2021 rok
Marek Kaiper
Widzialnościomierze fotoelektryczne i przyrząd do pomiaru podstawy chmur.
W czasach PRL w lotnictwie wojskowym do określania widzialności i podstawy chmur używano różnych przyrządów meteorologicznych. Widzialność mierzono za pomocą przyrządów fotometrycznych lub fotoelektrycznych. Do fotometrów czyli widzialnościomierzy optycznych zaliczano widzialnościomierz Szaronowa, diafanoskop Szaronowa, widzialnościomierz IW GGO, widzialnościomierz polaryzacyjny M-53. Były to przyrządy ręczne działające na zasadzie, porównywania jasności obserwowanego obiektu z wzorcami znajdującymi się w przyrządzie lub przez wygaszania jasności obserwowanego obiektu. Przyrządem fotoelektrycznymi był widzialnościomierz M-37, umożliwiał on dokonanie pomiarów w dzień i w nocy. Składał się z reflektora z silną żarówką. Wysłany przez reflektor silny strumień światła zostaje osłabiony w atmosferze, trafia następnie do urządzenia odbiorczego gdzie fotokomórka zamienia go na sygnał elektryczny mierzony mikroamperomierzem odpowiednio wyskalowanym. Pomiar górnej granicy chmur wykonywany był też różnymi metodami, za pomocą balonu pilotowego (mierzono czas od chwili startu do chwili wejścia balonu w chmury), za pomocą reflektora PI-45 wysyłającego silny strumień światła pionowo do góry. Na plamę światła na chmurze skierowywano celownik optyczny M-105. W tym przypadku mierzono za pomocą celownika optycznego kąt jego podniesienia. Wysokość chmur znajdowano w tablicach. Wszystkie te techniki pomiarowe były eliminowane przez nowoczesne przyrządy pomiarowe wprowadzone do służby meteorologicznej w latach sześćdziesiątych i kolejnych dekadach. W lotnictwie WP używano widzialnościomierzy fotoelektrycznych M-37, RDW-2 i RDW-3 urządzeń elektronicznych do pomiaru wysokości chmur typu IWO-1, IWO-1M (Izmieritel Wysoty Obłokow) i RWO-2 (Registrator Wysoty Obłakow), wszystkie produkcji ZSRR.
Widzialnościomierze fotoelektryczne RDW-2 i RDW-3.
Widzialnościomierz RDW-2 przeznaczony był do ciągłego pomiaru i rejestracji przeźroczystości atmosfery. Wyposażony był w układ zdalnego włączania i przekazywania wyników pomiaru kablem na odległość do 4 km. RDW-2 składał się z bloku fotometrycznego FI-2, odbłyśnika pryzmatycznego, bloku zasilania, stabilizatora magnetycznego napięcia, pulpitu sterowania, rejestratora N392/N3092 lub innego, zapisującego tuszem wyniki pomiarów na wyskalowanej taśmie papierowej o szerokości 100 mm, pulpitu pomiarowego, tablicy zasilania i statywów. Baza pomiarowa RDW-2 wynosiła 100 m +/- 0.5 m, długość drogi promienia świetlnego przyjęta do obliczania skali wynosiła 200 m.
Źródłem światła była żarówka 8 V 100 W z żarnikiem w kształcie cylindrycznej spirali zasilana napięciem 5 V co zwiększa jej trwałość do 2 lat. Zmniejszone napięcie nie miało wpływu na strumień świetlny, który w okresie 5000 godzin zmniejszał się jedynie o 20-25%.
Światło żarówki jest za pomocą układu optycznego (soczewki i pryzmaty) podzielone na dwa promienie świetlne, pomiarowy i porównawczy. Obydwa promienie kolejno przechodzą przez prostokątne wycięcia na obwodzie wirującej tarczy (dysku) modulatora mechanicznego, który kolejno przełącza promienie porównawcze i pomiarowe z częstotliwością 148 Hz oraz przerywa promienie z częstotliwością 1780 Hz. Dysk modulatora podzielony jest naprzemian na 3 sektory z prostokątnymi zębami i trzy sektory ciągłe. W chwili przerywania promienia np. pomiarowego przez sektor zębaty , promień porównawczy jest przesłonięty ciągłą częścią dysku, obracanego za pomocą silnika elektrycznego.
