Измерительный тракт авиационного флуоресцентного гигрометра

Полезная модель относится к метеорологическим устройствам и может быть использована для измерения атмосферной влажности. Сущность: устройство содержит измерительную камеру (1) и флуоресцентный измеритель влажности проб воздуха, помещенные во внешнюю герметичную камеру (14), аспирационный входной патрубок (6) с регулятором (11) давления, аспирационный выходной патрубок (7) с вакуумным насосом (10). Флуоресцентный измеритель влажности проб воздуха образован оптическим фокусирующим объективом (2), источником (3) Лайман-альфа и сопутствующего фонового УФ-излучений, оптическим фильтром (4), фотоприемником (5) и электронным блоком (9). Флуоресцентный измеритель влажности проб воздуха своим оптическим фокусирующим объективом (2) прижат к измерительной камере (1) с образованием между ними противодиффузионного кругового аспирационного зазора. Технический результат: улучшение эксплуатационно-технических характеристик измерительного тракта гигрометра. 1 ил., 3 табл.

Измерительный тракт авиационного флуоресцентного гигрометра, содержащий измерительную камеру, выполненную с возможностью поглощения УФ-излучения от источника Лайман-альфа излучения, ориентированный соосно с измерительной камерой флуоресцентный измеритель влажности проб воздуха, образованный оптическим фокусирующим объективом с соосно встроенным в него источником Лайман-альфа и сопутствующего фонового УФ-излучений, оптическим фильтром, фотоприемником, электронным блоком, аспирационные входной и выходной патрубки, связанный с аспирационным выходным патрубком побудитель обмена проб воздуха в измерительной камере, при этом объектив с одной стороны сфокусирован на область флуоресценции молекул водяного пара, образованную на участке оптической оси источника Лайман-альфа излучения, а с другой стороны – на приемную площадку фотоприемника через оптический фильтр, отличающийся тем, что измерительная камера и флуоресцентный измеритель влажности проб воздуха помещены во внешнюю герметичную камеру, через стенку которой к измерительной камере подсоединен аспирационный входной патрубок, в разрыв которого включен регулятор давления, при этом флуоресцентный измеритель своим оптическим объективом прижат к измерительной камере с образованием между ними противодиффузионного кругового аспирационного зазора, а аспирационный выходной патрубок соединен с внешней герметичной камерой.

Полезная модель относится к области метеорологии, а именно к малоинерционным устройствам для измерения атмосферной влажности на всех высотах в тропосфере и в нижней стратосфере (0 м - 25000 м) в диапазоне от десятков тысяч ppmv до единиц ppmv.

Известный измерительный тракт быстродействующего авиационного стратосферного гигрометра FISH (Fast In-situ Stratospheric Hygrometer) [Two decades of water vapor measurements with the FISH fluorescence hygrometer: a review. J. Meyer 1,a , C. Rolf 1 , C. Schiller 1,† , S. Rohs 1,2 , N. Spelten 1 , A. Afchine 1 , M. Zöger 3 , N. Sitnikov 4 , T. D. Thornberry 5,6 , A. W. Rollins 5,6 , Z. Bozóki 7,8 , D. Tátrai 7,8 , V. Ebert 9,10 , B. Kühnreich 9,10 , P. Mackrodt 9 , O. Möhler 11 , H. Saathoff 11 , K. H. Rosenlof 5 , and M. Krämer. Atmos. Chem. Phys., Published: 30 July 2015, https://www.researchgate.net/publication/307689766_Two_decades_of_water_vapor_measurements_with_the_FISH_fluorescence_hygrometer_a_review ], содержащий измерительную камеру, выполненную с возможностью поглощения УФ излучения от источника Лайман-альфа излучения, флуоресцентный измеритель влажности проб воздуха, образованный оптическим фокусирующим объективом, источником Лайман-альфа и сопутствующего фонового УФ излучений, оптическим фильтром, фотоприемником, электронным блоком, аспирационные входной и выходной патрубки, при этом оптические оси источника Лайман-альфа излучения и объектива взаимно ортогональны, а объектив с одной стороны сфокусирован на область флуоресценции