Вимірювання висоти нижньої межі хмар

Несприятлива екологічна обстановка на території Російської Федерації вимагає приділення особливої ​​уваги питанням охорони природи та екологічного виховання. Контроль за впливом від господарської діяльності людини на навколишнє середовище і природний комплекс - необхідна складова частина заходів щодо поліпшення використання природних ресурсів. Багато галузей промисловості, сільського господарства у великій мірі залежать від чіткості, оперативності роботи і надійності прогнозів федеральної системи спостережень і контролю за навколишнім середовищем. Оперативність і своєчасність подання штормових попереджень, завчасний прогноз небезпечних і особливо небезпечних явищ погоди є невід'ємною частиною успішної та безпечної роботи багатьох галузей господарства і транспорту, а довгострокові метеорологічні прогнози грають вирішальну роль в організації сільськогосподарського виробництва.

Одним з найважливіших параметрів, що визначають можливість прогнозування небезпечних погодних явищ, є висота нижньої межі хмар.

Принцип вимірювання висоти нижньої межі хмар, що використовується в вимірювачі висоти хмарності ІВО-1М і реєстратора РВО-2.

Під висотою хмар в метеорології розуміють висоту їх нижньої над поверхнею землі. В основному вимірюють висоту хмар середнього і нижнього ярусів (не вище 2500 м.). При цьому визначається висота самих нижніх хмар. При тумані висота хмар приймається рівною нулю, і в аеропортах в даних випадках вимірюється "вертикальна видимість". В основу виміру висоти нижньої межі хмар в ІВО-1М і РВО-2 покладено метод светолокаціі.

Цим методом висота нижньої межі хмар визначається за часом проходження світлом шляху від випромінювача світла до хмари і назад.

Світловий імпульс надсилається випромінювачем і після відбиття приймається приймачем. Випромінювач і приймач розташовуються в безпосередній близькості один від одного.

Принцип роботи вимірювача і реєстратора нижньої межі хмар.

1. Вимірювач висоти нижньої межі хмар ІВО-1М.

ІВО-1М складається з передавача і приймача світлових імпульсів, пульта управління та комплекту сполучних кабелів. Приймач і передавач встановлюються на відкритій площадці на відстані 8-10 метрів один від одного. Передавач і приймач аналогічні за конструкцією і містять параболічні дзеркала, захисні скла і кришки, які перед вимірами піднімаються за допомогою електродвигунів.

Як джерело світлових імпульсів використовується троботрон типу ІСШ-100. Потужні світлові імпульси прямокутної форми тривалістю близько 1мс і частотою 20Гц випромінюються вертикально вгору. Частина розсіяної хмарою енергії (світлові імпульси з гармоніками, кратними основній частоті сигналу) повертається до приймача і перетвориться фотоелектронним помножувачем ФЕУ-1 в електричні імпульси. Безпосередньо в приймачі розташований попередній широкосмуговий підсилювач. який дозволяє зменшити вплив перешкод при передачі сигналу до пульту управління, розташованому в приміщенні на відстані до 50 м. від прийомопередавача.

За допомогою пульта управління, що містить електронно-променеву трубку, оператор може вручну вимірювати час запізнювання луна-сигналу, відбитого хмарою, щодо зондуючого сигналу, випроміненого передавачем. Вимірювання проводиться за допомогою схеми компенсації, яка містить регульоване джерело живлення і дозволяє змінювати напругу на правому по схемі пластині ЕПТ (рис.1).

Повертаючи ручку потанціометра, на якій закріплений покажчик шкали висот, оператор компенсує напругу, що надходить від генератора розгортки на ліву пластину ЕЛТ. Напруга на виході генератора розгортки за один період випромінювання зростає пропорційно часу, який пройшов з моменту випромінювання зондуючого сигналу, і після досягнення деякого рівня, відповідного діапазону вимірювання, повертається до вихідного рівня. Відповідно до цього електронний промінь пробігає вздовж екрану ЕПТ зліва на право з частотою випромінювання 20 разів на секунду.

Рис.1 Блок-схема ІВО-1М.

Така частота повторення ЕПТ дозволяє спостерігати на екрані безперервно-світиться картину розгортки променя трубки. При наявності луна-сигналу. надходить на нижню пластину ЕПТ від видеоусилителя, на лінії розгортки з'явиться імпульс, положення якого щодо лінії розгортки відповідає запізнюванню луна-сигналу по відношенню до зондуючого. Це запізнення пропорційно висоті хмар. Відлік висоти хмар проводиться оператором після установки середини переднього фронту луна-сигналу на вертикальну риску в центрі екрану.

У пульті управління є також схема АРУ, яка дозволяє підтримувати незмінною амплітуду ехосигналів у всьому діапазоні вимірювання. Генератор міток призначений для періодичної перевірки зберігання градуювання шкали висот в умовах експлуатації.

