JP4099485B2 - 大気透過率を測定するため及び気象学的視程を決定するための装置及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、大気透過率を測定するため及び気象学的視程を決定するための装置及び方法に関し、この際、これらの装置及び方法は特に着陸滑走路において使用される。

透過率計の光送信器ユニットと光受信器ユニットは、固定間隔、即ち所謂測定基底長をおいて互いに対峙している。航空輸送において要求される視程測定範囲に基づき、５０ｍ及びそれ以上の典型的な標準測定基底長が得られ、それにより透過率測定の結果が、誤差耐性をもって、対応する視程に変換され得る。

また、組み合わされた光送信／受信ユニットを基底長上のミラーユニットと組み合わせる実施形態も知られている。この際、送信器光は区間を２度に渡って通過する。

各事例において前記の機器部分の双方は、着陸滑走路表面上で２.５ｍという測定の定格高さを実現するために、適切なスタンド構造物上に構成されている。光学的な方向付けのための安定性の理由から、これらのスタンド構造物は、通常、中実の堅牢なコンクリート基盤上に固定されている。

飛行稼動時の最も高いカテゴリー（ＣＡＴ ＩＩＩｂ）のために要求される全視程測定範囲を達成するためには、通常、異なる２つの測定基底長が互いに組み合わされる。追加的な所謂短基底（測定基底長１０ｍ〜１５ｍ）は、極めて小さい視程の範囲（＜１００ｍ）のための測定値を提供し、これらの測定値は、標準測定基底長（５０ｍ〜１００ｍ）に関してはもはや誤差耐性をもって生成可能であるとは言えない。通常、光送信器は２つの光受信器と組み合わされ、また、光送信／受信装置と２つのミラーシステムとを有する装置も知られている。

更に、３００ｍに至るまでの測定基底長を有する所謂長基底透過率計が知られていて、これらの長基底透過率計は特に１０ｋｍに至るまでの視程測定範囲のために使用される。

周囲光による影響を排除するために送信器光は強度変調され、光受信器は、好ましくはその周知の変調をもって入射する光に反応する。この変調は周期的に又はパルス状で実施され得る。光源としては、好ましくは、機械的に（チョッパー機構）又は極めて低周波に変調されているハロゲン源、低周波にパルシングされているキセノン・フラッシュランプ、また、赤外発光ダイオードやレーザ光源なども知られている。

大気透過率のための測定結果から、コントラスト限界値を基礎にし、気象学的視程ＭＯＲ（気象光学距離：Meteorological Optical Range）が以下のように計算される：

この際、
Ｋ＝０.０５（５％のコントラスト限界値）、
Ｂ＝メートル表示における測定基底長、及び、
Ｔ＝標準化された大気透過率である。

透過率計の設置と稼動開始と稼動は、問題をはらみ熟知が困難な多数の個々の観点を含んでいて、また透過率計の測定精度は様々な環境影響により望まれずに損なわれるので、設置及び／又は稼動開始を簡素化するため並びに透過率計に対する望まれない環境影響を減少させるための異なる措置が知られている。

光送信器と光受信器は別個のコンクリート基盤上に設置されるので、精密な光学的な方向付けが先ずは絶対必要である。この際、設置及び実施における固有の偏倚は方向付けにより補整される。中実で堅牢なコンクリート基盤ですら、それらの位置が互いに常に正確に不変のままでいるということを保証しない。コンクリート基盤の各々のずれ（ドリフト）は光学的な方向付けのずれを導き、このことは絶対に実際作業においてたび重なって観察されるもので、それにより必然的に視程測定想定誤差を導き、これらの視程測定誤差は、光学外面の汚染により発生する誤差と同一のものと表される。この理由から方向付けは定期的に検査され、場合により修正されなくてはならない。この際、光学補助手段が使用され、これらの補助手段は、方向付けの質を検査するために光路内に取り入れられる。そのために通常では測定が中断されなくてはならない。設置個所で光送信器と光受信器に介入することは、どの場合にも必要であり、時間のかかるものであり、場合により飛行稼動を妨害することになる。他の誤差源は光学外面の汚染であり、この汚染は、認識され、その後、適切な措置により補整又は排除されなくてはならない。これらの光学外面は連続的な汚染にさらされ、この汚染は、発生が僅かな場合にでさえ機器プレート（例えば機器ガラス板）の透明度を損なわせ、特に上側の測定範囲終端において多大な視程測定誤差を導いてしまう。定期的に必要であり通常では頻繁に実施すべき機器プレートの洗浄の他に、この汚染及びそれに起因する相当の整備手間を減少させるための様々な構成上の措置が知られている。例えば、システムが測定を実施する間、光学外面を時折に限って露出させるフラップ（跳ね蓋）が使用される。この方法は、外側領域において持続的に移動される部材により不利であり、フラップ故障の場合の完全な機能損失により不利であり、更に、この技術が汚染の知覚可能な減少を達成すべき場合には少ない測定シーケンスにより不利である。この種の実施形態は実際の使用においてもはや格別のことではない。特許文献１は、光路内に旋回挿入可能な要素のための前記のような機構を記載している。防水フードは標準規格に属し、実際に各実施形態において見ることができる。これらのフードの保護作用は実質的に光学外面前のそれらの伸張範囲に依存するが、防水フードの長さは、光学システムのために必要な視野と、増加する受風面とにより制限されている。