молекул водяного пара, образованную на участке оптической оси источника Лайман-альфа излучения, а с другой стороны - на приемную площадку фотоприемника через оптический фильтр. Побудителем обмена проб воздуха в измерительной камере является входной аспирационный патрубок, открытый входной торец которого ориентирован в направлении полета, при этом скоростной напор воздуха создает в нем необходимое для обмена проб воздуха избыточное давление относительно давления в выходном патрубке с обратной ориентацией. Во входной патрубок воздух поступает с водяным паром и при наличии - с ледяными частицами, которые от нагрева патрубка испаряются, и таким образом выполняются измерения общего содержания молекул воды в воздухе. Давление в измерительной камере на всех высотах не отличается значительно от внешнего атмосферного. Из-за сильного предпоглощения Лайман-альфа излучения кислородом и водяным паром в плотных нижних слоях атмосферного воздуха измерения влажности выполняются только на высотах более 8000 м с давление менее 350 мбар. Измерительный тракт гигрометра FISH калибруется в наземных условиях при нескольких значениях давления в измерительной камере в диапазоне 350 - 40 мбар. Конструкция измерительной камеры испытывает перепад давления, достигающий почти одной атмосферы. Для минимизации погрешности калибровки и измерений жесткость конструкции измерительной камеры должна обеспечивать фиксированную юстировку оптических элементов, а уплотнения в соединениях - исключать натекание влажного атмосферного воздуха в камеру. Флуоресцентный метод измерений влажности атмосферного воздуха включает в себя предполетные калибровки флуоресцентного измерителя. Конструкция измерительного тракта гигрометра FISH не позволяет выполнять эти калибровки флуоресцентного измерителя вне самолета или оперативно заменить его заранее откалиброванным в лабораторных условиях. Измерительный тракт быстродействующего авиационного стратосферного гигрометра FISH характеризуется объемом измерительной камеры 300 см³ и суммарной площадью поверхностей, обтекаемых пробами воздуха, 450 см² (площадь поверхности камеры в области флуоресценции кратно увеличена поверхностями установленных там УФ поглощающих пластин, которые закреплены с возможностью обтекания всех их поверхностей пробами воздуха без образования ловушек сорбированной влаги). При таких характеристиках измерительной камеры в измерительном тракте гигрометра FISH уменьшение искажающего сорбционного вклада поверхностной влаги в пробы воздуха для получения приемлемой погрешности 5-8% при измерениях малых значений влажности порядка 4 ppmv достигнуто путем увеличения объемной скорости обмена проб воздуха в измерительной камере до значения порядка 3000 см³/с. Такая требуемая большая скорость обмена проб воздуха в измерительном тракте легко реализуется в полете за счет скоростного напора воздуха в направленный вперед аспирационный входной патрубок, однако для калибровки флуоресцентного измерителя требует такого же высокопроизводительного генератора проб воздуха с заданными значениями их влажности. Часть рассеянного фонового УФ-излучения от источника Лайман-альфа излучения в камере отражается практически без потерь оставшейся частью открытых электро-полированных поверхностей камеры, изготовленной из нержавеющей стали, и поверхностями установленных в камере элементов. Рассеяние фонового излучения при измерениях малых значений влажности порядка единиц ppmv, характерных для стратосферы, необходимо максимально подавлять, т.к. оно вносит в полезный сигнал, измеряемый в режиме счета фотонов, дробовой шум с дисперсией равной D(I)=σ ^2=√I, где I - счетная интенсивность регистрируемого флуоресцентного излучения, σ- стандартное отклононие. Шум счетного флуоресцентного сигнала вносит свой вклад в погрешность измерений влажности. Авторы оценивают интенсивность рассеянного фонового УФ-излучения в камере на уровне интенсивности молекулярного рассеяния воздуха.

