Refractometru cu microunde

Refractometrului cu microunde este un tip de refractometru , care permite măsurarea indicelui de refracție al aerului prin utilizarea variației unui hiper-frecvență a semnalului care trece prin ea. Acest dispozitiv oferă o mai bună înțelegere a problemelor de propagare a undelor radio, în special a semnalelor de frecvență foarte înaltă. Modificările din index, în special gradienții mari, pot duce la întreruperi ale comunicării pe legăturile cu microunde sau chiar perturbări majore pentru funcționarea radarelor .

Principiu

Dispozitivul constă dintr-o cavitate cu microunde a cărei frecvență de rezonanță ( ) depinde de dimensiunea sa și de indicele de refracție al aerului pe care îl conține ( ). Dimensiunile sale fiind cunoscute, frecvența sa de bază ( ) este determinată în timpul calibrării cu un indice de refracție cunoscut ( ). Putem raporta variația frecvenței undei cu variația indicelui de refracție după cum urmează: $f$ $nu$ ${\ displaystyle casesf_ {r}}$ ${\ displaystyle n_ {r}}$

{\ displaystyle {\ frac {\ triangle f} {f_ {r}}} = {\ frac {\ triangle n} {n_ {r}}}}

Definiți ca co-index care se exprimă astfel deoarece este ordinea variației în atmosfera terestră . este legat de parametrii de mediu prin formula: $\ triunghi n$ $NU$ ${\ displaystyle N = (n-1) \ times 10 ^ {6}}$ $nu$ $NU$

{\ displaystyle N = 77 {,} 6 \ left ({\ frac {P} {T}} \ right) +3 {,} 73 \ times 10 ^ {5} \ left ({\ frac {e} {T ^ {2}}} \ right) \ qquad \ qquad {\ begin {cases} P = {\ rm {pressure \ (hPa)}} \\ T = {\ rm {temp {\ acute {e}} șterge \ absolut \ (K)}} \\ e = {\ rm {presiune \ a \ apei \ vapor \ conținută \ în \ the \ air \ (hPa)}} \ end {cases}}}

Prin urmare , putem măsura variația atunci când știm , și , și vice - versa. $NU$ $P$ $e$ $T$

Măsurarea umidității în zbor

Umiditatea aerului este un parametru dificil de măsurat, în special , la bordul avioanelor în care variațiile de temperatură sunt semnificative. În plus, senzorii tradiționali au timpi de răspuns care nu sunt foarte compatibili cu necesitățile măsurătorilor dedicate cercetării, realizate la bordul avioanelor. Refractometrul cu microunde este o soluție excelentă deoarece, prin definiție, timpul său de răspuns este foarte scurt. Parametrii de presiune și temperatură sunt ușor de măsurat. Măsurând cu variația de frecvență, apoi deducem presiunea parțială a vaporilor de apă și deci a umidității atmosferice. $NU$

Cu toate acestea, proiectanții refractometrelor cu microunde de la bordul aeronavelor au trebuit să rezolve problema crucială a variației frecvenței datorită deformării cavității cauzată de variațiile mari de temperatură. Acestea pot ajunge cu ușurință la 80 ° C. Un dispozitiv de acest tip a fost dezvoltat în anii 1990 de către Centrul pentru Studiul Mediilor Terestre și Planetare (CETP) în colaborare cu CERT.

Adaptare radar

Principiul refractometrului poate fi extins la radar fără ca de această dată să necesite o cavitate rezonantă . Acest lucru se datorează faptului că un radar trimite impulsuri de microunde care sunt reflectate de ținte în atmosferă. Unele dintre aceste ținte terestre sunt fixe (clădiri, poduri, turnuri de comunicații etc.) și pot fi considerate ca zidul unei cavități a instrumentului. Întoarcerile de la aceste ținte trebuie să aibă întotdeauna aceeași defazare față de semnalul trimis dacă aerul menține aceleași caracteristici de temperatură, presiune și umiditate.

Cu toate acestea, aceste variabile se schimbă local în zona supravegheată de un radar, de obicei cu o rază de 240 km. În plus, acestea variază în timp cu mișcarea maselor de aer . Prin urmare, putem folosi principiul refractometrului cavității cu un radar pentru a vizualiza variațiile de temperatură, presiune și umiditate de la un loc la altul din zona sondată, precum și variația sa în timp în fiecare punct.

În anii 1990, Dr. Frederic Fabry de la Observatorul JS Marshall Radar de la Universitatea McGill din Montreal , Canada , a folosit radarul meteo în acest scop. El a dezvoltat algoritmi computerizați pentru a procesa randamentele și a extrage valoarea de aproape de sol. Odată obținute, putem parcela zone cu aceleași caracteristici de temperatură și umiditate comparând cele obținute cu stațiile meteorologice din zonă. Detaliile obținute sunt mult mai fine decât cele care pot fi obținute cu aceste stații situate la zeci sau sute de kilometri distanță. $NU$ $NU$

Pe măsură ce fasciculul crește cu distanța față de radar datorită curburii Pământului, raza utilă a acestui refractometru nu depășește, în general, 40 km. Dincolo de această distanță, fasciculul este prea departe de sol pentru a observa ținte fixe. Cu toate acestea, acest lucru este suficient pentru a observa zonele mai calde și umede în care s-ar putea dezvolta furtuni sau trecerea unui front rece care nu a produs încă ploaie, dar care ar putea declanșa.

Note și referințe

(en) Fabry, F., C. Frush, I. Zawadzki și A. Kilambi, „ Extracting near-surface Index of refraction using radar phase phase from target ground ”, Journal of Atmospheric and Oceanic Technology , Societatea Meteorologică Americană , nr . 14,1997, p. 978-987 ( citiți online )

Vezi și tu

Articol asociat

Refractometrie

linkuri externe

(fr) Site-ul JS Marshall Radar Observatory
(fr) CETP
Informațiile specialiștilor pot fi obținute consultând site-urile scrise de cercetătorii de la Laboratorul de Meteorologie Dinamică (LMD) al Școlii Politehnice sau de către cele ale CERT și CETP ale Institutului Pierre Simon Laplace (IPSL).