防水フードによっては、降水と関連する激しい汚染作用だけが減少され得る。埃及び超微粒子による汚染の恒常的な増加は著しく影響されることはない。機器プレート上又は機器プレート前に空気流を発生させるファン（送風機）は実際の使用において幾つかの実施形態により知られている。これらのファンは、埃及び超微粒子をも光学外面から部分的に遠ざけておくことができるという長所を有する。しかし汚染の恒常的な増加はここでも回避されることはない。空気流内の渦流に基づき、ある程度の汚染粒子が常に機器プレート上に到達し、そのように構成されている透過率計の測定性能を損なわせる。特許文献２からは、必要に応じ、その都度、円形状の機器プレートのクリーンな区域（セグメント）が光送信器及び光受信器において光学光路内へとこのプレートを回転することにより取り入れられ得るという装置が知られている。この措置は、使用可能な区域の数に応じて洗浄間の時間間隔を延長させることに適している。ところが、クリーンな区域を汚染から保護すること、及び、外側領域において頻繁に移動しすぎる部材の存在は、問題がないものであるとは言えない。それらの周知の実施形態の各々において、いずれにせよ、機器プレートの洗浄は、汚染作用を除去するために信頼性のある唯一の手段である。汚染の完全な防止は不可能である。汚染を防止する又は減少させる記載した可能性の他に、屋外使用における光学測定システムの光学外面の汚染度を検出する様々な方法及び装置が知られている。特許文献１からは、汚染粒子による機器プレートの全反射の変化が評価される方法及び装置が知られている。全反射の角度のもと、プレートエッジにおいて、光が別個の光送信器を使って結合される。この光の流れは、内側の両方のプレート境界面間における典型的なジグザグ状の経過をもって全プレートを通り抜ける。汚染粒子が表面上にあると、光の一部がプレートから散乱して出てゆく。光結合とは反対側のプレートエッジには付属の光受信器が設けられていて、この光受信器は残っている光の流れを検知する。プレートの通過後の光信号の消滅から、その汚染度が推測され得る。

特許文献２からは、必要に応じ、その都度、円形状の機器プレートのクリーンな区域が光送信器及び光受信器において光学光路内へとこのプレートを回転することにより取り入れら得るという方法及び装置が知られている。汚染されているプレート区域における測定値と、一時的に取り入れられたクリーンなプレート区域における測定値とを比較することにより、現存する汚染度に関する情報が得られる。この方法の短所は、汚染度の検出の目的でその都度必要となる透過度測定の中断、及び、装置において必然的に頻繁に移動される機械的な要素である。

特許文献３からは、透過率測定装置のために２つの光送信／受信器において曲げられて取り付けられる機器プレートの備え付けを意図し、これらの機器プレートの透明度を別個のプレート送信器ユニット及びプレート受信器ユニットを用いて検出し、これらの両方の現存する測定結果を用いて大気透過率に対して関連付けを行うという方法及び装置が知られている。

この方法のためには必ず２つの機器ユニットが必要であり、これらの機器ユニットは、両方とも、異なる機器プレートを通じる別個の２つの経路上で大気透過率を測定するために光送信器と光受信器とを必要とする。

透過率計は、設置と方向付けの後、大気透過率及びそれから得られる視程値のためにそれらの透過率計によって検出された測定値を設置個所における実際の視界状況に適合させることを必要とする。この適合プロセスは、通常、校正（キャリブレーション）と称される。完璧に校正された稼動状態で透過率計は無限に良好な視程において１００％の透過率値を達成すべきであるという事実を特に考慮し、校正は、通常、１０ｋｍよりも大きな極めて良好な視界状況において実施され、それにより、要求されている校正条件が少なくとも近似的に達成され、その理由は、ほぼ無限に良好な視程を有する状況が通常はめったに遭遇されるものではないためである。