Zadaniem modulatora jest okresowe przesłanianie jednego z promieni a przerywanie drugiego, co powoduje powstanie impulsów świetlnych. Strumień światła porównawczy jest kierowany poprzez modulator bezpośrednio do fotokomórki, strumień światła pomiarowy po odbiciu się od pryzmatów odbłyśnika skupiany jest w parabolicznym zwierciadle i kierowany z niego przez modulator do tej samej fotokomórki Impulsy świetlne trafiając na fotokomórkę zostają zamienione na impulsy elektryczne o częstotliwości 1780 Hz. Podczas pomiaru równowaga między obydwoma promieniami jest różna ze względu na tłumienie przez atmosferę promienia pomiarowego. Jeżeli amplituda obu ciągów impulsów (pomiarowego i porównawczego) jest różna, powoduje to powstanie napięcia różnicowego, które podawane jest na silnik napędu diafragmy (przesłony optycznej). Silnik przymyka diafragmę aż do chwili uzyskania równowagi amplitud obu ciągów impulsów. Wówczas napięcie różnicowe zanika i silnik diafragmy zatrzymuje się. Jego oś jest połączona przez przekładnie redukcyjną z linkowym układem pomiarowym połączonym ze wskazówką. Na skali pomiarowej umieszczono jednostki widzialności wyskalowane w procentach i kilometrach.
Podstawowe dane techniczne RDW-2.
Widzialnościomierz RDW-3 jest unowocześnioną wersją RDW-2. Zasada działania widzialnościomierza RDW-3 jest podobna do RDW-2. Źródłem światła jest żarówka kwarcowa 9 V o mocy 78 W z żarnikiem w kształcie płaskiej spirali. Zasilana była napięciem 6 V, co wydłużało jej żywotność i zapobiegało czernieniu szklanej bańki.
Obydwa widzialnościomierze w warunkach polowych i stacjonarnych powinny być umieszczone w specjalnych budkach chroniących je przed wpływem warunków atmosferycznych.
Wysokościomierz podstawy chmur IWO-1M.
Służy do zdalnego szybkiego pomiaru wysokości chmur. Urządzenie do pomiaru dolnej granicy chmur typu IWO („Obłako”) składało się z dwóch metalowych pojemników z okrągłymi szybami w górnej części. Pojemniki ustawiano w odległości 8 – 10 m jeden od drugiego. Szyby pojemników zamykane były poruszanymi elektrycznie pokrywami napędzanymi silnikami DWA-UZ-220V-0,47A-50Hz. Przed pomiarem należało otworzyć pokrywy wyłącznikiem na płycie czołowej bloku wskaźnika, po otwarciu zapalała się lampka kontrolna. Urządzenie wysyłało skierowany do góry silny impuls świetlny (lampa błyskowa – palnik ISSz-100-3) z częstotliwością powtarzania 20 Hz. Impuls ten po odbiciu od chmury trafiał na fotopowielacz FEU-1 umieszczony w ognisku lustra odbijającego urządzenia odbiorczego, po wzmocnieniu sygnał kierowany był do wskaźnika a następnie wyświetlany na lampie oscyloskopowej 8LO39W.
Naciśnięcie gałki potencjometru pomiarowego włączało nadajnik światła oraz podświetlenie skali, co ułatwiało odczyt. Zobrazowany na ekranie lampy impuls odbity od chmur nasuwano kręcąc wciśniętą gałką potencjometru na kreską wyrytą na szybie ekranu. Wysokość podstawy chmur odczytywano w metrach na podświetlonej skali wysokości chmur potencjometru. Cyfry na skali oznaczają setki metrów do 1500 m, odległości między działkami wynoszą 20 m. Czas pomiaru nie mógł być większy niż 10 sekund. Urządzenie RWO-2 („Registr”) było połączeniem urządzenia IWO-1M wzbogaconym o sygnalizację świetlną i dźwiękową informującą o wysokości chmur zbliżającej się do minimum lotniska oraz ogrzewane szyby odbiornika i nadajnika impulsów świetlnych.
