https://doi.org/10.15407/iopt.2021.56.050


Optoelectron. Semicond. Tech. 56, 50-60 (2021)

V.S. Kretulis, I.E. Minakova, P.F. Oleksenko, V.J. Goroneskul


OPTOELECTRONIC HARDWARE-SOFTWARE MONOMODULAR SENSOR OF METEOROLOGICAL RANGE OF VISIBILITY AND ATMOSPHERE TRANSPARENCY WITH AUTOMATIC CORRECTION OF EXTERNAL POLLUTION EFFECT OF OPTICAL SYSTEMS


A model sample of a monomodular hardware-software optoelectronic sensor of k-factor, meteorological range of visibility and atmosphere transparency with high technical and operational characteristics of small -sized execution is developed and created. The combination in the algorithm of functioning of the developed hardware-software methods of sensor creation provided increase of accuracy and invariance of results of measurement concerning external background illumination and self-testing with automatic correction of pollution effect of optical windows of the sensor. Continuous monitoring of the degree of contamination of optical windows provides an opportunity in case of detection of exceeding the permissible level of pollution to provide the operator with information about the need for preventive work. The proposed method of automatic correction of contamination of optical windows either completely eliminates or significantly increases the time interval of their mechanical cleaning operations, which reduces labour costs for maintenance of the sensor. The analysis of technical capabilities of the nodes of the model sample of the sensor allowed to estimate its basic meteorological parameters: the k-factor – (0.17÷1.11∙10-4) m-1, the meteorological visibility – (18÷27∙103 ) m and the atmosphere transparency per 1 km of the layer – (0÷0.895). The developed meteorological sensor can be used as a basic remote-controlled instrument for measuring meteorological parameters of the state of the atmosphere at the hydrometeorological stations of the country, mobile meteorological stations, stationary meteorological stations of road and air services to ensure guaranteed safety of workers.

Keywords: optoelectronic sensor, meteorological range of visibility, atmospheric transparency, scattering index, nephelometer.

References

1. Kovalev V.A. Vidimost v atmosfere i ee opredelenie. Leningrad: Gidrometeoizdat. 1988. 216 s.

2. Adnashkin V.N. Pogreshnost fotometrov rasseyannogo sveta (FRS), obuslovlennaya oslableniem sveta. Trudy GGO. 1979. Vyp. 433. S.58-61.

3. Baranov A.M. Vidimost v atmosfere i bezopasnost poletov. Leningrad: Gidrometeoizdat. 1991. 206 s.

4. Barteneva O.D., Dovgyallo E.N., Polyakova B.A. Eksperimentalnoe issledovanie opticheskih svojstv prizemnogo sloya atmosfery. Trudy GGO. 1967. Vyp. 220. S.101-162.

5. Hyulst G. Van de. Rasseyanie sveta malymi chasticami. Moskva: Izd-vo inostr. lit. 1961. 536 s.

6. Rozenberg G.V. Elektrodinamika staticheski neodnorodnyh sred i teoriya perenosa. Teoreticheskie i prikladnye problemy rasseyaniya sveta. Minsk. 1971. S.159-170.

7. Kretulis V.S., Minakova I.Ye., Oleksenko P.F. Optoelektronnij datchik meteorologichnoyi dalnosti vidimosti. Optoelektronika i poluprovodnikovaya tehnika. 2013. Vyp. 48. S. 105-112.

8. Kretulis V.S., Minakova I.Ye., Oleksenko P.F. Optoelektronnij bazovij modul sensornih sistem meteorologichnogo ta ekologichnogo monitoringu. Optoelektronika i poluprovodnikovaya tehnika. 2016. Vyp. 51. S. 113-118.

https://doi.org/10.15407/jopt.2016.51.113

9. Grin H., Lejn V. Aerozoli: pyli, dymy i tumany. Moskva: Mir. 1972. 428 s.

10. Goncharuk V.V., Lapshin V.B., Chichaeva M.A., Syroezhkin A.V. Atmosfera kak kolloidnaya sistema. Himiya i tehnologiya vody. 2011. 33. № 6. S. 571-600.

https://doi.org/10.3103/S1063455X11060014

11. Zhao H., Yin C., Chen M., Wang W. Risk assessment of heavy metals in street dust particles to a stream network. Soil Sedim. Contam. 2009. 18. P. 173-183.

https://doi.org/10.1080/15320380802660263

12. Mezhdunarodnyj standart GOST EN410-2014. Steklo i izdeliya iz nego. Metody opredeleniya opticheskih harakteristik. Opredelenie svetovyh i solnechnyh harakteristik (EN410.2011.IDT). Moskva: Standartinform. 2016. 41 s.

13. Bobkova N.M. Fizicheskaya himiya tugoplavkih nemetallicheskih i silikatnyh materialov. Minsk: Vysh. shk. 2007. 301 s.

14. Gurevich M.M. Fotometriya. Teoriya, metody i pribory. Leningrad: Energoatomizdat. 1983. 272 c.1. Kovalev V.A. Vidimost v atmosfere i ee opredelenie. Leningrad: Gidrometeoizdat. 1988. 216 s.