つまり、事実、現在の視程が訓練された観察人物により査定され、該当する透過率計において透過率のための測定値が測定基底長に応じて調節される。

この調節は、たび重なり、純粋に手動で受信器における電子「感度調節」として又は光送信器強度の調整により行われる。

電子データ処理の流れにより、校正のための純粋に計算による方法も可能とされている。透過率計により提供された測定値が補助的な校正係数（校正ファクタ）を用いて付勢される。この校正係数は、観察者により検出されている視程により提供され、観察者視程のキーボート入力後にデータ処理ユニットにより自動的に計算される。

米国特許第4432649号明細書 欧州特許第1300671号明細書 欧州特許第0745838号明細書

本発明の基礎となる課題は、従来技術の短所を排除し得る装置及び方法を創作することである。

この課題は、本発明に従い、各々の立て管構造物上に固定されている送信ユニット及び受信ユニットを用い、大気透過率を測定するため及び気象学的視程を決定するための装置において、次のことにより解決される。即ち、立て管構造物が、支持用の内管と、機械的に完全に未連結であり内管を保護する外管とから構成され、内管には、測定のために必要であり特に送信ユニット及び受信ユニットの光学的な方向付けのために責任を負っている全てのユニットが装着されていること、更に外管には、自重又は風荷重又は一方的な日光照射によりそれらの位置に関して変更され得る全構造物要素が装着されていて、それにより、光学的な方向付けがそれらの作用により影響されないままであること、散乱光測定装置が、透過率測定装置の組込構成要素であり、外管と直接的な接続状態にあること、送信ユニット及び受信ユニットには、各々、光学及び電子構成部品の汚染を保護するためにＶ字形状に９０°で互いに位置決めされている機器プレート（例えば機器ガラス板）が前置されていること、Ｖ字形状の各機器プレート装置には、機器プレートの汚染度を検出する透明度測定のための固有の透過率測定機が付設されていること、及び、送信器の光学システムも受信器の光学システムもカルダン式で位置調節可能に支持されて配設されていること。送信装置にも受信装置にも、機器プレートに対して指向される降水粒子の飛行軌道が衝突前に地面の方向へと偏向されるように掃除空気システムが装備されていると有利であると示されていて、それにより、雨滴や雪片のような降水粒子が光学外面に到達してしまうことはない。設けられている散乱光測定装置は降水の存在を検知するので、この情報は、掃除空気システムの稼動開始のために利用され得る。従って継続稼動が回避され、また降水の存在時には機器プレートにおいて発生し得る沈積が防止される。散乱光測定装置は、好ましくは前方散乱測定装置として形成されている。送信器光源として白色発光ダイオードの使用は特に有利である。更に、受信器では同期復調が使用可能であり、受信器が送信器の変調周波数と固定式で同期されていると有利であると示されている。

更に前記課題は、本発明に従い、大気透過率を測定するため及び気象学的視程を決定するための方法を用い、次のことにより解決される。即ち、自動的に選択されている状況において校正係数が決定され、この校正係数が、散乱光測定装置により提供されていて等価の透過率値に換算された視程値と、大気透過率のための測定値との商形成により形成されること、自動的に選択されている状況の間において、汚染に起因する修正係数が決定され、この修正係数が、送信器前及び受信器前に設けられている機器プレートの恒常的な透明度測定により検出されること、検出された修正係数の認識と、校正係数とから、方向付け係数が検出され、この方向付け係数が、送信器と受信器の間の光学的な方向付けが変化したことに対する等価値であること、透過率測定装置により検出された大気透過率のための測定値が、校正係数及び修正係数で付勢されること、及び、受信器と送信器の間の初期調節を復元するために、検出された方向付け係数が利用されること。

本発明は、実践から知られている全ての障害影響を一方で回避し、他方では詳細に検知し且つ場合により補整することが可能な状況にある。

それにより、飛行場における気象学的視程の決定のために、整備をほぼ必要としない透過率測定装置が得られる。

次に、実施形態に基づき、本発明を詳細に説明する。

透過率計の基本原理に従い、図２から見てとれるように、そこでは、立て管構造物１上に設置され、防水フード２で保護されている送信ユニット３及び受信ユニット４が互いに対峙して設置されている。本事例において、両ユニット間の間隔、所謂測定基底長は３０ｍであり、この際、５０ｍ及び７５ｍという他の標準測定基底長が同様に実現可能である。

