Главная страница
Навигация по странице:

  • 1-3. ОПТИЧЕСКАЯ ДАЛЬНОСТЬ ВИДИМОСТИ

  • Численные значения рассеяния f(φ) в зависимости от угла φ характеризующего направление распространения рассеянного света

  • С. В. Батусов светосигнальные установки


    Скачать 2.35 Mb.
    НазваниеС. В. Батусов светосигнальные установки
    Анкор167003 (1).doc
    Дата09.01.2018
    Размер2.35 Mb.
    Формат файлаdoc
    Имя файла167003 (1).doc
    ТипКнига
    #10601
    страница2 из 11
    1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11

    1-2. ДАЛЬНОСТЬ ДЕЙСТВИЯ СВЕТОВЫХ СИГНАЛОВ

    В светосигнальных установках, как и в любой другой разновидности светотехнических установок, эффективность действия обусловлена спектральным составом излучения, несущего световой сигнал, плотностью этого излучения, попадающего на приемник (глаз), и временем воздействия [1, ч. 1, с. 87]. Указанные параметры, однако, не учитывают специфику светосигнальных установок. Пользуясь схемой, приведенной на рис. 1-2, найдем взаимосвязь параметров, обусловливающих зрительное восприятие светового сигнала. Для белых сигнальных огней постоянного действия плотность светового потока на сетчатке глаза наблюдателя пропорциональна свещенности на зрачке — Езр и действующей площади его qзр, т. е.

    (1-1)

    В зависимости от силы света сигнального прибора Iα,β атмосферных условий, характеризуемых удельной прозрачностью τуд и дальностью действия рассматриваемого огня D, освещенность плоскости, расположенной перпендикулярно к падающим лучам сигнала в месте нахождения наблюдателя, определится уравнением Аллара [2]

    (1-2)

    При наблюдении сигнальной фигуры (знака) плотность светового потока на сетчатке глаза наблюдателя пропорциональна яркости Lα,β ρ и размеру σ0 видимой поверхности этой фигуры, так как Iα,β= Lα,βσ0.

    Как следует из сказанного, специфику светосигнальной установки в данном случае определяют такие параметры, как дальность действия светового сигнала D, удельная прозрачность атмосферы гуд и угловой размер рассматриваемой фигуры γ=σ0/D2 (см. рис. 1-2).

    Д
    альность действия светового сигнала является основной эксплуатационной характеристикой каждой светосигнальной установки. В зависимости от поставленной зрительной задачи дальность действия светового сигнала можно подразделить на дальность видимости Dв, дальность различимости Dр и дальность пеленгования Dп. В последнем случае по расположению светосигнальной установки на местности наблюдатель определяет свое местоположение. Такая зрительная задача встречается лишь на дальних морских путях. В других случаях и особенно при наличии множества дополнительных ориентиров и других вспомогательных средств (карт, лоций, радиосредств) прибегать к пеленгации нет необходимости и такая задача может возникнуть лишь в условиях светомаскировки и плохой видимости.

    Для светосигнальных установок наибольшее значение имеют первые две характеристики. Одна из них — дальность видимости определяется расстоянием между светосигнальной установкой и наблюдателем в момент обнаружения или потери, светового сигнала, а другая — дальность различимости — расстоянием в момент, когда наблюдатель начал уверенно различать или терять все отличительные признаки, присущие данному сигналу (цвет, ритм прерывности, форму и расположение сигнальной фигуры и др.).

    Дальность действия световых сигналов зависит от многих факторов и в первую очередь от геометрических и светотехнических характеристик сигнальной фигуры и сигнального огня. Зависит она и от характеристик фона, на котором просматривается сигнал, а также от рельефа местности и шарообразности земной поверхности. Существенное влияние на дальность действия световых сигналов оказывают поглощение, рассеяние и искривление хода лучей, идущих от светосигнальной установки через толщу атмосферы к наблюдателю. Кроме того, здесь приходится учитывать состояние и уровень чувствительности приемника (глаза). Итак, дальность действия световых сигналов обусловливается:

    а) геометрическими параметрами, приводящими к экранировке излучения, несущего световой сигнал;

    б) оптическими параметрами как самой светосигнальной установки, так и среды, через которую проходит сигнал;

    в) свойствами, характеристиками и состоянием приемника (глаза);

    г) свойствами, характеристиками и состоянием самой светосигнальной установки;

    д) свойствами и характеристиками фона. Поэтому дальность видимости принято делить на геометрическую дальность видимости и оптическую дальность видимости. Первая из них определяется максимальным расстоянием между светосигнальной установкой и наблюдателем, когда отсутствуют ослабление и рассеяние излучения, несущего световой сигнал. Количественно это расстояние зависит от неровностей на местности, наличия леса и других естественных препятствий и препятствий от искусственных сооружений. Поэтому для размещения светосигнальных установок на местности часто приходится выбирать возвышенности или строить башни, мачты, столбы и подобные им сооружения, обеспечивающие эффективность действ
    ия светосигнального оборудования.

