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Die Sichtweite ist eine der wichtigsten meteorologischen Charakteristiken der Atmosphäre, die für die Bedienung verschiedener Verkehrsträger und insbesondere für den Lufttransport verwendet werden. Zugleich ist das Erhalten der glaubwürdigen Informationen über den Zustand der Sichtweite äußerst problematisch. Es klärt sich vor allem mit der großen Veränderlichkeit der Sicht in der Zeit und im Raum und der Komplexität des Erhalten ihrer Integralbedeutungen für die großen Flächen.
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Das Niveau der Technik auf dem betrachteten Gebiet klärt sich von den folgenden Quellen der Patentinformationen:
DE 602004003912 T2 ,
EP 0745838 A1 ,
EP 0 745 839 A1 ,
EP 1 300 671 A1 ,
RU 2070717 ,
US 4432649 A ,
US 5787385 A ,
WO 9950092 ,
US 4381153 A ,
DE 3022114 A1 ,
US 5610713 A ,
US 5982288 A ,
US 6330519 B1 ,
WO 9950092 A1 ,
WO 0041008 A1 ,
BR 81004461 A ,
DE 3163487 D1 ,
EP 0047049 A1 ,
JP 57073655 A und anderen.
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Die betrachteten technischen Lösungen bestehen meistens von der Lichtquelle mit der kohärenten, monochromatischen oder polychromen Ausstrahlung, des optischen Systems, das vom Parabolspiegel und dem Objektiv für die Fokussierung des Lichtes ins enge Bündel besteht, des Reflektors oder einiger Reflektoren des Lichtes, die auf verschiedenen Entfernungen von der Lichtquelle liegen und des Empfängers, die in einem Körper mit der Lichtquelle gewöhnlich zusammengebaut sind. Die Lichtausstrahlung ist dabei in verschiedenen Weisen moduliert. Die Mehrheit solchen Systemen sind mit dem Computer versorgt, die ihre Arbeit verwalten und die Ergebnisse der Messungen bearbeiten. Dabei verwirklicht sich in der Regel das Dokumentieren der Messergebnisse, was bei ihrer Nutzung für die Bedienung den Abflügen und den Landungen der Flugzeuge besonders wichtig ist.
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Die Bestimmung der meteorologischen Sichtweite mithilfe der betrachteten Systeme verwirklicht sich mittels der Instrumentalbestimmung der Abschwächung des Lichtbündels bei dem Durchgang von ihm von der Lichtquelle bis zum Reflektor und zurück.
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Jedoch haben die Verfahren der Bestimmung der Sichtweite und die betrachteten technischen Mittel für seine Verwirklichung die ernsten Mängel.
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Wesentlichster von ihnen ist, dass sich die Sicht auf dem Gebiet des kleinen Grundstücks der Bodenschicht der Atmosphäre, der zwischen der Lichtquelle und dem Reflektor liegt, klärt. Die bedeutende Veränderlichkeit der Sichtweite im Raum macht diese Messungen nicht repräsentativ für die großen Territorien, z. B., für die Autostraßen oder für den Flughafen. Berücksichtigend, dass die Lichtquelle und der Reflektor oder einige Reflektoren auf der Erde aufgestellt werden, können die betrachteten Systeme nur für die Messung der horizontalen Sichtweite verwendet werden. Dieser Umstand lässt nicht zu, die betrachteten Systeme für die Bestimmung, z. B., solcher wichtigen meteorologischen Parameter der Atmosphäre wie die senkrechten und geneigten Sichtweiten zu vereinheitlichen.
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Das Verfahren der Messung der Sichtweite und die Einrichtung für seine Realisierung (die Anforderung AZ: 10 2010 018 409.8) sind dieser Mängel in bedeutendem Grade entzogen. Jedoch verfügen sowohl dies Verfahren als auch die Einrichtung über einige Mängel:
- 1. Die Blöcke der Einrichtung werden stationär auf den großen Flächen aufgestellt und ihre Versetzung auf andere Stelle ist genug komplizierte und aufwendige Arbeit.
- 2. Die angebotene Einrichtung kann nicht vom Verkehrsmittel verwendet sein.