必要な２.５ｍの測定高さ達成するために送信ユニット３及び受信ユニット４は立て管構造物１に装着されている。これらの立て管構造物１は、特に一方的な日光照射及び風荷重によって起こり得る捩れに関し、特に高い安定性を保証する。

立て管構造物１の実施形は二重管構造物を意図していて、この際、内管５と外管６の間の機械的な唯一の接触部は底板の領域で実現されている。

この新式の実施形態は、測定にとって重要な光電子ユニット（オプトエレクトロニクス・ユニット）を、構造物の他の部分から機械的に完全に分離することを可能にする。光電子ユニットは、機械的に未連結である内管５により支持される。外管６は、内管５を保護するために用いられ、全ての重い構成部品、或いは、周辺環境に特にさらされている全ての構成部品を支持し、特に、取付湾曲体を有するサポート構造物７、ファン８、防水フード２である（図４参照）。

防水フード２は、この新式の実施形態に基づき、特に長く及びそれにより効果的に実施され得て、その理由は、発生する風荷重が本発明に従う立て管構造物１により光電子ユニットの光学的な方向付けに影響を及ぼさないためである。それにも拘らず、防水フード２が下方に向かって開いているという実施形態により、機器プレート（例えば機器ガラス板）９は洗浄の目的で整備員に対して容易に接近可能な状態にある。

内管５上の光電子ユニット及び外管６上のサポート構造物７は、管軸線を中心に粗い方向付けの目的で垂直方向において回動され得て、最終的な位置で固定するための固定ネジ或いは固定ボルトを有している。

サポート構造物７における照準装置は粗い方向付けを支援し、更に粗い方向付けは補助的に音響的に支援される。送信器及び受信器の光電子ユニット内の高性能信号発信器が、信号サイクルの増加に基づき、精密な方向付けにとって十分である送信器光信号が光受信器光学系に達する場合を認識させる。

送信器及び受信器の光電子ユニット内の光学システム１０の実施形は、送信器及び受信器の自動的な精密な方向付けを可能にする。光学システム１０はレンズの領域でカルダン懸架部１７を介して支持されていて、光学システム１０の焦点距離の領域に偏心要素１２を有するギヤモータ１１は、光学軸線の非常に精密で且つ遊びのない電気機械式の位置調節可能性を保証する。適切な制御要素を利用し、ギヤモータ１１はマイクロプロセッサにより駆動され得る。偏心要素１２の位置、従って光学軸線の位置は、ポテンショメータ１３を用いて水平調節及び垂直調節のために別個に検出され、アナログ／デジタル変換の後、制御ユニットのマイクロプロセッサにより検知される。（図５）

自動的な精密な方向付けの間、送信器光学系及び受信器光学系は相前後して垂直方向でも水平方向でも位置調節される。位置調節プロセスの間、持続的に且つ同時に光学システムの機械的な位置もそれに付属する受信信号も記録される。位置調節の系統的な進行により、送信器の強度プロフィールを検出することも受信器の感度配分を検出することも可能とされる。

個々のプロフィールの記録後、得られる最善の状態の水平方向及び垂直方向の光学軸線の中央位置が、送信器のためにも受信器のためにも自動的に調節される。光学システムのこの最善の方向付けのために、それに付属する偏心要素１２の位置が制御ユニット内で消去不能（永久的）に保存され、つまり要求に応じていつでも再度使用可能な状態にある。

透過率測定装置の光電子要素を保護するために送信器においても受信器においても透明な機器プレートが設けられていて、これらの機器プレートは光学光路を制限することはない。本実施形態において新式の掃除空気システムは、特に防水フード２では防がれなかった風で吹き付けられる降水粒子により光学外面が湿潤することを防止する。

埃及び超微粒汚染粒子の持続的な循環に対して掃除空気システムにより対抗するため、及び、機器プレート上にそのような粒子が沈積する危険性に対抗するために、掃除空気システムのファンは、降水がある場合にだけ作動される。降水情報は、図２から見てとれるように送信ユニットのサポート構造物に装着されている散乱光測定装置により生成され、この散乱光測定装置は、現在天気のために必要な検知性能を有している。

掃除空気システムのファン流は、地面に向かって指向される空気流が機器プレート前の領域に発生するように流路形成されている。降水粒子は機器プレート到達以前に確実に下方に向かって偏向され、この際、空気流は、地面の方向への粒子の運動を支援及び加速する。