К заявленному измерительному тракту авиационного флуоресцентного гигрометра наиболее близким по технической сущности является известный измерительный тракт авиационного флуоресцентного гигрометра FLASH (FLuoreccent Advanced Stratosoheric Hygrometer) [Ситников Н.М., Юшков В.А., Афчин А., Коршунов Л.И., Астахов В.И., Улановский А.Э. Кремер М., Мангольд А., Шиллер К., Равеньяни Ф.. Прибор FLASH для измерения концентрации водяного пара с борта высотного самолета, Приборы и техника эксперимента, 2007, № 1, 121-129, https://naukarus.com/pribor-flash-dlya-izmereniya-kontsentratsii-vodyanogo-para-s-borta-vysotnogo-samoleta], содержащий измерительную камеру, выполненную с возможностью поглощения УФ-излучения от источника Лайман-альфа излучения, ориентированный соосно с измерительной камерой флуоресцентный измеритель влажности проб воздуха, образованный оптическим фокусирующим объективом с соосно встроенным в него источником Лайман-альфа и сопутствующего фонового УФ-излучений, оптическим фильтром, фотоприемником, электронным блоком, аспирационные входной и выходной патрубки, связанный с аспирационным выходным патрубком побудитель обмена проб воздуха в измерительной камере, при этом объектив с одной стороны сфокусирован на область флуоресценции молекул водяного пара, образованную на участке оптической оси источника Лайман-альфа излучения, а с другой стороны - на приемную площадку фотоприемника через оптический фильтр. В измерительном тракте авиационного флуоресцентного гигрометра FLASH измерительная камера для флуоресценции молекул водяного пара выполнена из электро-полированной нержавеющей стали с образованием прямоугольной полости 8,7 × 7 × 5,5 см³. В измерительную камеру встроен стеклянный поглотитель фонового УФ излучения от источника Лайман-альфа излучения, образованный двумя прямоугольными пластинами из УФ-поглощающего стекла. Одна пластина 6,4 × 8 см² установлена под углом 45° к оси источника Лайман-альфа излучения на держателе из электро-полированной нержавеющей стали, выполненном в виде скошенной под углом 45° призмы высотой 5 см с основанием 4,5 х 5,5 см². При этом центр пластины совмещен с осью источника Лайман-альфа излучения. Другая пластина 6,5 × 7,5 см² установлена параллельно оси источника Лайман-альфа излучения на боковой поверхности камеры так, что между пластинами образован угол 45°. Обе пластины закреплены с возможностью обтекания всех их поверхностей пробами воздуха без образования ловушек сорбированной влаги. Часть рассеянного фонового УФ-излучения в камере отражается практически без потерь оставшейся частью открытых электро-полированных поверхностей камеры и увеличивает дробовой шум счетного флуоресцентного сигнала, который вносит свой вклад в погрешность измерений влажности. Измерительная камера в измерительном тракте гигрометра FLASH характеризуется объемом 150 см³ и развитой суммарной площадью поверхностей, обтекаемых пробами воздуха, 460 см². Пропорционально этим значениям формируется сорбционный вклад в погрешность измерений влажности проб воздуха. Причем сорбционная влага с поверхности выходного аспирационного патрубка противотоком за счет диффузии также поступает в измерительную камеру, поскольку тепловая скорость молекул здесь существенно превышает скорость движения проб воздуха. Чтобы избежать загрязнения поверхностей измерительной камеры влажным тропосферным воздухом, перед полетом она продувается сухим воздухом и герметизируется на время пока самолет не поднимется до высоты около 8000 м. Флуоресцентный измеритель влажности проб воздуха сформирован по соосной оптической схеме из источника Лайман-альфа излучения - криптоновой лампы, герметично вмонтированной в объектив по его оптической оси и излучающей возбуждающее излучение на длине волны 123,6 нм и фоновое излучение в области флуоресценции H₂O (306-316 нм), из фотоприемнака - ФЭУ, работающего в режиме счета флуоресцентных фотонов, и из оптического фильтра на спектральную область флуоресценции H₂O, установленного перед входным окном ФЭУ. При этом объектив с одной стороны сфокусирован на область флуоресценции H₂O, а с другой - через оптический фильтр на входное окно ФЭУ. Флуоресцентный измеритель своим объективом герметично состыкован с измерительной камерой соосно со встроенным в нее стеклянным поглотителем фонового УФ излучения. Конструкция измерительного тракта гигрометра FLASH не позволяет выполнять предполетные калибровки флуоресцентного измерителя вне самолета или оперативно заменить его заранее откалиброванным в лабораторных условиях. Побуждение обмена проб воздуха в измерительной камере обеспечено тем, что с торцом аспирационного выходного патрубка связано сопло Лаваля, ось которого ориентирована в направлении полета, а торец аспирационного входного патрубка, ориентированного ортогонально направлению полета, имеет срез под углом 45°, который ориентирован в сторону противоположную направлению полета. При этом во входной патрубок