[發明專利]一種基于白光的前向散射式能見度儀及其能見度測量方法

無效

• 申請號: 201210004721.0
• 申請日: 2012-01-09
• 公開（公告）號: CN102539386A
• 公開（公告）日: 2012-07-04
• 發明（設計）人: 劉曉陽;何平;杜金林
• 申請（專利權）人: 北京大學
• 主分類號: G01N21/53
• 分類號: G01N21/53
• 代理公司: 北京萬象新悅知識產權代理事務所(普通合伙) 11360
• 代理人: 張肖琪

技術領域

本發明屬于大氣科學領域，具體涉及一種基于白光的前向散射式能見度儀及其能見度測量方法。

背景技術

能見度的觀測一直是天氣觀測中重要的組成部分，和人們的日常生活息息相關。它在環境、航海、航空以及其他建設和交通運輸領域起著尤為重要的作用。機場和高速公路附近能見度的測量，是一個急需解決的問題。特別是在能見度較低的情況下，能見度測量的不準確性有可能導致嚴重的事故。如何提高能見度觀測的準確性，是亟待解決的問題。

目前常見的能見度儀有透射式能見度儀和前向散射式能見度儀，由于透射式能見度儀需要較長的光學路徑(50米)，在應用中受到較多限制，而前向散射式能見度儀占用空間小，使用方便，在氣象、交通等領域得到廣泛應用。一般氣象上所用的能見度測量儀器都是基于著名的柯什密特(Koschmieder)能見度公式L＝3.91/σ，由測得的消光系數σ計算出能見度L的值。

目前廣泛使用的前向散射式能見度儀，通常采用紅外光作為照射光源，通過測量光源照射偏正前方約33度方向的散射光強，然后推算出消光系數σ，從而計算大氣能見度L。

用紅外光作為發射光源，可以避開太陽和大氣的直射散射光對能見度測量的影響，有一定的優越性。然而，一方面，能見度畢竟是表征視力正常的人所能看到的最遠距離，而人眼最敏感的頻率在可見光波段，采用單色紅外光測量能見度顯然不合理；另一方面，在紅外，霧和霾的散射消光比遠小于在可見光波段，給區分霧與霾帶來困難，導致在如沙塵暴等極端天氣時出現較大測量誤差。

發明內容

針對以上現有技術中存在的問題，提出本發明。

本發明的一個目的在于提出一種基于白光的前向散射式能見度儀。

本發明的基于白光的前向散射式能見度儀包括發射光源、光接收機和與光接收機相連接的能見度計算單元，發射光源發出白光；在發射光源前安裝調制器，調制器周期性的遮擋從發射光源發出的白光，將白光調制成閃爍光；光接收機為白光接收機。

調制器采用普通旋轉電機，風扇葉片做成一半遮光一半透光，在旋轉時形成開閉兩種狀態，從而將白光調制成閃爍光。

白光接收機采用白光光敏二極管。

白天測量能見度，散射光中除了大氣對發射光源的散射，同時存在太陽光等背景光的散射，從而導致測量能見度不準確。白光接收機設置兩個信號通道，將接收到的信號分成無遮擋信號和遮擋信號，并將無遮擋信號與遮擋信號相減得到大氣采樣體的散射信號，從而消除了背景光對能見度測量的影響

能見度計算單元根據散射信號計算能見度。

本發明的另一個目的在于提出一種基于白光的前向散射式能見度儀的能見度測量方法。

本發明的能見度測量方法包括以下步驟：

1)在發射光源前安裝調制器；

2)發射光源發出白光，調制器周期性的遮擋從發射光源發出的白光，將白光調制成閃爍光；

3)白光接收機將接收到的信號分成無遮擋信號和遮擋信號，并將無遮擋信號與遮擋信號相減得到大氣采樣體的散射信號；

4)能見度計算單元根據散射信號計算能見度。

本發明的有益效果：

本發明的基于白光的前向散射式能見度儀采用在可見光波段的白光作為測量能見度的光源，相應地，光接收機選用可見光波段的光敏二極管，采用人眼敏感的在可見光波段的白光作為光源，測量能見度更為合理，而且提高了霧和霾的散射消光比，從而減小了測量誤差；并且在發射光源前增加一個調制器，將白光調制成閃爍光，白光接收機將接收到的兩個信號相減，從而消除了背景光對能見度測量的影響，提高了能見度的測量精度。

附圖說明

圖1為本發明的基于白光的前向散射式能見度儀的結構示意圖；

圖2為本發明的基于白光的前向散射式能見度儀的功能框圖。

具體實施方式

下面結合說明書附圖詳細描述本發明的實施方式。

如圖1所示，本發明的基于白光的前向散射式能見度儀包括發射光源1、光接收機2和與光接收機2相連接的能見度計算單元3，發射光源1發出白光，在發射光源1前安裝調制器4，調制器4周期性的遮擋從發射光源發出的白光，將白光調制成閃爍光，光接收機2為白光接收機。

發射光源1選用大功率白色燈泡，從而發出白光。

調制器4采用普通旋轉電機，風扇葉片做成一半遮光一半透光，在旋轉時形成開閉兩種狀態，從而將白光調制成閃爍光。