掃除空気システムの空気流路１４は光電子ユニットのカバー構造物の構造上の構成要素である。この空気流路１４はファン部分から機械的に完全に未連結状態にある。従ってファン８により発生する振動が、測定装置、特に光学軸線に対して影響を及ぼすことはない（図６）。

散乱光測定装置は本発明に従う装置の組込構成要素であり、この散乱光測定装置を使い、透過率測定の校正の質の連続的なコントロールが実施され得る。

送信ユニット３及び受信ユニット４は取付湾曲体を有し、この取付湾曲体は、ファン８及び防水フード２のために外側の保護管に取り付けられているサポート構造物７の構成要素である。この湾曲体には散乱光測定装置１５が取り付けられていて、それによりこの散乱光測定装置１５は、本方法のために必要な比較測定を透過率測定区間の直接的な空間近傍で実施し得る。視程を制限する天気現象は、典型的には不均質な空間配分を有するので、透過率計及び散乱光測定装置の測定容積のこの直接的な近傍は、他の配置構成よりも優先されなくてはならない。

使用されている散乱光測定装置の作動方式及びその基礎を成す方法は従来技術に対応するものである。より信頼性のある測定性能に基づき、光学前方散乱測定法による測定装置が光学後方散乱測定法よりも好まれる。それに加え、使用されている前方散乱測定装置は、目下の天気の検知を可能にし、この関連として、掃除空気システムの制御のためのものであり、また引き続いて説明する校正係数の検出時における降水事象に関する情報を生成する。

前方散乱測定装置は、その原理に基づき、汚染に起因する測定誤差に対してとても抵抗力があり、それに加え、典型的なこととして、１０ｋｍ及びそれ以上の極めて高い視程をも信頼性をもって検出するという可能性を有し、このことは、透過率測定装置では、測定基底長が極めて長い場合にだけ（２００ｍより小さい必ず必要な視程範囲が欠如するという短所を有する）、その際には汚染に起因する測定誤差に対して抵抗力の無さが更に増加してしまうが可能である。

散乱光測定装置における誤差源は、主として、視程決定のために援用される空気容積であって比較的小さく従って常に代表的であるとは限らない典型的には１リットルよりも少ない空気容積、並びに、様々な降水現象時に視界混濁度を代表的なものとしてではなく測定するという問題点に基づき、このことは、飛行場で安全上重要なほぼ３ｋｍより小さい視程測定範囲にとって代表的な透過率計の使用を好ましいものとする。

その際、本実施形態では、散乱光測定装置の視程測定値も、透過率測定からの結果との比較のために、好ましくは以下の場合に使用される：
− 散乱光測定装置の視程測定値が１０ｋｍを超過する場合、
− 散乱光測定装置の視程測定値の変化が観察時間内の平均値のまわりで決して±１０％を超過しなかった場合、
− 降水が散乱光測定装置により検知されなかった場合、
− 散乱光測定装置の稼動中断がない場合、
− 透過率測定値の変化が観察時間内の平均値のまわりで決して±１％を超過しなかった場合、
− 透過率測定装置の稼動中断がない場合。

透過率測定のために設置されている測定基底長の認識に基づき、これらの選択された状況において、散乱光測定装置の視程のための測定値が等価の透過率値に換算され、この透過率値が透過率測定装置の測定値と比較され、両方からの商が計算される。この際、測定値として、好ましくは、経過した分内における透過率測定装置及び散乱光測定装置の各々の測定容積内における変調周波数に依存する全ての個別サンプリングの平均値、及び、それから変換される大気透過率及び／又は視程のための情報が使用される。その際、計算された商からは、透過率測定値のための校正係数ＫＦが導き出される。

校正係数は、その次の測定の間、特に１０ｋｍ未満の視界混濁度の間、適用される。校正係数は、新たな校正係数が上記の方式で検出されるに至るまで、その有効性を維持する。

説明した計算処理は透過率計の制御ユニット内のマイクロプロセッサにより実施され、校正係数の変更は、一時的な中断に基づく誤りの発展に対抗する最大ステップ幅への制限を免れない。各々の校正係数は制御ユニット内で消去不能に保存されている。

透過率計の測定範囲上限の上方の範囲内だけで校正係数を検出する目的のために散乱光測定装置の測定値を援用することにより、及び、説明した環境影響に基づいて発生する透過率計の視程測定誤差がより小さい視程によって減少するという事実を援用することにより、透過率計により使用されている視程測定範囲にとって常に最善の測定精度が達成される。