поступает воздух только с водяным паром, а ледяные частицы, при их наличии, уносятся потоком и таким образом выполняются измерения содержания только газообразной фазы воды в воздухе. По аэродинамическим расчетам авторов объемная скорость обмена проб воздуха в камере на стратосферных высотах составляет порядка 170 см³/с, однако в меняющихся условиях полета при определенных углах сноса самолета скорость обмена проб воздуха может снижаться и даже изменять направление на обратное. Снижение объемной скорости обмена проб воздуха в камере увеличивает в них долю вклада сорбционной влаги с поверхностей аспирационного тракта, что приводит к погрешности измерений, превышающей заявленные 8%. Давление в измерительной камере гигрометра FLASH на всех высотах не отличается значительно от внешнего атмосферного. Из-за сильного предпоглощения Лайман-альфа излучения кислородом и водяным паром в плотных нижних слоях атмосферного воздуха измерения влажности выполняются только на высотах более 8000 м с давление менее 350 мбар. Измерительный тракт гигрометра FLASH калибруется в наземных условиях при нескольких значениях давления в измерительной камере в диапазоне 350 - 40 мбар. Конструкция измерительной камеры испытывает перепад давления, достигающий почти одной атмосферы. Для минимизации погрешности калибровки и измерений жесткость конструкции измерительной камеры должна обеспечивать фиксированную юстировку оптических элементов, а уплотнения в соединениях - исключать натекание влажного атмосферного воздуха в камеру. При приведенных характеристиках измерительного тракта авиационного флуоресцентного гигрометра FLASH постоянное смещение калибровочной характеристики, обусловленное суммарным вкладом в измерительный сигнал остаточного рассеянного фонового УФ излучения источника Лайман-альфа излучения и сорбционным вкладом поверхностей тракта в значения влажности проб воздуха, составляет порядка 40 ppmv. При определении атмосферной влажности, полученное смещение калибровки вычитается из значения измеренного сигнала. Непостоянство значения сорбционного вклада при измерениях влажности, обусловленное меняющейся степенью просушки аспирационного тракта перед калибровкой и полетами и изменение сорбционного вклада при изменении в полете объемной скорости обмена воздуха в камере определяют основную часть погрешности измерений. Авторы оценивают суммарную погрешность измерений в стратосфере концентраций водяных паров 3-5 ppmv в пределах 8%.

Предложенный измерительный тракт авиационного флуоресцентного гигрометра (усовершенствованная версия измерительного тракта гигрометра FLASH 2007-го года), содержащий измерительную камеру, выполненную с возможностью поглощения УФ излучения от источника Лайман-альфа излучения, ориентированный соосно с измерительной камерой флуоресцентный измеритель влажности проб воздуха, образованный оптическим фокусирующим объективом с соосно встроенным в него источником Лайман-альфа и сопутствующего фонового УФ излучений, оптическим фильтром, фотоприемником, электронным блоком, аспирационные входной и выходной патрубки, связанный с аспирационным выходным патрубком побудитель обмена проб воздуха в измерительной камере, при этом объектив с одной стороны сфокусирован на область флуоресценции молекул водяного пара, образованную на участке оптической оси источника Лайман-альфа излучения, а с другой стороны - на приемную площадку фотоприемника через оптический фильтр, отличающийся тем, что измерительная камера и флуоресцентный измеритель влажности проб воздуха помещены во внешнюю герметичную камеру, через стенку которой к измерительной камере подсоединен аспирационный входной патрубок, в разрыв которого включен регулятор давления, при этом флуоресцентный измеритель своим оптическим объективом прижат к измерительной камере с образованием между ними противодиффузионного кругового аспирационного зазора, а аспирационный выходной патрубок соединен с внешней герметичной камерой. Аспирационный тракт является частью измерительного тракта авиационного флуоресцентного гигрометра и своими сорбционными и оптическими характеристиками (значения поглощения и рассеяния) вносит основной вклад в погрешность измерений малых значений влажности в верхней тропосфере и нижней стратосфере (высоты 8000 м - 25000 м) в диапазоне от нескольких сотен ppmv до единиц ppmv. Техническое решение при создании измерительного тракта авиационного флуоресцентного гигрометра с применением внешней герметичной камеры, внутри которой помещены измерительная камера и флуоресцентный измеритель влажности проб воздуха с образованием между ними противодиффузионного кругового аспирационного зазора, обеспечило получение положительного технического результата - повышение эксплуатационно-технических характеристик предложенного измерительного тракта: 1). Аспирация измерительной камеры через круговой зазор избавляет от необходимости применять дополнительные конструктивные элементы, герметично