PL B1. Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu, Wrocław,PL BUP 06/03. Kazimierz Ćmielewski,Wrocław,PL Krzysztof Kowalski,Wrocław,PL

Transkrypt

1 RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) (13) B1 (21) Numer zgłoszenia: (51) Int.Cl. G01W 1/02 ( ) Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (22) Data zgłoszenia: (54) Zestaw do pomiaru parametrów meteorologicznych atmosfery (43) Zgłoszenie ogłoszono: BUP 06/03 (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: WUP 04/08 (73) Uprawniony z patentu: Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu, Wrocław,PL (72) Twórca(y) wynalazku: Kazimierz Ćmielewski,Wrocław,PL Krzysztof Kowalski,Wrocław,PL (74) Pełnomocnik: Mączka Stanisław, Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu PL B1 (57) 1. Zestaw do pomiarów meteorologicznych atmosfery zawierający zespoły emitujące, odbiorcze, przetwarzające i rejestrujące falę elektromagnetyczną, znamienny tym, że stanowi go element zwrotny (11) i zespół nadowczoodbiorczy, który tworzy korpus (12) oraz umieszczone w nim i współdziałające ze sobą nadajnik laserowy (1), kamera elektroniczna (6), zespół elektronicznych czujników meteorologicznych (7), system rejestracji i przetwarzania danych (8) oraz wyświetlacz (9), przy czym nadajnik laserowy usytuowany jest naprzeciwlegle w stosunku do pozostałych wspomnianych elementów, a na zewnętrznej bocznej ściance korpusu (12) ma osadzony zawias (2) z ramieniem kątowym (3), w którego części końcowej znajduje się otwór (5).

2 2 PL B1 Opis wynalazku Przedmiotem wynalazku jest zestaw do pomiaru parametrów meteorologicznych atmosfery, a zwłaszcza określenia w monitorowanej przestrzeni głównych czynników meteorologicznych takich jak: temperatura, ciśnienie, wilgotność. Na dokładność wyników pomiarów geodezyjnych: optycznych, laserowych, mikrofalowych i w podczerwieni, oprócz dokładności użytych instrumentów, zasadniczy wpływ mają warunki środowiska, a w szczególności parametry meteorologiczne atmosfery, w której przebiegają obserwacje. Pomiary podstawowych parametrów atmosfery: temperatury, ciśnienia i wilgotności, w celu określenia poprawek korygujących wyniki pomiarów geodezyjnych, wykonuje się punktowo, najczęściej w miejscu prowadzonych obserwacji, z wykorzystaniem powszechnie znanych przyrządów meteorologicznych (M. Rojek, A. Żyromski Agrometeorologia i klimatologia", Wydawnictwo Akademii Rolniczej we Wrocławiu, skrypt nr 457, Wrocław 2000). Pomiary temperatury wykonywane są termometrami cieczowymi (alkoholowymi, rtęciowymi) lub elektrycznymi (oporowymi, termistorowymi, termoelektrycznymi, deformacyjnymi). Pomiary wilgotności wykonywane są: psychrometrami Augusta i Assmanna lub dużo mniej dokładnymi higrometrami włosowymi. Pomiary ciśnienia atmosferycznego wykonuje się najczęściej przy pomocy barometrów naczyniowych oraz aneroidów. Znane są również laserowe urządzenia tak zwane lidary, (F. Ratajczyk Fizyka dla geodetów", skrypt Akademii Rolniczej nr 395, Wrocław 1994). Lidary pozwalają na zdalne sondowanie atmosfery i określenie głównie rodzaju i wielkości zanieczyszczeń. Lidar jest laserem sprzężonym z teleskopem zaopatrzonym w fotopowielacz. Wiązka światła emitowanego przez lidar penetruje badany obszar ruchem skaningowym, a echo odbite od drobnych, materialnych cząstek unoszących się w powietrzu wraca do lunety i zostaje przez jej obiektyw skupione na fotopowielaczu. Sygnał z fotopowielacza wizualizowany jest za pomocą oscyloskopu, a następnie analizowany jest przez urządzenie rejestrująco-analizujące. Zakładając teoretycznie idealną czystość powietrza, echo nie pojawi się a propagowana wiązka wyemitowana będzie w nieskończoność. Znane jest również urządzenie pomiarowe tzw. sodar, który działa podobnie jak klasyczny radar oraz wspomniany lidar, z tym że emituje i analizuje sygnały akustyczne. Najczęściej stosowane współcześnie w praktyce przyrządy i metody służące do określania parametrów meteorologicznych atmosfery pozwalają jedynie na punktowe pomiary. Tak uzyskane wartości wyników pomiarów, traktowane najczęściej jako reprezentatywne dla całej monitorowanej przestrzeni, są źródłem błędów obniżających dokładność końcowych rezultatów obserwacji geodezyjnych. Wynalazek dotyczy zestawu do pomiarów meteorologicznych atmosfery zawierającego zespoły emitujące, odbiorcze, przetwarzające i rejestrujące falę elektromagnetyczną. Istotą wynalazku jest zestaw, który stanowi element zwrotny i zespół nadawczo-odbiorczy. Zespół ten tworzy korpus, w którym umieszczone są i współdziałające ze sobą: nadajnik laserowy, kamera elektroniczna, zespół elektronicznych czujników meteorologicznych, system rejestracji i przetwarzania danych oraz wyświetlacz. Nadajnik laserowy usytuowany jest naprzeciwlegle w stosunku do pozostałych wspomnianych elementów. Na zewnętrznej bocznej ściance korpusu jest osadzony zawias z ramieniem kątowym, w którego końcowej części znajduje się otwór, korzystnie centrujący. Korzystnie jest, gdy nadajnik laserowy usytuowany jest względem kamery elektronicznej w taki sposób, że emitowana wiązka laserowa, skierowana do elementu zwrotnego i po przejściu przez otoczenie pomiarowe, retransmitowana jest do obiektywu wspomnianej kamery elektronicznej. Zestaw, według wynalazku, cechuje się również tym, że elementy zespołu nadawczoodbiorczego są połączone ze sobą przewodowo albo sygnały pomiędzy wspomnianymi elementami przesyłane są jako fale elektromagnetyczne. Zestaw, według wynalazku, charakteryzuje się również tym, że elementem zwrotnym jest pryzmat albo pryzmat trójkątny dwuodbiciowy, albo pryzmat trójkątny dwuodbiciowy prostokątny, albo układ pryzmatów, albo układ zwierciadeł. Korzystnie też jest, gdy zawias jest zawiasem osiowym albo kulowym. Zestaw, według wynalazku, umożliwia określenie parametrów meteorologicznych atmosfery wzdłuż celowych realizowanych instrumentami geodezyjnymi w sposób ciągły. Sondowanie atmosfery wzdłuż celowej pozwala na łatwe określenie jej parametrów, co z kolei wpływa na poprawę dokładno-

