DE3008751C2

DE3008751C2 - Sichtweitenmeßgerät

Info

Publication number: DE3008751C2
Application number: DE3008751A
Authority: DE
Inventors: Des Erfinders Auf Nennung Verzicht
Original assignee: Fruengel Frank Dr Ing 2000 Hamburg
Current assignee: Impulsphysik GmbH
Priority date: 1979-10-02
Filing date: 1980-03-07
Publication date: 1984-04-26
Also published as: US4515477A; GB2059575A; GB2059575B; CA1154609A; DE3008751A1; CH639770A5; JPS6049857B2; DE8006212U1; JPS5651648A

Description

Die Erfindung betrifft ein Sichtweitenmeßgerät mit einem Lichtsender und einem Lichtempfänger für in der Atmosphäre gestreutes Senderlicht mit einer Einrichtung zur Messung der Intensität des empfangenen gestreuten Lichts als Maß der dieser entsprechenden Sichtweite.

Solche Geräte arbeiten entweder nach dem Prinzip der Vorwartsstreuung (forward scatter meter, FSM) oder nach dem Prinzip der Rückwärtsstreuung (backward scatter meter, BSM). Sie erfordern eint Lichtquelie mit guter örtlicher Stabilität der Licht emittierenden Steüe der Lichtquelle und hoher Leuchtdichte.

Die örtliche Stabilität der Lichtemission ist besonders bei Geräten wichtig, die nach dem Prinzip der Vorwärtsstreuung arbeiten, weil deren Empfänger nicht auf die Aureole der Lichtquelle ansprechen darf, denn dann

ίο hätte die Streuung weniger Einfluß auf das empfangene Licht, es würde an den Voraussetzungen einer zuverlässigen Messung fehlen.

Bisher wurden in Sichtweitenmeßgeräten als Lichtquelle Funkenstrecken verwendet, diese haben eine schlechte örtliche Stabilität der Licht emittierenden Stelle, aber eine hohe Leuchtdichte, oder es wurden Gasentladungsblitzlampen verwendet, bei diesen war die örtliche Stabilität der Licht emittierenden Stelle besser, aber die Leuchtdichte geringer.

Eine Funkenblitzlampe, die bei Sichtweitenmeßgeräten nach dem Rückstreuprinzip weltweit eingesetzt wird, kann hier nicht verwendet werden, da der Funkenort instabil ist, d. h. der Funke tanzt um eine statistisch festgelegte Achse herum, die durch die beiden Elektroden führt. Dieses »Tanzen« führt aber zu unzulässigen Schwankungen bei dem Prinzip der Vorwärtsstreuung.

Eine En'ladungslampe mit stillstehender Leuchtfläche ist ebenfalls bekannt, jedoch hat diese Lampe, die für Vakuum-Ultraviolett geschaffen wurde, den Nachteil, daß sie außerordentlich teuer in der Anfertigung ist und infolge des Maximums der Lichtemission im Ultravioletten nicht verwendet werden kann, denn Sichtweitenmeßgeräte sollen ja die Meßweite messen, wie sie das menschliche Auge empfindet, und daher muß der Ultraviolett- und auch der Infrarot-Spektralanteil unter allen Umständen abgeschnitten werden.

Nach dem Prinzip der Vorwärtsstreuung arbeiten zahlreiche Sichtweitenmeßgeräte bez. Nebelwarngeräte. Jedoch sind alle auf dem Markt befindlichen Geräte entweder zu teuer für den Einsatz bei kleinen automatischen Wetterstationen oder sie erfordern eine intensive Wartung, was wiederum bei automatischen Wetterstationen meist nicht möglich ist, da diese häufig in unwegsamem Gelände installiert sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Sichtweitenmeßgerät der genannten Art zu schiffen, das die bisher nicht miteinander vereinbar gewesenen Eigenschaften örtlich stabiler Lichtemission und hoher Leuchtdichte des Lichtsenders miteinander vereinigt.

so Dies wird nach dem Patentanspruch 1 erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Lichtquelle des Senders eine Gasentladungsblitzlampe ist, bei der eine Kapillare einen Kathodenraum mit einem Anodenraum verbindet und in den Anodenraum hineinragt, die Kathode in einem Abstand von der Mündung der Kapillare im Kathodenraum, die Anode nahe der Eintrittsstelle der Kapillare in den Anodenraum angeordnet und der Anodenraum an seiner dem Kathodenraum abgewandten Seite mit einem ebenen Fenster abgeschlossen ist, und daß diese Gasentladungslampe mit ihrer Kapillare koaxial zur optischen Achse des Lichtsenders angeordnet ist.