今しがた説明した方法は、訓練された観察者による透過率計校正の手順に従うものであるが、そこには、昼夜いつでも可能な各々の校正状況が透過率計の測定性能の最適化のために援用されるという差がある。結果としてこの方法は、利用される多数の校正事象を導き、これらの校正事象は、観察者により支援される周知の校正法では決して達成されることはない。透過率測定時の校正係数の自動的な検出及び適用は、透過率計の測定性能を制限する影響の持続的で完全な補整を一度に可能にする。

図７に従い、Ｖ字形状に９０°で互いに位置決めされている２つの機器プレート９が見てとれる。これにより、２つの軸線による１つの同じプレートの通り抜けが可能とされる。主軸は、大気透過率測定のための光路の方向を表し、それとは９０°ずらされた副軸は、機器プレートの別個の透明度測定のための光路を示している。両方の光学軸線は、一方の機器プレートをプレート面に対して各々４５°の角度で且つ同じプレート領域内で通り抜け、この際、他方のプレートは、副軸に従う光路によってのみ通り抜けが成される。

この配置構成は、本当のプレート透明度を連続的に測定することを可能とし、測定性能を制限する万一の汚染の影響を迅速に正確に補整することを可能にする。プレート汚染を検出するために測定が中断される必要はなく、それによりクリーンな基準プレートとの比較が可能とされ、またプレートの散乱特性から導き出される経験上の変換値が使用される必要もない。

使用されている長尺の防水フード２に基づき、両方のプレートの均等な汚染が前提とされ得る。従って、説明した透明度測定に基づく大気透過率測定の修正は、たとえ大気透過率測定が各々の機器プレート９だけで影響されるとしても許容し得るものである。

更に本発明に従う装置は、別個のプレート測定受信器ユニット１６を使用せず、このプレート測定受信器ユニット１６は、制御電子装置の組込構成要素である。光電子ユニットのハウジングにおいて対応的に形成されている部分を介し、光束は機器プレートを横切った後に制御ユニットの光学受信装置の方向へと偏向される（図７参照）。

プレート透明度に関する測定結果から、制御ユニットのマイクロプロセッサは、汚染に起因する、透過率測定のための修正係数（修正ファクタ）を決定する。この修正係数は送信ユニット３及び受信ユニット４のために別個に決定される。この際、以下の式が有効である：

この際、
ＶＳは、送信器における、汚染に起因する修正係数である。
ＶＥは、受信器における、汚染に起因する修正係数である。
ＴＰＳは、送信器の光電子ユニットにおけるプレート透明度測定による標準化された測定結果である。
ＴＰＥは、受信器の光電子ユニットにおけるプレート透明度測定による標準化された測定結果である。

汚染に起因する両方の修正係数は全汚染係数ＶＧにまとめられる：

クリーンな機器プレートにおいてＶＧは１になる。

同様の機構を用いて係数ＶＧｔｅｍｐが計算されるが、この係数は、ＶＧと比べ、新たな校正係数の各検出により再び１に標準化される。その際、汚染に起因する一時的なこの修正係数は、校正係数と並び、透過率測定結果に直接的に適用される。

この際、
ＴＭｃｏｒｒは、修正されている、大気透過率の測定結果である。
ＴＭｍｅｓｓは、修正されていない、大気透過率の測定結果である。
ＶＧｔｅｍｐは、汚染に起因する一時的な修正係数である。
ＫＦは、校正係数である。

このようにして、プレート汚染に起因する透過率測定の影響が、新たな校正係数が検出される状況間で、透明度測定を利用して補整される。新たに検出された各校正係数は、ＶＧにより表されるプレート汚染に起因する影響をも自動的に補整する。

上記の校正係数の認識と共にＶ字形状に配設されている機器プレートの既述の透明度測定に基づく光学外面の汚染度の明確な認識は、方向付けに起因する透過率測定誤差及びそれによる視程測定誤差と、汚染に起因する透過率測定誤差及びそれによる視程測定誤差との分離を初めて可能にする。

校正係数は、透過率測定値のための、方向付けに起因する修正係数と、汚染に起因する修正係数とからまとめられるが、汚染に起因する修正係数に関する個別の認識があるので、校正係数において方向付けに起因する部分が直接的に計算され得る。