- 3. Für die Verkleinerung des Fehlers der Messung und der Erhöhung ihrer Genauigkeit muss man die Zahl vom Lichtempfänger, ihre Installation in eine Reihe mit den Intervallen voneinander vergrößern, was die Vergrößerung der Hardwareaufwände und die wesentliche die Kostensteigerung für die Installation der Ausrüstung insgesamt herbeiruft.
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Das näherten Messverfahren und die Konstruktion (im Vergleich zum erklärten Objekt) ist das Laser-Entfernungsmesser PCE-LRF 600. Im angegebenen Entfernungsmesser ist die Lichtquelle, mit dem optischen System, das Empfänger mit dem optischen System und der Indikator der Messergebnisse in einem Körper zusammengebaut.
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Das Verfahren besteht darin, dass die Lichtquelle in die Richtung des Gegenstandes, die Entfernung bis zu dem man bestimmen muss, das Lichtsignal schickt, das von der Oberfläche des Gegenstandes widergespiegelt ist, wirkt auf den Lichtempfänger und nach der Zeit den Durchgang des Lichtstrahls der Entfernung vom Gerät hin und zurück ermittelt man über die gesuchte Entfernung. Das Gerät für die Realisierung des angebotenen Verfahrens enthält die Lichtquelle und den Lichtempfänger, die in einem Körper fertig montiert sind, die Einrichtung der Messung des Zeitintervalls und die Einrichtung der Umrechnung des Zeitintervalls in die Entfernungen. Solche Verfahren und die Konstruktion des Gerätes gewährleisten das Ziel: der Bestimmung der Entfernung bis zum Objekt, das den hohen Reflexionskoeffizienten hat.
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Jedoch das betrachteten Verfahren lässt nicht die Charakteristik der summarischen Absorption, der Streuung und Reflexion des Lichtstrahls infolge seiner Wechselwirkung mit den Unregelmäßigkeiten der Atmosphäre, die über den niedrigen Reflexionskoeffizienten verfügen, ermitteln. Mit anderen Wörtern, dieses Verfahren lässt nicht zu, die Charakteristiken der Atmosphäre zu messen, ihre Durchsichtigkeit und die Sichtweite bestimmen.
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Außerdem dieses und andere Verfahren, die in den früher betrachteten Geräten verwendet werden, sind für die Messung der Sichtweite vorbestimmt und lassen nur die Integralsichtweite (ohne Berücksichtigung den Unregelmäßigkeiten die Atmosphäre auf der Trasse der Messung) zu bewerten.
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Die Aufgabe der gegenwärtigen Erfindung ist die Bildung solchen Verfahren der Messung von der Sichtweite und des Gerätes für die Verwirklichung diesen Verfahren, die von den angegebenen höhen Mängeln frei wären und die Qualität und die Genauigkeit der durchgeführten Messungen beim Fehlen der widerspiegelnden Oberflächen mit dem hohen Reflexionskoeffizienten zu erhöhen und ihre Funktionalität auszudehnen.
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Das gesetzte Ziel wird davon erreicht, dass sich die Messung der Sichtweite von der Messung der Entfernung verwirklicht, auf der die volle Absorption „des sondierenden” Strahls beim Fehlen der widerspiegelnden Oberflächen mit dem hohen Reflexionskoeffizienten geschieht.
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Das gesetzte Ziel wird damit erreicht, dass sich die berechnete Bestimmung der Sichtweite mittels der Messung der Dauer der Einwirkung des widergespiegelten Lichtes auf den Eingang des Lichtempfängers verwirklicht, das sich die Widerspiegelung „des sondierenden” Lichtsignals von den Unregelmäßigkeiten der Atmosphäre im Laufe des Scannens „des sondierenden” Lichtstrahls bildete.
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Dabei verwirklicht sich die Bestimmung der Dauer der Registrierung des widerspiegelten sondierenden Signals von den Unregelmäßigkeiten der Atmosphäre bei dem Scannen des Lichtstrahls ab den Ausstrahlungspunkt „des sondierenden” Lichtsignals bis zur Verkleinerung des Niveaus des Lichtsignals niedriger als die Schwelle der Sensibilität des Lichtempfängers.