2. Adnashkin V.N. Pogreshnost fotometrov rasseyannogo sveta (FRS), obuslovlennaya oslableniem sveta. Trudy GGO. 1979. Vyp. 433. S.58-61.

3. Baranov A.M. Vidimost v atmosfere i bezopasnost poletov. Leningrad: Gidrometeoizdat. 1991. 206 s.

4. Barteneva O.D., Dovgyallo E.N., Polyakova B.A. Eksperimentalnoe issledovanie opticheskih svojstv prizemnogo sloya atmosfery. Trudy GGO. 1967. Vyp. 220. S.101-162.

5. Hyulst G. Van de. Rasseyanie sveta malymi chasticami. Moskva: Izd-vo inostr. lit. 1961. 536 s.

6. Rozenberg G.V. Elektrodinamika staticheski neodnorodnyh sred i teoriya perenosa. Teoreticheskie i prikladnye problemy rasseyaniya sveta. Minsk. 1971. S.159-170.

7. Kretulis V.S., Minakova I.Ye., Oleksenko P.F. Optoelektronnij datchik meteorologichnoyi dalnosti vidimosti. Optoelektronika i poluprovodnikovaya tehnika. 2013. Vyp. 48. S. 105-112.

8. Kretulis V.S., Minakova I.Ye., Oleksenko P.F. Optoelektronnij bazovij modul sensornih sistem meteorologichnogo ta ekologichnogo monitoringu. Optoelektronika i poluprovodnikovaya tehnika. 2016. Vyp. 51. S. 113-118.

https://doi.org/10.15407/jopt.2016.51.113

9. Grin H., Lejn V. Aerozoli: pyli, dymy i tumany. Moskva: Mir. 1972. 428 s.

10. Goncharuk V.V., Lapshin V.B., Chichaeva M.A., Syroezhkin A.V. Atmosfera kak kolloidnaya sistema. Himiya i tehnologiya vody. 2011. 33. № 6. S. 571-600.

https://doi.org/10.3103/S1063455X11060014

11. Zhao H., Yin C., Chen M., Wang W. Risk assessment of heavy metals in street dust particles to a stream network. Soil Sedim. Contam. 2009. 18. P. 173-183.

https://doi.org/10.1080/15320380802660263

12. Mezhdunarodnyj standart GOST EN410-2014. Steklo i izdeliya iz nego. Metody opredeleniya opticheskih harakteristik. Opredelenie svetovyh i solnechnyh harakteristik (EN410.2011.IDT). Moskva: Standartinform. 2016. 41 s.

13. Bobkova N.M. Fizicheskaya himiya tugoplavkih nemetallicheskih i silikatnyh materialov. Minsk: Vysh. shk. 2007. 301 s.

14. Gurevich M.M. Fotometriya. Teoriya, metody i pribory. Leningrad: Energoatomizdat. 1983. 272 c.

В.С. Кретуліс, І.Є. Мінакова, П.Ф. Олексенко, В.Ю. Горонескуль

ОПТОЕЛЕКТРОННИЙ АПАРАТНО-ПРОГРАМНИЙ МОНОМОДУЛЬНИЙ ДАТЧИК МЕТЕОРОЛОГІЧНОЇ ДАЛЬНОСТІ ВИДИМОСТІ ТА ПРОЗОРОСТІ АТМОСФЕРИ З АВТОМАТИЧНОЮ КОРЕКЦІЄЮ ВПЛИВУ ЗОВНІШНЬОГО ЗАБРУДНЕННЯ ОПТИЧНИХ СИСТЕМ

Розроблено та створено макетний зразок мономодульного апаратно-програмного оптоелектронного датчика k-фактора, метеорологічної дальності видимості і прозорості атмосфери з високими техніко-експлуатаційними характеристиками малогабаритного виконання. Поєднання в алгоритмі функціонування розроблених апаратно-програмних методів реалізації датчика забезпечило підвищення точності та інваріантності результатів вимірювання відносно зовнішнього фонового засвічення і самотестування з автоматичною корекцією впливу забруднення оптичних вікон датчика. Постійний моніторинг ступеня забрудненості оптичних вікон забезпечує можливість у разі виявлення перевищення допустимого рівня забруднення надання оператору інформації про необхідність проведення профілактичних робіт. Запропонована методика автоматичної корекції забруднення оптичних вікон або повністю виключає, або значно збільшує часову періодичність проведення операцій їхнього механічного очищення, що скорочує трудовитрати з технічного обслуговування датчика. Виконаний аналіз технічних можливостей вузлів макетного зразка датчика дозволив оцінити його базові метеопараметри в межах величин: з k-фактора – (0,17÷1,11∙10-4) м-1, з метеорологічної дальності видимості – (18÷27∙103) м та з прозорості атмосфери на 1 км шару – (0÷0,895). Розроблений метеорологічний датчик може використовуватися як базовий дистанційно керований інструментально-вимірювальний засіб визначення метеопараметрів стану атмосферного середовища на державних гідрометеостанціях країни, мобільних пересувних метеостанціях, стаціонарних метеопостах дорожніх- і авіаслужб задля забезпечення гарантованої безпеки праці робітників усіх видів транспорту.

Ключові слова: оптоелектронний датчик, метеорологічна дальність видимості, прозорість атмосфери, показник розсіяння, нефелометр.