3 PL B1 3 ści pomiarów. Zestaw ten pozwala na ciągłą analizę i rejestrację danych, co umożliwia przeprowadzenie szeregu dalszych badań. Ponadto, zaletami zestawu według wynalazku są: łatwość posługiwania się nim oraz niewielkie gabaryty umożliwiające jego włączenie do powszechnie stosowanych innych geodezyjnych zestawów pomiarowych. Przedmiot wynalazku jest schematycznie przedstawiony w przykładzie wykonania na rysunku w rzucie poziomym, na którym fig. 1 przedstawia zestaw pomiarowy w momencie jego kalibracji, a fig. 2 przedstawia zestaw pomiarowy w trakcie wykonywania pomiarów właściwych. Zestaw według wynalazku ma korpus 12, do którego jednej, wewnętrznej, bocznej ścianki przymocowano nadajnik laserowy 1, a do drugiej, przeciwległej bocznej ścianki przymocowane i połączone są ze sobą począwszy od góry, w jednym ciągu, kolejno: elektroniczna kamera 6, zespół elektronicznych czujników meteorologicznych 7, system rejestracji i przetwarzania danych 8 oraz wyświetlacz 9. Na zewnętrznej bocznej ściance korpusu 12, w górnej jej części, w pobliżu wspomnianego nadajnika laserowego 1, osadzony jest zawias osiowy 2 z ramieniem kątowym 3. W części końcowej tego ramienia znajduje się centrujący otwór 5, w którym na etapie kalibracji zestawu umocowuje się element zwrotny 11. Nadajnik laserowy 1 emituje wiązkę laserową 4, która kierowana jest do elementu zwrotnego 11, a następnie retransmitowana do elektronicznej kamery 6. Przed rozpoczęciem pomiarów należy wykonać kalibrowanie zestawu, według wynalazku, a tym samym ustalić początkowe warunki pomiaru. Pierwszą czynnością jest włączenie systemu rejestracji i przetwarzania danych 8, co automatycznie uruchamia: nadajnik laserowy 1, elektroniczną kamerę 6 oraz podzespół elektronicznych czujników meteorologicznych 7, to jest ciśnienia - p, temperatury - t oraz wilgotności - e. Następnie, za pomocą zawiasu 2 i ramienia kątowego 3, w którego otworze 5 na czas kalibrowania mocuje się element zwrotny 11, ustala się taką jego pozycję, aby nastąpiło skierowanie wiązki laserowej 4 do obiektywu elektronicznej kamery 6. W takim położeniu zestawu rejestruje się obrazy czoła wiązki laserowej 4, przypisując im rejestrowane na bieżąco, przez podzespół elektronicznych czujników meteorologicznych 7, wartości: temperatury -t, ci śnienia - p i wilgotności - e. Następnie, w celu przeprowadzenia pomiarów właściwych, odchyla się ramię kątowe 3 w taki sposób aby wiązka laserowa 4 mogła być skierowana w przestrzeń obserwacyjną 10 do elementu zwrotnego 11, ustawianego na punktach podlegających pomiarom geodezyjnym. Wiązka laserowa 4 po odbiciu się od elementu zwrotnego 11, retransmitowana jest do kamery elektronicznej 6. Po odebraniu czoła wiązki laserowej 4 przez kamerę elektroniczną 6 wizyjny sygnał elektryczny przekazywany jest do systemu rejestracji i przetwarzania danych 8. We wspomnianym systemie 8 sygnały te, w procesie obróbki cyfrowej i analizy, przypisywane są określonym czynnikom meteorologicznym, które pozostają w zależności funkcyjnej opisanej wzorem: F K = f(t,p,e), gdzie: F K -oznacza rozkład obrazu czoła wiązki laserowej 4, t, p, e - oznaczają wartości temperatury, ciśnienia i wilgotności. Na wyświetlaczu 9 wizualizowane są rzeczywiste i aktualnie panujące, w mierzonej linii sondowania, wartości parametrów meteorologicznych, które są reprezentatywne przy korygowaniu wyników pomiarów geodezyjnych. Zastrzeżenia patentowe 1. Zestaw do pomiarów meteorologicznych atmosfery zawierający zespoły emitujące, odbiorcze, przetwarzające i rejestrujące falę elektromagnetyczną, znamienny tym, że stanowi go element zwrotny (11) i zespół nadawczo-odbiorczy, który tworzy korpus (12) oraz umieszczone w nim i współdziałające ze sobą nadajnik laserowy (1), kamera elektroniczna (6), zespół elektronicznych czujników meteorologicznych (7), system rejestracji i przetwarzania danych (8) oraz wyświetlacz (9), przy czym nadajnik laserowy usytuowany jest naprzeciwlegle w stosunku do pozostałych wspomnianych elementów, a na zewnętrznej bocznej ściance korpusu (12) ma osadzony zawias (2) z ramieniem kątowym (3), w którego części końcowej znajduje się otwór (5).

