Вимірювання висоти нижньої межі хмар - Наука та техніка
Несприятлива екологічна обстановка на території України вимагає приділяння особливої уваги питанням охорони природи та екологічного виховання. Контроль за впливом від господарської діяльності людини на довкілля та природний комплекс – необхідна складова частина заходів щодо покращення використання природних ресурсів. Багато галузей промисловості, сільського господарства великою мірою залежать від чіткості, оперативності роботи та надійності прогнозів федеральної системи спостережень та контролю за довкіллям. Оперативність та своєчасність подання штормових попереджень, завчасний прогноз небезпечних та особливо небезпечних явищ погоди є невід'ємною частиною успішної та безпечної роботи багатьох галузей господарства та транспорту, а довгострокові метеорологічні прогнози відіграють вирішальну роль в організації сільськогосподарського виробництва.
Одним із найважливіших параметрів, що визначають можливість прогнозування небезпечних погодних явищ, є висота нижньої межі хмар.
Принцип вимірювання висоти нижньої межі хмар, що використовується у вимірювачі висоти хмарності ІВО-1М та реєстраторі РВО-2.
Під висотою хмар у метеорології розуміють висоту їхньої нижньої межі над поверхнею землі. В основному вимірюють висоту хмар середнього та нижнього ярусів (не вище 2500 м). При цьому визначається висота найнижчих хмар. При тумані висота хмар приймається рівною нулю, й у аеропортах у випадках вимірюється “вертикальна видимість”. В основу вимірювання висоти нижньої межі хмар в ІВО-1М та РВО-2 покладено метод світлолокації.
Цим методом висота нижньої межі хмар визначається за часом проходження світлом шляху від випромінювача світла до хмари та назад.
Світловий імпульс надсилається випромінювачем і після відображення приймається приймачем. Випромінювач та приймач розташовуються в безпосередній близькості один від одного.
Принцип роботи вимірювача та реєстратора нижньої межі хмар.
1. Вимірювач висоти нижньої межі хмар ІВО-1М.
ІВО-1М складається з передавача та приймача світлових імпульсів, пульта управління та комплекту з'єднувальних кабелів. Приймач та передавач встановлюються на відкритому майданчику на відстані 8-10 метрів один від одного. Передавач і приймач аналогічні конструкції і містять параболічні дзеркала, захисні скла та 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 та частотою 20Гц випромінюються вертикально вгору. Частина розсіяної хмарою енергії (світлові імпульси з гармоніками, кратними основною частотою сигналу) повертається до приймача і перетворюється фотоелектронним помножувачем ФЕУ-1 на електричні імпульси. Безпосередньо у приймачі розташований попередній широкосмуговий підсилювач. який дозволяє зменшити вплив перешкод при передачі сигналу до пульта керування, розташованому в приміщенні на відстані до 50 м від приймача.
За допомогою пульта управління, що містить електронно-променеву трубку, оператор може вручну вимірювати час запізнення ехо-сигналу, відбитого хмарою, щодо зондувального сигналу, випромінюваного передавачем. Вимірювання проводиться за допомогою схеми компенсації, яка містить регульоване джерело живлення та дозволяє змінювати напругу на правій за схемою пластині ЕЛТ (рис.1).
Повертаючи ручку потанціометра, на якій закріпленийпокажчик шкали висот оператор компенсує напругу, що надходить від генератора розгортки на ліву пластину ЕПТ. Напруга на виході генератора розгортки за один період випромінювання зростає пропорційно часу, що пройшов з моменту випромінювання зондувального сигналу, і після досягнення деякого рівня, відповідного діапазону вимірювання, повертається до вихідного рівня. Відповідно до цього електронний промінь пробігає вздовж екрана ЕЛТ зліва направо із частотою випромінювання 20 разів на секунду.
Рис.1 Блок-схема ІВО-1М.
У пульті управління є схема АРУ, яка дозволяє підтримувати незмінною амплітуду ехо-сигналів у всьому діапазоні вимірювання. Генератор міток призначений для періодичної перевірки безпеки градуювання шкали висот в умовах експлуатації.
Приймач та передавач повинні встановлюватися на відстані не менше 200 метрів від радіолокаційних станцій та не менше 500 метрів від середньохвильових радіостанцій.
2.Реєстратор нижньої межі хмар РВО-2.
Реєстратів висоти хмарності РВО-2 є вдосконаленим варіантом ІВО-1М, має кращі експлуатаційно-технічні характеристики та ширші можливості застосування.
У РВО-2 покращено шкалу висот. Вона розбита на десятки метрів, що дозволяє зчитувати свідчення про ПНГО з похибкою не більше 5 метрів. За рахунок зменшення тривалості світлового імпульсу, збільшення напруги на конденсаторі основного розряду імпульсної лампи, збільшення крутості фронтів світлового імпульсу передній фронт сигналу на ПЛТ пульта управління крутіше - це забезпечує більш точне вимірювання ВНГО. Але цей режим живлення імпульсної лампи значно знижує її ресурс.
РВО-2 електромагнітно сумісний із радіотехнічними засобами і немає таких обмежень щодо встановлення приймача та передавача, як ІВО-1М.
Для усунення запотівання та обмерзання скла приймача та передавача забезпечено їх підігрів обігрівальним елементом потужністю близько 200 Вт.
РВО-2 комплектуються в 3-х варіантах:
перший варіант (РВО-2) входять: передавач, приймач світлових імпульсів і пульт управління;
у другий варіант (РВО-2-01) входять: передавач та приймач світлових імпульсів, куль управління, реєстратор. Цей варіант забезпечує вимірювання ПНГО до 2000 метрів та автоматичну реєстрацію її до 1000 метрів при розташуванні пульта керування та реєстратора на відстані до 50-70 метрів від місця встановлення передавача та приймача;
третій варіант (РВО-2-02) входять: передавач і приймач світлових імпульсів, пульт управління, реєстратор та виносний пульт. Цей варіант дає можливість вимірювати та реєструвати ВНГО так само, як і РВО-2-01, і вимірювати та реєструвати ВНГО до 1000 м за самописцем виносного пульта при розташуванні останнього на відстані до 8 км. від місця встановлення передавача та приймач.
Похибка вимірів ПНГО у РВО-2 така сама, як і у ІВО-1М. РВО-2-01 та РВО-2-02 забезпечують автоматичний вимір та реєстрацію ПНГО через 15, 30 або 60 хвилин відповідно до встановлення “інтервал”, при необхідності можлива реєстрація ПНГО з інтервалом у 3 хвилини та безперервна реєстрація протягом 1,5 хвилини .