соединяющие измерительную камеру, объектив и выходной аспирационный патрубок. Применения дополнительных элементов в конструкции измерительной камеры целесообразно избегать, т. к. они увеличивают объем и площадь внутренней поверхности измерительной камеры, что, как следствие, ведет к росту погрешности измерений влажности проб воздуха, формируемой сорбционным вкладом дополнительной внутренней поверхностью камеры, увеличением постоянной времени обмена проб воздуха в камере с увеличением ее объема, увеличением потока рассеянного фонового излучения от источника Лайман-альфа излучения при наличии в камере элементов, изготовленных не из УФ-поглощающего материала. Перечисленные эффекты особенно критично сказываются на величине погрешности измерений в стратосфере, где влажность снижается до нескольких единиц ppmv. Созданный в аспирационном пути круговым зазором небольшой перепад давления на нем препятствует влаге с поверхностей внешней герметичной камеры за счет диффузии проникать в измерительную камеру и увеличивать погрешность измерений. Составляюшие погрешности предложенного измерительного тракта авиационного флуоресцентного гигрометра, сформированные сорбционными потоками с поверхностей аспирационного тракта и дробовым шумом счетного флуоресцентного сигнала, увеличенного рассеянным фоновым излучением и суммарная погрешность измерений, полученных в 13-и тестовых измерениях, с учетом погрешностей применяемых образцовых средств калибровки представлена в таблице 1.

2).Внешняя герметичная камера в аспирационном тракте гигрометра выполняет также роль пневматического буфера, снижающего пульсации давления в измерительной камере, создаваемые вакуумным насосом, что снижает флуктуации измеряемого флуоресцентного сигнала, вносящие вклад в погрешность измерений. 3) Из-за сильного предпоглощения Лайман-альфа излучения кислородом и водяным паром в плотных нижних слоях атмосферного воздуха измерения влажности флуоресцентным методом без принудительного разрежения проб воздуха возможны только на высотах более 8000 м, т.е. в разреженном воздухе с давление менее 350 мбар. В предложенном измерительном тракте авиационного флуоресцентного гигрометра давление в измерительной камере регулятором давления, независимо от высоты полета самолета, стабилизируется на уровне 50 мбар при измерениях в тропосфере с самолета с практическим потолком 10000 м (ЯК-42 «Росгидромет») и на уровне 34 мбар, соответствующему практическому потолку стратосферного самолета 21550 м (М-55 «Геофизика»). Эти значения выставлены из расчета минимального атмосферного давления на высоте, соответствующей практическому потолку самолета, за вычетом падения давления на пневматическом сопротивлении участка входного аспирационного тракта до измерительной камеры и величины разрежения на торце воздухозаборного патрубка, ориентированного против направления полета для исключения аэрозольной составляющей в измерениях влажности. Принятая аспирационная схема расширила рабочий диапазон высот, она позволяет выполнять измерения флуоресцентным методом на высотах, начиная от уровня аэродрома, поэтому перепад давления в измерительной камере относительно давления за бортом на малых высотах приближается к одной атмосфере. Здесь весь этот перепад давления без технологических сложностей берет на себя внешняя герметичная камера, облегчая требования к конструкции внутренних элементов. Противодиффузионный круговой аспирационный зазор своим пневматическим сопротивлением создает небольшой, порядка 5-10 мбар перепад давления воздуха между внутренней полостью измерительной камеры и полостью внешней герметичной камеры. Малый перепад давления снижает требования к жесткости и герметичности соединений элементов, формирующих измерительную камеру, в частности - к креплению в объективе источника Лайман-альфа и сопутствующего фонового УФ-излучений. Это облегчает замену этого источника (криптоновой лампы) по мере его деградации с наработкой часов эксплуатации. Облегчается также монтаж и замена самого флуоресцентного измерителя в предложенном гигрометре, что позволяет выполнять его предполетную калибровку в помещении, а не у самолета в аэродромных условиях (применяемая калибровочная камера по своим характеристикам идентична измерительной камере в измерительном тракте гигрометра) или использовать сменные откалиброванные флуоресцентные измерители. Измерительный тракт авиационного флуоресцентного гигрометра (фиг. 1) содержит измерительную камеру - 1, выполненную из УФ-поглощающего стекла в виде усеченного конуса так, что она образует также и обязательный при флуоресцентных измерениях входящий в состав измерительной камеры стеклянный поглотитель фонового УФ-излучения от источника Лайман-альфа излучения; заглушку- 8 для меньшего основания измерительной камеры, выполненную из УФ-поглощающего стекла, установленную под углом 45° к оси источника Лайман-альфа излучения с возможностью обтекания пробами воздуха; флуоресцентный