Wyposażony był on dodatkowo w rejestrator samopiszący umożliwiający rejestrację zaprogramowanych pomiarów w przedziałach minutowych (60; 30; 15; 3 min) na taśmie papierowej. Skala pomiarowa RWO-2 była dokładniejsza odległość między działkami wynosiła 10 m. Urządzenie produkowany było w trzech wariantach. RWO-2 w składzie nadajnik i odbiornik świetlnych impulsów oraz pulpit sterowania; RWO-2-01 w składzie jak wariant pierwszy plus rejestrator, RWO-2-02 skład jak RWO-2-01 plus pulpit wynośny. W ZSRR urządzenie do pomiaru i rejestracji wysokości dolnej granicy chmur „Registr” (RWO-2). Było montowane w razie potrzeb także w radiolokacyjnych stacjach meteorologicznych typu MRŁ-1G gdzie była do tego instalacja kablowa. W Polsce IWO-1 montowane było w polowych stacjach meteorologicznych PSM-2 na samochodzie STAR-660.
Lampa błyskowa (palnik) ISSz-100-3 po transporcie musiała mieć sprawdzone ogniskowanie. Dokonywano tego za pomocą specjalnego peryskopu, którym sprawdzano położenie elektrod względem skrzyżowanych nici w polu widzenia. Obraz porównywano z wzorem w instrukcji.. Regulacje przeprowadzano za pomocą mechanizmu ogniskowania. Ogniskowanie odbiornika przeprowadzano po wyjęciu wzmacniacza fotoelektrycznego, na jego obudowę naklejano kartkę białego papieru i przechylając odbiornik na bok sprawdzano ostrość obrazu powstałego na papierze. W razie potrzeby obracano śrubę ogniskującą do chwili uzyskania właściwego obrazu.
Dane techniczne urządzenia do pomiaru wysokości chmur IWO-1M:
Dane techniczne urządzenia do pomiaru wysokości chmur RWO-2.
Zakończenie.
W ZSRR/Rosji w eksploatacji były widzialnościomierze fotoelektryczne FI-1, FI-2 i FI-3 w których żarówki zastąpiono lampami wyładowczymi (błyskowymi) błyskającymi z częstotliwością 50 Hz, wyposażono je w urządzenie cyfrowej obróbki danych przetwarzające wyniki pomiaru w kodzie ASCII.
Urządzenia do pomiaru dolnej granicy chmur typu IWO i RWO nazywane były w ZSRR światłolokatorami (świetołokator). Konstruowano tam coraz nowsze ich typy RWO-3, RWO-5, DWO-2. Z czasem zastąpiono palniki ISSz-100-3 laserami. Tak powstał laserowy miernik wysokości chmur DOL-2 (Datczik Wysoty Obłakow).
W lotnictwie wojskowym III RP początkowo używano sprzęt rosyjski a po jego zużyciu zastępowano go nowoczesnymi przyrządami meteorologicznymi produkcji krajów NATO. Pomiar widzialności na lotnisku zabezpieczają urządzenia AWOS II i AWOS III. Pomiary wysokości podstawy chmur wykonywane są za pomocą laserowych mierników (ceilometrów) wysokości podstawy chmur Vaisala CT25K.
Bibliografia.
Przyrządy do pomiarów hydro-meteorologicznych, Warszawa 1967
Widzialnościomierz fotoelektryczny RDW-2, Poznań 1981
Widzialnościomierz fotoelektryczny RDW-3, Poznań 1981
Wysokościomierz podstawy chmur opis i eksploatacja, Warszawa 1969
Izmeritel wysoty niżnej granicy obłakow RWO-2M Techniczeskoje opisanij i instrukcija po ekspluatacii AC 2.008.003 TO
Urządzenie do określania i rejestracji przeźroczystości atmosfery przy obserwacjach dziennych i nocnych M-37, opis i eksploatacja, Warszawa 1963
Opracował Marek Kaiper