Indem auf diese Weise nicht die Lichtstrahlung quer zum Entladungsweg, wo die Leuchtdichte geringer und bei Impulsbetrieb, wie er für die Geräte vorliegender

b5 Art in Frage kommt, die Leuchtdauer länger ist, sondern die Lichtstrahlung am (anodenseitigen) Ende der mit Plasma gefüllten Kapillare benutzt wird, dient der heißeste, praktisch punktförmige vollständig ortsunverän-

derliche Teil der Entladung als Lichtquelle.

Dabei bleibt auch die im wesentlichen auf Kathodenzerstäubung zurückzuführende Schwärzung der Innenseite des Entladungsgefäßes praktisch wirkungslos, weil sie im wesentlichen auf den Kathcdenraum beschränkt ist, und die Anode vom in den Anodenraum hineinragenden Teil der Kapillare in Richtung auf die Kathode versetzt ist, kommt es nicht zu einer Schwärzung des Fensters.

Weiterbildungen dieses Sichtweitenmeßgerätes sind Gegenstar: J der Patentansprüche 1 bis 8.

In der Zeichnung ist als Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes ein nach dem Prinzip der Vorwärtsstreuung arbeitendes Sichtweitenmeßgerät in seinen für die Erfindung wesentlichen Teilen teils schematisch dargestellt. Es zeigt

F i g. 1 eine teilweise geschnittene Seitenansicht des Gerätes,

F i g. 2 eine Seitenansicht der Blende des Gerätes von

Fig. 1,

Fig.3 die Gasentladungsblitzlampe des Gerätes in größerem Maßstab.

An der Unterseite eines Trägers 1 sind einander gegenüber ein Lichtsender 2 und ein Lichtempfänger 3 befestigt. In der Mitte zwischen dem Sender 2 und Empfänger 3 ragt eine Blende 4 am Träger 1 nach unten. Der Sender 2 enthält eine von einem Stromversorgungsgerät 5 gespeiste Blitzlampe 6 mit einer Linsenoptik 7 hinter einem Fenster 8. Der Empfänger 3 enthält hinter einem Fenster 9 eine Fotodiode 10 mit einer Linsenoptik 11. Die Fotodiode 10 ist an eine Schaltung 1? zur Verstärkung und Messung des Fotostromes als Maß der Sichtweite angeschlossen. Die Schaltung 12 enthält ein Filter 13 und ein Verknüpfungsglied 14.

Die Strahlungsrichtung 15 des Senders 2 ist schräg abwärts und die Empfangsrichtung 16 des Empfängers 3 schräg aufwärts gerichtet. Die Blende 4 ragt von oben so weit in den Strahlungskegel 17 des Senders 2 und in den Kegel 18, aus dessen Raum der Empfänger 3 Licht empfängt, hinein und ist senkrecht zur Zeichenebene der Fig. 1 so breit, daß der Empfänger 3 kein direktes, sondern nur in der Luft, insbesondere an Nebelteilchen gestreutes Senderlicht empfängt, das ein Maß der Trübung und damit der Sichtweite ist.

Das Gasentladungsgefäß der Blitzlampe 6 besteht, wie am besten aus Fig. 3 ersichtlich, aus einem einen Kathodenraum 19 umschließenden Teil 20 und einem einen Anodenraum 21 umschließenden Teil 22. Diese Gefäßteile 20 und 22 sind durch eine Kap^;llare 23 miteinander verbunden. Die Kapillare 23 ragt in den Anodenraum 21 hinein. Die Kathode 24 ist in einem Abstand von der Stelle, an der die Kapillare 23 in den Kathodenraum 19 mündet, angeordnet. Die Anode 25 ist in bezug auf das freie Ende der Kapillare 23 im Anodenraum 21 zurückversetzt, d. h. nahe der Eintrittsstelle e'er Kapillare 23 in den Anodenraum 21 angeordnet. Der Anodenraum 21 ist der Kapillare 23 gegenüber durch ein ebenes Fenster 26 abgeschlossen. Im Gerät (F i g. 1) verläuft die Kapillare 23 koaxial zur optischen Achse (Strahlungsrichtung) 15 des Senders 2.

Als Gas für die Blitzlichtgasentladungslampe 6 hat sich Xenon besonders bewährt. Merkwürdigerweise verhält sich Xenon bei Temperaturen unter —38° C völlig anders als bei Normaltemperatur, nämlich dampfähnlich, weshalb die Gasentladungslampe 6 des Sicht-Weitenmeßgerätes zur Verwendung in Gegenden, in denen so tiefe Temperaturen vorkommen, erforderlichenfalls auf über — 38° C geheizt werden muß.

Die Lampe 6 liegt im Betrieb an einer vom Stromversorgungsgerät 5 gelieferten Spannung von ca. 600 Volt, wobei die Entladung mittels einer Steuerspannung an einer Zündelektrode ausgelöst wird. Die Zündelektrode kann an der Außenseite des Entladungsgefäßes angeordnet, insbesondere ein um den Anodenraum 21 (Teil 22 des Entladungsgefäßes) gewickelter Draht 27 sein.