    Геометрическую дальность видимости, обусловленную шарообразностью земной поверхности, принято называть дальностью открытия D0 [3, с. 466]. Зависящая от высот размещения светосигнального прибора и сигнальной фигуры (знака) hзн и положения глаза (приемника) hгл относительно поверхности земли или зеркала водоема (рис. 1-3) дальность открытия определяется уравнением

    (1-3)

    Вследствие неоднородности отдельных слоев атмосферы за счет различия в температурах, плотностях и давлений в них световые лучи, исходящие от светосигнальной установки, претерпевают отклонение от прямолинейного распространения. С учетом этого явления дальность открытия определяется уравнением

    (1-3а)

    Здесь расстояние D0 и параметры h выражаются в метрах.
    1-3. ОПТИЧЕСКАЯ ДАЛЬНОСТЬ ВИДИМОСТИ

    Оптическая дальность видимости сигнального огня определяется расстоянием между светосигнальной установкой и наблюдателем, когда в заданных условиях наблюдения освещенность на зрачке глава от этого огня становится равной пороговому значению Eзр.п. Оптическую дальность видимости сигнальной фигуры (знака) определяют расстоянием, на котором воспринимаемый в точке наблюдения контраст между наблюдаемой фигурой и ее фоном становится равным порогу контрастной чувствительности k'п, т. е.

    (1-4)
    где L'зн и L'ф — воспринимаемые в точке наблюдения яркости сигнальной фигуры и поверхности, составляющей ее фон.

    Возможны два уравнения, аналогичных (1-4):



    и



    где индексы «св» и «т» означают: светлая фигура рассматривается на темном фоне (Lзн>·Lф) и темная фигура рассматривается на светлом фоне (Lзн<·Lф).

    Воспринимаемые в точке наблюдения яркости рассматриваемых сигнальных фигур L'зн и их фонов L'ф будут определяться уравнениями

    (1-5)

    В правой части этих уравнений первые слагаемые дают истинные значения яркостей рассматриваемой сигнальной фигуры Lзн и фона, на котором она просматривается, Lф, умноженные на коэффициенты пропускания света атмосферными слоями τ =e-aD, учитывающие ослабление излучения при прохождении его по путям Dзн и Dф =Dзн +δ (см. рис. 1-2). Вторые же слагаемые дают яркости атмосферных слоев, возникающие за счет рассеяния излучения по путям Dзн и Dф

    В приведенных уравнениях показатель ослабления света за счет рассеяния его в атмосфере а зависит от спектральных свойств атмосферы и в первую очередь от природы и размеров рассеивающих частиц, находящихся в атмосфере, а также от спектральных свойств излучения, несущего световой сигнал. Численные значения этого показателя рассеяния можно определять по уравнению

    (1-6)

    где r — радиус рассеивающих частиц, а K—функция рассеяния Страттона — Хатона [4].

    П
    остроенный Гертнером [5] график по уравнению (1-6) (рис. 1-4) дает представление об имеющихся здесь зависимостях. Из этого графика видно, что при относительно крупных рассеивающих частицах показатель рассеяния остается практически неизменным в довольно широкой области спектра. При рассеивающих же частицах, соизмеримых по размерам с длинами волн света λ, показатель рассеяния принимает максимальные значения. И, наконец, в области, соответствующей малым по сравнению с длинами волн света размерам рассеивающих частиц, показатель рассеяния подчиняется релеевской зависимости (молекулярное рассеяние, подчиняющееся закону αλ — cλ-4).

    При известных значениях спектрального показатели ослабления света за счет рассеяния его в атмосферных слоях αλ необходимости определения суммарного коэффициента пропускания света в данной атмосфере на пути l можно пользоваться уравнениями

    (1-7)

    и

    (1-8)

    где τλуд — удельный (на 1 км пути) спектральный коэффициент пропускания света с длиной волны λ атмосферой; x(λ) —спектральная плотность светового потока или силы света сигнала; υ(λ) —относительная спектральная световая эффективность излучения.

    Яркость атмосферных слоев зависит и от пространственных характеристик рассеянного в них света. Как и спектральные характеристики, пространственные характеристики рассеянного света в атмосфере зависят от природы, размеров и плотности самих рассеивающих частиц, а также от направления излучения, проходящего через данные слои атмосферы. Так, при молекулярном рассеянии пространственное распределение рассеянного света подчиняется закону

    (1-9)

    где с — постоянная, зависящая от характеристик и единиц входящих сюда величин; φ — угол между заданным направлением наблюдения и направлением распространения излучения, несущего световой сигнал, или солнечного света.

    Графическое изображение распространения силы света, рассеянного атмосферными слоями от точки элементарного объема, в этом случае представится симметричной фигурой, несколько сжатой по вертикали (рис. 1-5,а). При рассеивающих же частицах, по размеру соизмеримых с длинами волн проходящего излучения через атмосферу (r ≥ λ), форма кривой функции рассеяния f(φ) (индикатриса рассеяния) характеризует количественное увеличение рассеянного света в направлении проходящего излучения (рис. 1-5,6—г).

    П
    ринимая усредненное значение функции рассеяния f(φ) за единицу, получаем численные значения этой функции, характеризующие относительную силу света,рассеянного реальной атмосферой в заданном направлении, т. е.

    (1-10)

    где dIφ и dI0 — значения элементарной силы света в направлении угла φ и средней сферической силы света, рассеянного в данном объеме.

    Определяя силу света в направлении угла φ получим:

    (1-10а)

    где dФр — элементарный световой поток, рассеянный в данном элементарном объеме.

    Для случая молекулярного рассеяния и атмосферы, наиболее часто повторяющейся в реальных условиях, численные значения функции рассеяния f(φ) представлены в табл. 1-1.


    Таблица 1-1

    Численные значения рассеяния f(φ) в зависимости от угла φ характеризующего направление распространения рассеянного света

    Угол φ

    При идеальной атмосфере

    При часто повторяющейся реальной атмосфере



    20

    45

    90

    135

    180

    1,49

    1,31

    1,04

    0,84

    1,12

    1,49

    4,72

    4,00

    2,28

    0,61

    0,48

    0,48
    1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11
    написать администратору сайта