после преобразования светового потока импульсной лампы фотоприемником блока БО.

В блоке БФ имеются два измерительных канала для обработки информационных сигналов от короткой и удвоенной измерительных баз.

Результаты измерений поступают по двухпроводной линии связи на блок БИ. Выбор того или иного диапазона измерения обеспечивается подачей с блока БИ питающего напряжения соответствующей полярности. Блок БИ имеет измерительные выходы для сопряжения с самописцем и АМС.

Рекомендуемый тип самописца - амперметр Н3092.

Электропитание блока БФ осуществляется от сети переменного тока 220 В, 50 Гц через щит ЩС.

Электропитание блока БО осуществляется от блока БФ

Все математические зависимости между различными параметрами, характеризующими оптическое состояние атмосферы, определяются законом Бугера-Ламберта:

где Ф₀, Ф - величины начального и ослабленного слоем атмосферы светового потока;

l - длина пути светового луча в атмосфере; ос - показатель ослабления;

е - основание натурального логарифма (е =2,7183...).

Отношение световых потоков определяет величину коэффициента пропускания слоя атмосферы т, толщиной

Измеритель определяет значение коэффициента т, МДВ рассчитывается по его измеренному значению т.

При определении МДВ по показаниям приборов используется формула Кошмидера, получаемая путем преобразований из предыдущей формулы

./

где S_M - МДВ, е - контрастная чувствительности глаза.

Международная организация гражданской авиации ИКАО в 1973 г. рекомендовала всем странам-участницам ИКАО использовать для расчета МДВ (при обеспечении взлета и посадки самолетов нормированное значение = 0,05)следующую формулу



.

Которая положена в основу расчета МДВ

Оптическая схема состоит из двух блоков: блок фотометрический (БФ) и блок отражательный (БО). Блок фотометрический БФ содержит каналы - измерительный и сравнения.

Измерительный канал включает в себя импульсную лампу CLU-20, конденсор, светоделительную пластину, объектив, защитное стекло, сферическое зеркало, пластину, зеркальную пластину, светофильтры , диафрагму и фотоприемное устройство измерительного канала (ФПУ-3).

Схема работает следующим образом: световой поток от импульсной лампы CLLI-20 направляется конденсором, светоделительной пластиной и объективом в виде слабо расходящегося пучка через защитные стекла к 4 отражательным призмам блока отражательного БО и, отражаясь от них, составляет измерительный поток.

Светоделительная пластина отражает 60 % светового потока от конденсора на объектив излучателя измерительного канала и пропускает 15 % потока от конденсора на фотоприемное устройство опорного канала (ФПУ-2)

Возвращенный блоком отражательным БО световой поток снова проходит защитные стекла, падает на сферическое зеркало, пластину, зеркальную пластину, светофильтр фокусируется на диафрагме и, пройдя через светофильтр попадает на фотоприемное устройство опорного канала (ФПУ-2), где фиксируется уже в качестве измерительного сигнала.

Канал сравнения включает в себя импульсную лампу СШ-20, конденсор, светоделительную и молочную пластины, нейтральный светофильтр, светофильтры и фотоприемное устройство опорного канала (ФПУ-2).

Кроме перечисленных выше оптических деталей, блок фотометрический (БФ) содержит оптический прицел с призмой и защитным стеклом, который используется для наведения блока фотометрического (БФ) на блок отражательный (БО), и контрольный комплект для контроля линейности градуировочной характеристики измерителя в течение очного интервала.

Контрольный комплект устанавливается перед защитным стеклом блока БФ. Измерительный световой поток в режиме работы ОД проходит через светофильтры поступает на призму блока отражательного (БО) и обратно на сферическое зеркало. В режиме ОБ режим работы, при котором оптическая связь блока БФ с блоком БО осуществляется только в прямом направлении световой поток, пройдя через конденсор, светоделительную пластину, объектив, защитное стекло, через слой атмосферы, защитное стекло, объектив, светофильтры, поступает на фотоприемное устройство измерительного канала ближней базы (ФПУ-1) блока отражательного (БО), который является внешним фотоприемником и используется при малой прозрачности атмосферы для увеличения сигнала. Блок отражательный БО состоит из двух модулей. Один из них представляет собой призменный отражатель, состоящий из 4 призм БкР-180°-10. Второй модуль содержит объектив, диафрагму, светофильтры и фотоприемное устройство измерительного канала ближней базы (ФПУ-1). Диафрагма установлена в фокальной плоскости объектива. Выход фотоприемное устройство измерительного канала ближней базы (ФПУ-1) через согласующий усилитель и коаксиальный кабель связан с блоком фотометрическим БФ. Таким образом, имеются 2 измерительных канала. В первый канал поступает сигнал с выхода фотоприемника после прохождения через слой атмосферы в прямом и обратном направлениях, во второй канал - с выхода внешнего фотоприемное устройство измерительного канала ближней базы (ФПУ-1) блока отражательного БО после прохождения через слой атмосферы только в прямом направлении. Выбор канала осуществляется по результатам оценки величины сигнала в блоке индикации БИ [3, c.108]

Глава 3. Техника безопасности при проведении гидрометеорологических работ

3.1 Общие положения техники безопасности

Задачей техники безопасности является создание условий труда, исключающих возможность травмирования и профессиональных заболеваний (ушибов, ранений, ожогов, поражения электрическим током, отравления ядовитыми парами, лучевой болезни и т. д.), как правило, являются не случайные обстоятельства, а постоянно существующие на рабочих местах опасности, которые не были своевременно устранены, или несоблюдение правил техники безопасности при выполнении работ.