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Die Einschätzung der Sichtweite wird bei verschiedenen Charakteristiken des sondierenden Signals (die Leistung, des Lichtspektrums usw.) erzeugt. Bei der Veränderung (der Vergrößerung) der Lichtleistung (Änderung des Lichtspektrums usw.) erwartet man (es geschieht bei der gleichmäßigen Verteilung den Unregelmäßigkeiten in der Atmosphäre) die Veränderung den Abtastwert des Messgeräts der Sichtweite.
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Die Veränderung der Leistung „des sondierenden” Lichtsignals oder/und sein Lichtspektrum lässt zu das differenzierte Bild der Ergebnisse der Messung der Sichtweite auf dem Weg „des sondierenden” Signals bei Vorhandensein vom Territorium mit den verschiedenen Werten der Sicht auf dem Lichtweg zu bekommen. Diese Möglichkeit dehnt wesentlich die Funktionalität des angebotenen Verfahrens und des Gerätes im Vergleich zu den früher Bekannten aus.
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Das gesetzte Ziel wird davon erreicht, dass die Steuereinheit mit dem Modulator, dem Demodulator und dem Messgerät verbunden ist, und der Ausgang des Demodulators ist mit dem Messgerät verbunden. Solche Konstruktion des Sichtweite-Messgeräts lässt zu das vorübergehenden Zeitintervall des vollen Verschwindens (volle Lichtabsorption vom Verbreitungsmedium) des Lichtsignals auf dem Eingang des Lichtsignalempfängers zu messen.
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Die Steuereingänge vom Multiplexer sind mit der Steuereinheit verbunden, seine Ausgänge sind mit der Komparatorschaltung verbunden, das Messgerät ist mit dem Eingang vom Multiplexer verbunden, und der Ausgang der Komparatorschaltung ist mit dem Messgerät verbunden. Im Falle T2 > T1 (2, 3), erzeugt das Messgerät die Messung der Sichtweite (die Analyse der Ergebnisse der Messungen) und die Ergebnisse der Messungen treten zum Monitor und zum Registrator ein.
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Die Steuereinheit ist mit dem Modulator verbunden und lässt zu die Leistung (die Kraft des Lichtes, das Spektrum des ausgestrahlten Lichtes usw.) der Lichtquelle zu verwalten.
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Die Einrichtung für die Realisierung das angebotenen Verfahren besteht aus der Lichtquelle „des sondierenden” Lichtsignals, dem Lichtempfänger, die in einem Körper untergebracht sind und mit einem Modulator und mit dem Demodulator versorgt sind, der Steuereinheit, dem Multiplexer, der Komparatorschaltung, dem Messgerät, dem Monitor und dem Registrator.
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Auf der 1 ist das Blockschaltbild der angebotenen Einrichtung für die Realisierung das Verfahren für die Messung der Sichtweite gezeigt.
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Auf der 2 ist das vorübergehende Diagramm der Messung der Sichtweite unter den Bedingungen der gleichmäßigen Verteilung den Unregelmäßigkeiten der Atmosphäre über großem Territorium (zum Beispiel, unter den Bedingungen des dichten Nebels oder dem Dunst) gezeigt.
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Auf der 3 ist das vorübergehende Diagramm der Messung der Sichtweite unter den Bedingungen des Vorhandenseins des Territorium mit verschiedenen Werten den Unregelmäßigkeiten der Atmosphäre gezeigt.
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Auf der 4 ist das vorübergehende Diagramm der Messung der Sichtweite unter den Bedingungen der kleinen Beschränkung der Sicht gezeigt.
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Auf der 5 ist das vorübergehende Diagramm der Messung der Sichtweite bei Vorhandensein von zwei Grundstücken mit unterschiedlichen Werten von den Unregelmäßigkeiten der Atmosphäre und den unbeträchtlichen Beschränkungen der Sichtweite gezeigt.
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Die Licht-Sende-Empfänger 1 (1) besteht aus der Lichtquelle 2, die das Lichtsignal ausstrahlt, des Modulators 3, der die Ausstrahlung der Lichtquelle moduliert, (z. B., mit der pseudozufälligen Impuls-Reihenfolge oder ändert die Helligkeit vom ausgestrahlten Lichtsignal und, bei der Notwendigkeit, den Lichtsignalspektrum), dem Lichtempfänger 7, der Steuereinheit 4, die die Arbeit der Bestandteile der Einrichtung steuert – (dem Modulator 3, dem Demodulator 8, dem Multiplexer 5, dem Messgerät 9), der Komparatorschaltung 6. Das Messergebnis ist auf dem Monitor 10 indiziert und mit dem Registrator 11 registriert.