измеритель влажности проб воздуха, образованный оптическим фокусирующим объективом - 2 с соосно встроенным в него источником Лайман-альфа и сопутствующего фонового УФ излучений - 3, оптическим фильтром - 4, фотоприемником - 5, электронным блоком - 9; аспирационные входной и выходной патрубки - 6 и 7; вакуумный насос - 10; регулятора давления 11; три упора - 12, формирующие между объективом и измерительной камерой противодиффузионный аспирационный круговой зазор в 0,1 мм; внешнюю герметичную камеру - 14 с упорами - 15, направляющими объектив - 2 соосно с измерительной камерой; съемный фланец - 17 внешней камеры с герметичным уплотнением - 16; пружину - 18, фиксирующую продольное положение флуоресцентного измерителя. Работа измерительного тракта авиационного флуоресцентного гигрометра основана на измерении интенсивности флуоресцентного свечения в диапазоне 306-316 нм возбужденных частей молекул водяного пара при облучении возбуждающим Лайман-альфа излучением с длиной волны 123,6 нм. При фиксированном значении давления воздуха, в оптимальных для флуоресценции пределах 10-100 мбар, зависимость интенсивности этого флуоресцентного свечения от влажности воздуха в диапазоне значений 1-500ррм (на высотах больше 8000 м) описывается линейным соотношением вида μ=k⋅X-b, где μ- влажность воздуха в единицах отношения смеси вода/воздух ppmv, k- калибровочный коэффициент, его размерность ppmv/счет, X- счетный сигнал флуоресценции в единицах счет, b - второй калибровочный коэффициент, характеризующий интенсивность рассеянного в камере фонового излучения, испускаемого источником Лайман-альфа излучения в области спектра флуоресценции молекул воды и остаточную десорбцию воды со стенок аспирационного тракта, его размерность - ppmv. Типичное калибровочное выражение предложенного измерительного тракта авиационного флуоресцентного гигрометра для выполнения измерений с российского стратосферного самолета М-55 «Геофизика» на высотах от 8000 м до 21500 м имеет вид μ=0,0613*Х-8,1891. Давление в измерительной камере поддерживается на уровне 34 мбар. При этом же давлении производится калибровка измерительного тракта авиационного флуоресцентного гигрометра по показаниям образцового конденсационного гигрометра MBW-373LX в единицах отношения смеси ppmv (количество молекул воды на один миллион смеси молекул воздуха и воды, это отношение остается неизменным при разрежении проб воздуха). Для высот верхней тропосферы и нижней стратосферы, где влажность изменяется в пределах 1-500 ppmv зависимость счетного сигнала флуоресценции от значения влажности носит практически линейный характер, поэтому для получения калибровочного выражения для этого диапазона влажностей достаточно сравнить показания калибруемого измерительного тракта авиационного флуоресцентного гигрометра и образцового гигрометра в одной точке в области единиц ppmv и в одной точке в области 500 ppmv. В расширенном диапазоне влажностей из-за возрастания предпоглощения Лайман-альфа излучения самими молекулами воды зависимость счетного сигнала от значения влажности проявляет нелинейный характер. В области влажности больше 37000 ppmv счетный сигнал флуоресценции практически не возрастает с увеличением влажности воздуха и измерения флуоресцентным методом становятся невозможными. В средних широтах диапазон измеряемых влажностей достаточно ограничить на уровне 15000 ppmv. Калибровка при этом производится по множеству точек, а калибровочное выражение получается с применением полиномиальной аппроксимации данных калибровки. Пример данных калибровки в расширенном диапазоне влажности показан в таблице 2:

В диапазоне влажности 500 - 1 ppmv (8000 - 21500 м) калибровка представляется выражением μ=0,0613⋅Х-8,1891, в диапазоне 15000 - 1 ppmv (0 - 21500 м) данные калибровки аппроксимируются полиномом третьей степени μ=4⋅10^ -12⋅Х^3 -3⋅10^-7⋅X^2+0,0763⋅X-96,897, где μ - влажность в единицах [ppmv], X - [счетный сигнал флуоресценции Н₂О]. При полетах в области с переохлажденным водяным паром обмен проб воздуха с принудительным понижением в них давления действием эффекта Джоуля - Томсона может привести к конденсации влаги внутри входного аспирационного патрубка и к его обледенению с прекращением измерений. Для устранения таких ограничений входной аспирационный патрубок нагревается по всей длине джоулевым теплом, начиная от входного торца, поддерживая температуру поступающих проб воздуха на заданном уровне +24°С ( при этом измеряемая влажность воздуха в единицах ppmv остается неизменной). Для минимизации погрешности измерений все элементы измерительного тракта авиационного флуоресцентного гигрометра при калибровках и измерениях термостатированы на заданном уровне +24°С. На стоянках, на заданных высотах и при транспортных перелетах вход воздухозаброного патрубка закрывается герметичным затвором с электроприводом, управляемым оператором с пульта или автоматически по сигналам от встроенного датчика баровысоты.