Приймач і передавач повинні встановлюватися на відстані не менше 200 метрів від радіолокаційних станцій і не менше 500 метрів від середньохвильових радіостанцій.

2.Регістратор нижньої межі хмар РВО-2.

Реєстраторів висоти хмарності РВО-2 є вдосконаленим варіантом ІВО-1М, має кращі експлуатацінно-технічні характеристики і більш широкі можливості застосування.

У РВО-2 поліпшена шкала висот. Вона розбита на десятки метрів, що дозволяє зробити зчитування показань про ВНГО з похибкою не більше 5 метрів. За рахунок зменшення тривалості світлового імпульсу, збільшення напруги на конденсаторі основного розряду імпульсної лампи, збільшення крутизни фронтів світлового імпульсу передній фронт сигналу на ЕПТ пульта управління крутіше - це забезпечує більш точне вимірювання ВНГО. Але зазначений режим харчування імпульсної лампи значно знижує її ресурс.

РВО-2 електромагнітно сумісний з радіотехнічними засобами та не має таких обмежень щодо встановлення приймача і передавача, як ІВО-1М.

Для усунення запотівання й обмерзання стекол приймача і передавача забезпечено їх підігрівання огрівальним елементом потужністю близько 200 Вт.

РВО-2 комплектуються в 3-х варіантах:

в перший варіант (РВО-2) входять: передавач, приймач світлових імпульсів і пульт управління;

у другій варіант (РВО-2-01) входять: передавач і приймач світлових імпульсів, куль управління, реєстратор. Цей варіант забезпечує вимір ВНГО до 2000 метрів і автоматичну реєстрацію її до 1000 метрів при розташуванні пульта управління і реєстратора на відстані до 50-70 метрів від місця установки передавача і приймача;

в третій варіант (РВО-2-02) входять: передавач і приймач світлових імпульсів, пульт управління, реєстратор і виносної пульт. Цей варіант дає можливість вимірювати і реєструвати ВНГО так само, як і РВО-2-01, і вимірювати і реєструвати ВНГО до 1000 м. по самописці виносного пульта при розташуванні останнього на відстані до 8 км. від місця установки передавача і приймач.

Похибка вимірювань ВНГО у РВО-2 така ж, як і в ІВО-1М. РВО-2-01 і РВО-2-02 забезпечують автоматичне вимірювання та реєстрацію ВНГО через 15, 30 або 60 хвилин у відповідності з установкою "інтервал", при необхідності можлива реєстрація ВНГО з інтервалом в 3 хвилини і безперервна реєстрація втечение 1,5 хвилини .

3. Приставка ДВ-1М.

Дистанційна приставка ДВ-1М призначена для дистанційного вимірювання ВНГО в комплекті з ІВО-1М або РВО-2 і передачі в канал зв'язку результатів вимірювань (структурна схема на рис. 2). Основними вузлами приставки є: блок перетворення і блок логічної обробки.

Блок перетворення дозволяє одержати на логічному виході напруга постійного струму, прямопропорційно часу запізнювання луна-сигналу щодо зондуючого імпульсу. З цією метою в блоці перетворення послідовно з'єднані чекає мультивибратор, генератор пилоподібного напруги і піковий детектор.

Особливістю схеми ДВ-1 є наявність додаткового пікового детектора і схеми порівняння вихідних напруг двох пікових детекторів. Така схема дозволяє здійснювати логічну фільтрацію результатів вимірювань на виході пристрою за критерієм відношення сигнал / перешкода. При відсутності перешкоди і наявності луна-сигналу на вході пристрою на виході обох пікових детекторів виявляються рівними. Якщо ж хмар немає і відсутня шумова перешкода (наприклад, при вимірах вночі), то різниця напруг на виходах детекторів буде максимальним. При цьому піковий детектор 1 відключений від ДПІ, який у цьому випадку формує імпульси максимальної амплітуди на вході пікового детектора 2. При наявності луна-сигналу і перешкоди різниця напруги на пікових детекторах буде тим більше, чим більше рівень перешкоди. Така структурна схема забезпечує надійний захист від шумів фонової засвітки без зниження чутливості до корисних сигналів. Це відбувається тому, що за наявності низької хмарності рівень фонової засвітки різко знижується, що і гарантує досить високий рівень відносини сигнал / шум.

Видалення ДВ-1М від місця установки ІВО-1М або РВО-2 до 5 кілометрів.

Основні нормативно-технічні характеристики ІВО і РВО.

Повірка светолокаціонного перетворювача ІВО.

Під час проведення перевірки виконуються наступні операції:

зовнішній огляд;

випробування;

визначення метрологічних параметрів.

Засоби і умови повірки.

Під час проведення перевірки застосовуються такі засоби повірки:

комплект зразкових ліній затримки електричного сигналу на 200, 333, 533, 867, 1400, 2133 і 3000 нс, з похибкою зазначеної в таблиці (див. нижче);

вольтметр змінного струму для вимірювання тиску живильної мережі 1-го класу.