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Die Lichtquelle strahlt die Lichtsignale mit den Amplituden A1 und A2 oder das sondierenden Signal mit den verschiedenen Lichtwellenlängen aus.
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Der Multiplexer 5 – je nach der Amplitude des sondierenden Lichtsignals (A1, A2 oder seines spektralen Bestandes) führt in der Komparatorschaltung 6 die Zeit des Verschwindens des Lichtsignals auf dem Eingang des Lichtempfängers T1 oder T2 ein.
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Die Komparatorschaltung
6 vergleicht
und, wenn T2 > T1 ist, übergibt diese Werte auf das Messgerät
9.
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Der Lichtempfänger 7 empfängt das Lichtsignal und der Demodulator 8 – demoduliert es, z. B., mit der Hilfe des Korrelationsdetektors (auf der Figur ist nicht gezeigt). Das Messgerät 9 berechnet die Sichtweiten beim Scannen des sondierenden Strahls vom Licht-Sende-Empfänger 1.
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Der Indikator 10 zeigt an und der Registrator 11 registriert die Ergebnisse der Messungen.
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Das Verfahren der Messung der Sichtweite ist auf der Grundlage der Registrierung des widergespiegelten Lichtsignals im Laufe des Scannen des sondierenden Lichtstrahls von der Lichtquelle des Lichtsignals bis zu Max die Sichtweite begründet.
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Das Verfahren der Messung der Sichtweite besteht darin, dass:
der Licht-Sende-Empfänger 1 (1) strahl das modulierten vom Modulator 2 Lichtsignal aus. Dieses Lichtsignal ist sondierender bei der Bestimmung der Sichtweite. Im Laufe der Sondierung der Atmosphäre ist das Lichtsignal gedämpft, wird auf den Unregelmäßigkeiten der Atmosphäre zerstreut, wird in die Richtung des Lichtempfängers 7 widergespiegelt. Das reflektiertes und geschwächtes Lichtsignal empfängt der Lichtempfänger 7. Der Demodulator 8 demoduliert es. Im Laufe der Messung wird das Scannen des sondierenden Lichtstrahls von der Lichtquelle bis zur Höchstlänge der Messung der Sichtweite geleistet. Zur Zeit des Verschwindens des Lichtsignals (das Lichtsignal wird kleiner als die Sensibilitätsschwelle des Lichtempfängers 7) im Laufe des Scannen des sondierenden Lichtstrahls wird die Berechnung (die Messung) den Sichtweiten nach der Formel erzeugt: L = 2·300.000.000·Tn [M], Formel 1
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Wo ”L” – die Geschwindigkeit des Lichtes und Tn- die Zeit des Verschwenden des Empfangs-Lichtsignals im Laufe des Scannens des sondierenden Lichtstrahls.
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Die Verwendungsbeispiele:
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Auf der 2 wird das Verfahren der Messung der Sichtweite beim ununterbrochenen Nebel (den Regen, den Schneefall, den Rauch usw.) betrachtet. Die Atmosphäre sondierend, erreicht das Lichtsignal vom Licht-Sende-Empfänger 1 (bei der Amplitude des Lichtsignals A1) den Punkt des Zerstreuen des Lichtes P1. Dabei geschieht die Lichtabsorption und die Amplitude des empfangenen Lichtsignals wird kleiner als der Sensibilitätsschwelle des Lichtempfängers 7. Das Signal auf dem Ausgang des Demodulators 8 (1) wechselt sich, z. B., vom „Eins” auf „Null”. Bei der Erhöhung der Leistung (Helligkeit) des sondierenden Lichtsignals bis zu A2 wird die Durchsichtigkeit der Atmosphäre bis zum Lichtzerstreuens- und reflektiere Punkt P2 erweitert.
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Wenn bei A2 > A1 T2 > T1 registriert wird, so wird die Sichtweite nach der Formell berechnet.