この際、
ＫＡは、校正係数において方向付けに起因する部分である。
ＫＦは、校正係数である。
ＶＧは、全汚染係数である。

ＫＡ及びＶＧの認識に基づき、紹介されている本発明は、方向付けの質及び機器プレートの汚染の程度に関する詳細なインフォメーションを可能にする。ＶＧｔｅｍｐを用い、発生するプレート汚染の計算上の補整は、散乱光測定装置の測定値の援用のための条件が満たされることに基づいて新たな校正係数ＫＦが検出され得るという状況間の時間間隔の間にも可能である。校正係数の各々の新計算により、方向付けの質も新たに判断される。従って使用者は、機器プレート汚染の程度に関しても方向付けの質に関しても情報提供され得る。

ＫＡとＶＧのために実施形態特有の適切な限界値を導入することにより、いつ機器プレートが洗浄されなくてはならないか、また、送信器及び／又は受信器の光学軸線の新たな方向付けが必要であるか否かが明白に定義される。その際、新たな方向付けは、使用者によって開始されるか又は完全自動で行われる。完全自動の新たな方向付けは、好ましくは以下の場合に実施される：
− 散乱光測定装置の視程測定値が１０ｋｍを超過する場合、
− 散乱光測定装置の視程測定値の変化が観察時間内の平均値のまわりで決して±１０％を超過しなかった場合、
− 降水が散乱光測定装置により検知されなかった場合、
− 散乱光測定装置の稼動中断がない場合、
− 透過率測定値の変化が観察時間内の平均値のまわりで決して±１％を超過しなかった場合、
− 透過率測定装置の稼動中断がない場合。

校正係数ＫＦと、汚染に起因する一時的な修正係数ＶＧｔｅｍｐとを本発明に従って検出することは、いつでも、最善の透過率測定性能と、最終的には、実用的な整備自由度を有することと同時に気象学的視程のために今までは達成されなかった測定精度とを提供する。

光受信器を光送信器の変調周波数と持続的に同期することは、ノイズのある小さな信号のための測定特性を周知のように改善すると共に、受信された強度変調されている光信号の、文献から知られている同期復調を可能とする。より良くは０.０００１％の分解能に応じる百万以上の増分（インクレメント）を用いたアナログ／デジタル変換の後、光受信器信号は制御電子装置のマイクロプロセッサに更なる処理のためにデジタル方式で提供される（図３参照）。

送信器光源としては白色発光ダイオードが使用され、この白色発光ダイオードは、許容最大電流の遥か下方に減少されている稼動電流に基づき５０.０００時間以上の寿命を達成し得る。発光ダイオードは周期的に所謂変調周波数を用いて強度変調される。多数のサンプリングを生成するために変調周波数は典型的に１０００Ｈｚより高いところに位置し、このことは測定の安定性の役に立つ。

光強度は、ゼロと、固定された稼動電流との間で５０％のデューティ比をもって変調される。稼動電流の平均値は数ミリアンペアだけである。光源の強度は、電子精密調整回路を用い、高安定性をもって維持される。

実施形態で使用されている白色発光ダイオードのスペクトルは、色発光ダイオード又は赤外発光ダイオード又はレーザ光源のような単色光源に対し、国際民間航空機関（ＩＣＡＯ）により視程透過率計における光源のために推奨されている波長範囲を完全に表すという長所を有する。機械的に変調されているハロゲン光源、又は、推奨されているスペクトル範囲を通常は有する、低周波にパルシングされているキセノン・フラッシュランプに対し、遥かに高い変調周波数の実現に長所があり、それと関連し、平均値形成における測定結果のためにより多くの値が得られるという長所がある。

１％に想定されたプレート汚染度に対する相対的な視程測定誤差を提示する表を示す図である。 本発明に従う装置の基本構造を示す図である。 従来のものと本発明に従う装置とを比べた、読取誤差に起因する相対的な視程測定誤差を示す図である。 立て管構造物の基本構造を、それに固定されているその本質的な構成グループと共に示す図である。 送信ユニットの原理構造を示す図である。 掃除空気システムの原理構造を示す図である。 機器プレートのための透過率測定機の原理図を示す図である。

符号の説明

１ 立て管構造物
２ 防水フード
３ 送信ユニット
４ 受信ユニット
５ 内管
６ 外管
７ サポート構造物
８ ファン
９ 機器プレート
１０ 光学システム
１１ ギヤモータ
１２ 偏心要素
１３ ポテンショメータ
１４ 空気流路
１５ 散乱光測定装置
１６ プレート測定受信器ユニット
１７ カルダン懸架部

Claims (13)