Предложенный измерительный тракт авиационного флуоресцентного гигрометра создан на основе измерительной камеры -1, выполненной из УФ-поглощающего стекла в виде усеченного конуса высотой 10 см, с диаметрами оснований 2 см и 5,4 см. Меньшее основание усеченного конуса изнутри закрыто заглушкой из УФ-поглощающего стекла -8, которая установлена под углом 45° к оси источника Лайман-альфа излучения с возможностью обтекания пробами воздуха. К большему основанию конуса через три упора - 12 соосно прижат объектив -2 флуоресцентного измерителя с образованием между ними противодиффузионного аспирационного кругового зазора в 0,1 мм. Три упора -12 выполнены из полосок фольги из нержавеющей стали толщиной 0,1 мм, шириной 2 мм, закрепленных по кругу с периодом 120° на внешней поверхности конуса у большего основания с загибом свободных концов на торец конуса. Флуоресцентный измеритель образован оптическим фокусирующим объективом - 2 с соосно встроенным в него с возможностью замены источником Лайман-альфа и сопутствующего фонового УФ излучений - криптоновой лампой - 3, интерференционным оптическим фильтром 3 (пропускание при λ=310 нм не хуже 50%, ширина полосы пропускания на уровне 0,3 равна 7 нм), фотоприемником -5 (ФЭУ HAMAMATSU R647P), электронным блоком - 9. Объектив с одной стороны сфокусирован на область флуоресценции молекул водяного пара, образованную на участке оптической оси источника Лайман-альфа излучения, а с другой стороны - через интерференционный оптический фильтр на приемную площадку фотоприемника. Измерительная камера и флуоресцентный измеритель влажности проб воздуха помещены во внешнюю герметичную камеру - 14 с упорами - 15, направляющими объектив - 2 соосно с измерительной камерой - 1. Внешняя камера - 14 герметизируется съемным фланцем - 17 и герметичным уплотнением - 16. Пружиной - 18 фиксируется продольное положение флуоресцентного измерителя с образованием между объективом и измерительной камерой противодиффузионного аспирационного кругового зазора в 0,1 мм. С меньшим основанием измерительной камеры состыкован через проходной фитинг во внешней камере входной аспирационный патрубок - 6, в разрыв которого включен регулятор давления - 11 (Bronkhorst, P-602CV-350A-AAD-22-V), стабилизирующий давление после себя на уровне 34 мбар (при практическом потолке самолета-носителя 21550 м) или 50 мбар (при практическом потолке самолета-носителя 10000 м). В разрыв выходного аспирационного патрубка - 7, соединенного с внешней камерой, вмонтирован в качестве побудителя обмена проб воздуха вакуумный насос - 10 (Vacuubrand, MD 1 VARIO -SP) с объемной производительностью 470 см³/с. Пневматические соединения выполнены с применением патрубков марки Dockweiler Ultron, 316L, Ra 0,25, 6,35x0,89 mm и фитингов Swagelok, 1/4” из электро-полированной нержавеющей стали марки 316L. Для стабилизации характеристик измерительного тракта авиационного флуоресцентного гигрометра при изменении внешней температуры все его элементы термостабилизированы с применением резистивных нагревателей и термостатов DS600 на уровне +24°С +/-0,5°C.

Основные технические характеристики измерительного тракта авиационного флуоресцентного гигрометра представлены в таблице 3.

Техническим результатом в предложенном измерительнм тракте авиационного флуоресцентного гигрометра является повышение его эксплуатационно-технических характеристик.