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Auf der 3 wird das Verfahren der Messung der Sichtweite bei der variablen Sicht auf dem beobachteten Atmosphärenbereich, z. B., existieren 2 oder mehr Atmosphärenbereiche mit der begrenzten Durchsichtigkeit. Die Atmosphäre sondierend, erreicht das Lichtsignal vom Licht-Sende-Empfänger 1 bei der Amplitude des Lichtsignals A1 die Punkte des Zerstreuens des Lichtes P und P1. Nach dem Punkt des Zerstreuens P auf dem Beobachtungsterritorium befindet sich das Atmosphärenbereich mit der kleinen Dämpfung und den schlechten zerstreuenden Eigenschaften. Das Lichtsignal, das im Punkt P1 zerstreut ist und vom Lichtempfänger 7 empfangen ist, ist mit der Sensibilitätsschwelle des Lichtempfängers kommensurabel. Bei der Erhöhung der Leistung (Helligkeit) des sondierenden Lichtsignals bis zu A2 wird das Atmosphärenbereich sichtbar bis zum Lichtzerstreuens- und reflektiere-Punkt P2.
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Wenn bei A2 > A1 T2 > T1 registriert wird, so wird die Sichtweite nach der Formel 1 berechnet.
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Auf der 4 wird das Verfahren der Messung der Sichtweite bei der unbedeutenden Sichtbeschränkung auf dem beobachteten Atmosphärenbereich, z. B., auf dem Atmosphärenbereich Ω mit dem Rauch (Dunst, Nebel usw.), betrachtet. Die Atmosphäre sondierend, das Lichtsignal vom Licht-Sende-Empfänger 1 (bei der Amplitude des Lichtsignals A1) reflektiert auf dem Atmosphärenbereich Ω bis zum Punkt des Zerstreuens des Lichtes P1. Nach dem Punkt des Zerstreuens des Lichtes P1 hat die Atmosphäre gute Durchsichtigkeit, kleine Absorbierung- und Zerstreuung-Eigenschaften. Die Vergrößerung der Leistung (Helligkeit) des sondierenden Lichtsignals bis zu A2 bringt keine neue Ergebnisse bei der Sichtweitenermittlung – das reflektierten Lichtsignal ist vom Lichtempfänger nicht weiter den Punkt P1 registriert.
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Es zeigt auf die Abwesenheit der Sichtweitebeschränkung.
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Auf der 5 wird das Verfahren der Messung der Sichtweite bei der unbedeutenden Sichtweitebeschränkung auf dem beobachteten Atmosphärenbereich, z. B., auf den Atmosphärenbereichen Ω1 und Ω2 mit dem Rauch (Dunst, Nebel usw.), betrachtet. Die Atmosphäre sondierend, das Lichtsignal vom Licht-Sende-Empfänger 1 (bei der Amplitude des Lichtsignals A1) reflektiert auf den Atmosphärenbereichen Ω1 und Ω2 bis zu den Punkten des Zerstreuen des Lichtes P1 und P2. Nach den Punkten des Zerstreuens des Lichtes P1 und P2 hat die Atmosphäre gute Durchsichtigkeit, kleine Absorbierung- und Zerstreuung-Eigenschaften. Die Vergrößerung der Leistung (Helligkeit) bringt kein neues Ergebnis bei der Sichtweitenermittlung – das reflektierten Lichtsignal ist vom Lichtempfänger nicht weiter den Punkt P2 registriert.
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Es zeigt auf die Abwesenheit der Sichtweitebeschränkung.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Licht-Sende-Empfänger
- 2
- Lichtquelle
- 3
- Modulator
- 4
- Steuereinheit
- 5
- Multipler
- 6
- Komparatorschaltung
- 7
- Lichtempfänger
- 8
- Demodulator
- 9
- Messgerät
- 10
- Monitor
- 11
- Registrator
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 602004003912 T2 [0002]
- EP 0745838 A1 [0002]
- EP 0745839 A1 [0002]
- EP 1300671 A1 [0002]
- RU 2070717 [0002]
- US 4432649 A [0002]
- US 5787385 A [0002]
- WO 9950092 [0002]
- US 4381153 A [0002]
- DE 3022114 A1 [0002]
- US 5610713 A [0002]
- US 5982288 A [0002]
- US 6330519 B1 [0002]
- WO 9950092 A1 [0002]
- WO 0041008 A1 [0002]
- BR 81004461 A [0002]
- DE 3163487 D1 [0002]
- EP 0047049 A1 [0002]
- JP 57073655 A [0002]