4 4 PL B1 2. Zestaw, według zastrz. 1, znamiennym tym, że nadajnik laserowy (1) usytuowany jest względem kamery elektronicznej (6) w taki sposób, że emitowana wiązka laserowa (4), skierowana do elementu zwrotnego (11) i po przejściu przez otoczenie pomiarowe (10), retransmitowana jest do obiektywu wspomnianej kamery elektronicznej (6). 3. Zestaw, według zastrz. 1, znamienny tym, że elementy zespołu nadowczo-odbiorczego są ze sobą połączone przewodowo. 4. Zestaw, według zastrz. 1, znamienny tym, że sygnały pomiędzy elementami zespołu nadawczo-odbiorczego są przekazywane jako fale elektromagnetyczne. 5. Zestaw, według zastrz. 1, znamienny tym, że elementem zwrotnym (11) jest układ pryzmatów. 6. Zestaw, według zastrz. 1, znamienny tym, że elementem zwrotnym (11) jest pryzmat. 7. Zestaw, według zastrz. 6, znamienny tym, że pryzmat (11) jest pryzmatem trójkątnym dwuodbiciowym. 8. Zestaw, według zastrz. 7, znamienny tym, że pryzmat trójkątny dwuodbiciowy (11) jest pryzmatem prostokątnym. 9. Zestaw, według zastrz. 1, znamienny tym, że element zwrotny (11) jest układem zwierciadeł. 10. Zestaw, według zastrz. 1, znamienny tym, że otwór (5) jest otworem centrującym. 11. Zestaw, według zastrz. 1, znamienny tym, że zawias (2) jest zawiasem osiowym. 12. Zestaw, według zastrz. 1, znamienny tym, że zawias (2) jest zawiasem kulowym. Rysunki

5 PL B1 5

6 6 PL B1 Departament Wydawnictw UP RP Nakład 50 egz. Cena 2,00 zł.