Нормативно-технічні характеристики комплекту зразкових кабельних ліній затримки для повірки перетворювачів типу ІВО і РВО.

При проведенні повірки повинні виконуватися наступні умови:

перетворювач пред'являється на періодичну повірку повинен бути у справному стані;

до проведення повірки допускають осіб, які пройшли спеціальну підготовку і мають право проведення відомчої або державної повірок;

при проведенні повірки повинні дотримуватися умови, що забезпечують збереження метрологічних характеристик перетворювача і контрольно-перевірочної апаратури;

при проведенні повірки допускається знаходження приймача і передавача в природних умовах відкритої атмосфери, при відсутності сильних і помірних опадів і туманів;

при проведенні повірки повинні дотримуватися вимоги техніки безпеки.

Підготовка до перевірки й проведення повірки.

Перед проведенням повірки перевіряється наявність і повнота комплекту і перетворювача та супровідної документації, Потім необхідно розгорнути приймач і передавач на місцях їх установки і замкнути світловий канал з допомогою напіввідкритих кришок (ІВО) або похилих щитів (РВО).

Потім від'єднується кабель приймача від пульта управління перетворювача і в розрив включається кабельна вставка з приєднаним до неї замикачем. За допомогою вольтметра змінного струму перевіряється наявність напруги живлення перетворювача, яке має бути у встановлених межах. Необхідно заздалегідь підготувати протоколи повірки, зафіксувати в них метеорологічні параметри навколишнього середовища, дані приймача, передавача і пульта управління, напруга мережі.

Рис. 3Схема замикання світлового каналу перетворювача типу ІВО або РВО для проведення повірки.

Проведення повірки починається із зовнішнього огляду. Маркування всіх частин перетворювача повинна повинна бути чітко помітна. органи регулювання і настройки повинні обертатися плавно, без заїдань, кнопки при натисканні не повинні западати. Захисні стекла і відбивачі не повинні мати забруднень, тріщин і дефектів. Частини роз'ємів повинні легко з `єднуватися і розмикатися. Кришки приймача і передавача повинні вільно відкриватися і закриватися як в ручну, так і автоматично.

Наступна стадія повірки - випробування. При включенні перетворювача в роботу повинна блимати лампа передавача. і на екрані ЕПТ з'явитися лінія розгортки і сигнал. При включеному обігріві (РВО) захисні скла приймача і передавача будуть теплими.

Після випробування визначаються метрологічні параметри перетворювача. Для цього від'єднують від кабельної вставки замикач L3 (див. рис. 4) і на його місце підключають до роз'ємів Ш1 і Ш2 кабельні лінії затримки, починаючи з лінії з мінімальною тимчасовою затримкою, що імітує відстань до НДО, і далі послідовно підключаються лінії на 533 нс (80 м), 867 нс (130 м), 1400 нс (210 м), 2133 нс (320 м) і 3000 нс (450 м). Потім операцію повторюють і зворотній послідовності.

Рис. 4 Схема підключення при повірки ІВО і РВО.

Рис.5 Кабельна вставка для перевірки перетворювача типу ІВО або РВО.

Отримані результати заносяться до протоколу. Протокол повинен містити інформацію про склад вивіреного приладу (заводські номери всіх повіряються приладів, а також номери ДВ-1 і стрілочного покажчика), про метеорологічні умови в яких проходила перевірка (температура навколишнього повітря, температура в приміщеннях, де були встановлені пульт управління, ДВ -1 і стрілочний покажчик. Крім того, вказуються засоби та пристрої повірки із заводськими номерами (термометри, вольтметр, рулетка вимірювальна, комплект лінії задежкі).

У протоколі вказується і похибка перетворювача. Розглянемо визначаються похибки на прикладі.

Максимальне значення сумарної похибки не перевищує-4 м. - не перевищує гранично допустимої похибки. отже перетворювач придатний до експлуатації.

Межа допустимої похибки:

На перетворювач, придатний до експлуатації, видається свідоцтво про повірку або робиться відповідний запис у формулярі приладу. При негативній повірки, прилад знімається з експлуатації і в його документах робиться запис про непридатність і про її причини.

Своєчасна перевірка приладів оберігає від додаткових і невиправданих витрат. Якщо допустити, що аеропорт м.Омську був тимчасово закритий, то найближчі аеропорти, які можуть прийняти літаки знаходяться в Тюмені та Новосибірську, і за нинішньої вартості авіапалива, це обернеться великими невиправданими витратами.

Прийняті скорочення:

ІВО-вимірювач висоти хмарності

РВО-реістратор висоти хмарності

ЕПТ-електронно-променева трубка

АРУ-автоматичне регулювання посилення

ВНГО - висота нижньої межі атмосфери

ГПН-генератор пилоподібного напруги

МУ-методичні вказівки

СІ-засоби вимірювань.