Um die günstigen Eigenschaften der mit der Lampe 6 erzeugten Lichtblitze optimal auszunutzen, ist der Empfänger 3 des Sichtweitenmeßgerätes mit dem Filter 13 für die den empfangenen Lichtblitzen entsprechenden elektrischen Impulse ausgerüstet und zwar entweder

mit einem Hochpaßfilter, dessen Grenzfrequenz dicht unterhalb des energiereichsten Teiles des Frequenzspektrums der Impulse liegt oder mit einem Bandpaßfilter, dessen Durchlaßbereich dem energiereichsten Teil des Frequenzspektrums der Impulse entspricht. Beispielsweise liegt die Grenzfrequenz des Hochpasses bzw. die untere Bandgrenze des Bandpasses bei mindestens 10, zweckmäßig 20 Hz, die obere Bandgrenze bei ca. 300 kHz. Dadurch können z. B. Störungen durch vorbeifahrende Fahrzeuge mit Benzinmotor und durch vorüberziehende Wolken unterdrückt werden.

Das Frequenzspektrum der Lampe 6 hat, auch bei Xenon-Füllung, einen wenn auch schwachen infraroten Anteil. Die in Lichtempfängern von Geräten der in Frage stehenden Art als lichtelektrische Wandler benutzten

Si-Fotodioden, aber auch andere lichtelektrische Wandler, sprechen auch auf Infrarot an. Infrarot wird in der Atmosphäre weniger gestreut als sichtbares Licht. Bei Messung der Sichtweite kommt es aber nur auf das sichtbare Licht an. Deshalb würde der Einfluß des Infrarots auf die Sichtweitenmessur >i zu Fehlern führen. Diese werden dadurch ausgeschlossen, daß der Sender und/ oder der Empfänger 3, vorzugsweise der Empfänger 3, mit einem Infrarotfilter ausgerüstet oder das Fenster 8 bzw. 9 als Infrarotfilter ausgebildet oder die Linsenoptik 7 bzw. 11 aus Infrarot absorbierendem Material ausgeführt ist.

Das Verknüpfungsglied 14 ist ein vom Sender 2 gesteuertes UND-Glied, das den Fotostrom in den Pausen zwischen den Lichtblitzen der Gasentladungslampe 6 unterdrückt (nach dem aus der Schweiz. Patentschrift 5 66 013 bekannten Prinzip).

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Sichtweitenmeßgerät mit einem Lichtsender und einem Lichtempfänger für in der Atmosphäre gestreutes Senderlicht mit einer Einrichtung zur Messung der Intensität des empfangenen gestreuten Lichts als Maß der dieser entsprechenden Sichtweite, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle des Senders (2) eine Gasentladungsblitzlampe (6) ist, bei der eine Kapillare (23) einen Kathodenraum (19) mit einem Anodenraum (2!) verbindet und in den Anodenraum (21) hineinragt, die Kathode (24) in einem Abstand von der Mündung der Kapillare (23) im Kathodenraum (19), der Anode (25) nahe der Eintrittsstelle der Kapillare (23) in den Anodenraum (21) angeordnet und der Anodenraum (21) an seiner dem Kathodenraum (21) an seiner dem Kathodenraum (19) abgewandten Seite mit einem ebenen Fenster (26) abgeschlossen ist, und daß diese Gasentladungslampe (6) mit ihrer Kapillare (23) koaxial zur optischen Achse (15) des Lichtsenders (2) angeordnet ist.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas der Lampe (6) Xenon ist.

3. Gerät nach Anspruch 2, für Außentemperaturen unter —38°C, dadurch gekennzeichnet, daß die Lampe auf über —38°C heizbar ist.

4. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Lampe (6) eine an der Außenseite des Entladungsgefäßes (20/22) angeordnete Zündelektrode (27) hat.

5. Gerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündelektrode (27) an der Außenseite des Anodenraumes (21) angeordnet ist.

6. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Empfänger (3) sein Hochpaßfilter (13) für die der.i empfangenen Blitzlicht entsprechenden elektrischen Impulse hat, und die Grenzfrequenz des Hochpasses dicht unter dem energiereichsten Bereich des Frequenzspektrums der Impulse liegt.

7. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Empfänger (3) ein Bandpaßfilter (13) für die den empfangenen Lichtblitzen entsprechenden elektrischen Impulse hat, und daß die untere Bandgrenze des Filters dicht unter und die obere Bandgrenze dicht über dem energiereichsten Bereich des Frequenzspektrums der Impulse liegt.

8. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Sender oder der Empfänger, vorzugsweise der Empfänger, mit einem Infrarotfilter oder einer infrarote Strahlung absorbierenden Linsenoptik (7, U) oder mit einem infrarote Strahlung absorbierenden Fenster (8, 9) versehen ist.