По характеру своей деятельности технический персонал выполняет самые различные работы: прокладывает кабели, собирает и устанавливает несущие конструкции, производит монтаж на высоте, работает с электрическими приборами и газоразрядными лапами, производит зарядку аккумуляторов, пайку, работает с радиоактивными изотопами. Исполнитель таких работ должен хорошо знать правила техники безопасности, строго их выполнять и требовать этого от других. Неиспользование или неумелое использование средств защиты может причинить вред и работающему и окружающим. Поэтому перед выполнением той или иной работы следует подготовить средства защиты и правильно оборудовать рабочее место. Нужно заранее учесть опасности, которые могут встретиться в процессе работы, и принять необходимые меры предосторожности. Работать нужно только исправными инструментами, соответствующими своему назначению и роду работы. Большое значение в деле охраны труда имеет также соблюдение требований промышленной санитарии, к числу которых относятся содержание рабочего места в чистоте, исключение воздействия вредных газов, пыли, лучистой и высокочастотной энергии, обеспечение заданных норм освещенности и вентиляции.

3.2 Техника безопасности при монтажных работах

Перед прокладкой подземных линий необходимо ознакомиться с планом существующих подземных коммуникаций и получить разрешение на производство работ. Если выяснится, что трасса будет проложена в местах прохождения других кабелей, газопровода, водопровода и т. д., то рытье траншеи в таких местах следует производить с особой осторожностью. Начиная с глубины 40 см, работа должна выполняться вручную только с помощью лопат. Другие инструменты (кирки, ломы, мотыги) применять нельзя. Если при рытье траншеи будет обнаружен кабель, труба и т. п., работу необходимо сразу же приостановить и сообщить об этом руководителю работ. До получения от него указаний работу продолжать запрещается. Если трасса пересекает дорогу или проход вдоль дороги, то траншея в этих местах должна быть ограждена предупредительными знаками. Если производится ремонт кабеля или подключение его к другому кабелю, то напряжение питания необходимо отключить и вблизи открытых траншей надлежит вывесить знаки и надписи, предупреждающие об опасности поражения электрическим током. На рубильники включения напряжения необходимо повесить табличку с надписью: «Не включать, работают люди».

Перед началом работ нужно убедиться в отсутствии напряжения на кабеле.

При прокладке воздушных линий на столбах рабочий должен снабжаться когтями и предохранительным поясом. При натягивании троса для крепления кабеля и подвеске самого кабеля нужно надевать брезентовые рукавицы. При производстве работ по ремонту линий электропитания следует пользоваться диэлектрическими перчатками, поверх которых для защиты их от механических повреждений надеваются брезентовые рукавицы.

Подвешивание кабелей к трубам и другим кабелям запрещается. При работе с приставной лестницей ее нужно закрепить. При невозможности сделать это у основания лестницы должен стоять второй работник и держать ее. Раздвижные лестницы должны иметь крюки или тросы, которые исключают возможность самопроизвольного раздвигания. Стоять под лестницей, с которой производятся работы, запрещается

3.3 Техника безопасности при ремонте и техническом обслуживании при ежедневной работе

Воздействие электрического тока на организм человека может вызвать весьма тяжелые последствия, вплоть до смертельного исхода. Токи силой 50- 100 мА опасны для жизни, а выше 100 мА - смертельны. Основной причиной несчастных случаев является прикосновение к неизолированным деталям электро и радиоаппаратуры, открытым контактам и т. п. поэтому при выполнении работ, связанных с электрическим током, следует соблюдать ряд мер предосторожности.

По правилам техники безопасности, применяются различные средства защиты от поражения током. К ним относятся специальные инструменты с изолированными ручками (отвертки, плоскогубцы и др.), диэлектрические перчатки, резиновые галоши и боты, изоляционные коврики, переносные заземления.

Приступая к наладке или ремонту блоков приборов с электро- или радиоаппаратурой, нужно, прежде всего проверить сохранность изоляции соединительных проводов и при наличии оголенных мест обмотать эти места изоляционной лентой. Включение прибора можно производить только при наличии предохранителей соответствующего номинала в его цепи питания. Запрещается установка предохранителей на большую силу тока, чем указано в паспорте прибора. Смена неисправных предохранителей должна производиться только при выключенном напряжении. Категорически запрещается проводить какие-либо монтажные и ремонтные работы в блоке (приборе), находящемся под напряжением. При ремонте прибора, в цепях которого есть конденсаторы значительной емкости, после отключения источника питания нужно разрядить конденсаторы. Для этого замыкающая перемычка сначала соединяется с шасси прибора, а затем с выводами соответствующих конденсаторов.

Во время ремонта аппаратуры нужно обеспечить надежное заземление корпуса.

В случае короткого замыкания или при возникновении каких-то других повреждений, когда почувствуется специфический запах горелой изоляции или появится дым, надо сразу же отключить питание прибора. Смену ламп и других съемных деталей разрешается производить только при отключенном питании.

Измерения параметров тока в приборах следует производить исправными электроизмерительными приборами, соответствующими измеряемым величинам. Измерительные приборы должны иметь хорошую изоляцию и надежные соединительные провода со штекерами. Измерение производится одной рукой, в которой находится один проводник (щуп). Второй проводник (щуп) предварительно подсоединяется к схеме при выключенном напряжении.

Если в процессе ремонта или настройки прибора исполнитель делает перерыв в работе, то оставлять прибор под напряжением ни в коем случае нельзя - надо обязательно выключить питание.

При работе с электрическим током запрещается работать в одежде с короткими рукавами.

В случае поражения электрическим током следует немедленно отключить напряжение питания, освободить пострадавшего и в соответствии с медицинскими рекомендациями производить искусственное дыхание.

Размещено на Allbest.ru

...