1. 大気透過率を測定するため及び気象学的視程を決定するための装置において、
   − 当該装置は、各々の立て管構造物上に固定されている送信ユニット及び受信ユニットから構成されていること、
   − 送信ユニット及び受信ユニットには、各々、光学及び電子構成部品の汚染を保護するためにＶ字形状に９０°で互いに位置決めされている機器プレートが前置されていること、
   − Ｖ字形状の各機器プレート装置には、透明度測定のための固有の透過率測定機が付設されていること、
   − 立て管構造物が、支持用の内管と、機械的に完全に未連結であり内管を保護する外管とから構成され、内管には、測定のために必要であり送信ユニット及び受信ユニットの光学的な方向付けのために責任を負っている全てのユニットが装着されていること、更に外管には、自重又は風荷重又は一方的な日光照射によりそれらの位置に関して変更され得る全構造物要素が装着されていて、それにより、光学的な方向付けがそれらの作用により影響されないままであること、
   − 散乱光測定装置が、透過率測定装置の組込構成要素であり、１０ｋｍ及びそれ以上の高い視程の認識と決定のために、外管と直接的な接続状態にあること、
   及び、
   − 各V字形状の機器プレート装置に付設された透過率測定機が、透過率測定装置の組込構成要素であること、
   − 送信ユニットの送信器の光学システムも透過率測定装置の受信ユニットの受信器の光学システムもカルダン式で位置調節可能に支持されて配設されていること、
   の各特徴を備えた装置。
2. 送信ユニット及び受信ユニットには、各々、掃除空気システムが設けられていて、この掃除空気システムが降水粒子を機器プレートへの衝突前に地面の方向へと偏向させ、それによりそれらの降水粒子が光学外面に到達しないことを特徴とする、請求項１に記載の装置。
3. 散乱光測定装置が前方散乱測定装置であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の装置。
4. 受信器では同期復調が使用可能であり、受信器が送信器の変調周波数と固定式で同期されていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の装置。
5. 送信器光源が白色発光ダイオードであることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の装置。
6. 信号ファインダが受信器と接続状態にあることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の装置。
7. 信号ファインダが音響的な信号発信器であることを特徴とする、請求項６に記載の装置。
8. 請求項１に記載の各々の立て管構造物上に固定されている、請求項１に記載の送信ユニット及び受信ユニットを用いて大気透過率を測定するため及び気象学的視程を決定するための方法において、
   − 送信器のためにも受信器のためにも最善状態の水平方向及び垂直方向の光学軸線の中央位置が自動的に選択されている状況において校正係数が決定され、この校正係数が、散乱光測定装置により提供された視程値が透過率に換算された値と、大気透過率の測定値との商形成により形成されること、
   − 自動的に選択されている状況の間において、汚染に起因する修正係数が決定され、この修正係数が、送信器前及び受信器前に設けられている機器プレートの恒常的な透明度測定により検出されること、
   − 検出された修正係数の認識と、校正係数とから、方向付け係数が検出され、この方向付け係数が、送信器と受信器の間の光学的な方向付けが変化したことに対する等価値であること、
   − 透過率測定装置により検出された大気透過率のための測定値が、校正係数及び修正係数で付勢されること、及び、
   − 受信器と送信器の間の初期調節を復元するために、検出された方向付け係数が利用されることを特徴とする方法。
9. 自動的に選択されている状況が次のことにより決定されていること、即ち、散乱光測定装置により提供されている測定値の評価が、降水がなく１０ｋｍよりも大きな視程があることを結果とすることによってであることを特徴とする、請求項８に記載の方法。
10. − 送信ユニット及び受信ユニットの設置と粗い方向付けの後、自動的な精密な方法付けが実施され、この際には先ず送信器が次に受信器が垂直方向でも水平方向でも位置調節されること、
    − 各々とられた位置が、その際に記録された受信値を用いて保存されること、及び、
    − そのようにして記録された送信器の強度プロフィールと、受信器の感度プロフィールとが、送信器と受信器の間の空間内で最良位置を調節するために利用されることを特徴とする、請求項８に記載の方法。
11. 強度プロフィールと感度プロフィールが消去不能に保存されることを特徴とする、請求項１０に記載の方法。
12. 散乱光測定装置により提供されている測定値が、設けられている掃除空気システムを稼動させる或いは非稼動とさせるために利用されることを特徴とする、請求項８に記載の方法。
13. 修正係数が閾値検査にかけられ、閾値を超過した場合には機器プレート清掃信号が生成されることを特徴とする、請求項８に記載の方法。