[實用新型]一種大氣湍流強度和能見度測量裝置

有效

• 申請號: 201721722983.5
• 申請日: 2017-12-12
• 公開（公告）號: CN208092264U
• 公開（公告）日: 2018-11-13
• 發明（設計）人: 高鵬;韓永;胡茂海
• 申請（專利權）人: 南京大學;南京理工大學
• 主分類號: G01W1/02
• 分類號: G01W1/02
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 黃天天

本實用新型公開了一種大氣湍流強度和能見度測量裝置，包括光學發射單元、光學接收單元、儀器控制和數據接收單元。光學發射單元包括半導體激光發射器、斬波器、準直透鏡組、控制電源、光源驅動電路和自動光功率控制電路，光接收單元包括短焦距激光接收組件、攝像系統、風速風向測量系統、溫度傳感器、壓力傳感器、濕度傳感器和溫控模塊組成，儀器控制和數據接收單元包括依次連接的數據預處理單元、A/D轉換單元、圖像采集單元、圖像處理單元和顯示單元。本實用新型采用透射式測量的方法，同步獲取大氣能見度和大氣湍流強度，同時增加了溫度、壓強、濕度、風速和風向測量系統，形成了一個氣象要素綜合測量系統。

技術領域

本實用新型涉及大氣環境檢測領域，具體地涉及一種大氣湍流強度和能見度測量裝置。

背景技術

大氣透明度和大氣湍流是大氣科學中兩個基本研究對象，是空氣質量預報、氣候環境模式和邊界層研究中重要的氣象因子。對于大氣透明度來說，直觀的反映是大氣能見度，它既是交通運輸領域中關系到安全保障的氣象要素，也是環境監測領域里體現大氣污染程度的重要特征量；同樣地，大氣湍流引起的折射率起伏會破壞光的相干性，造成光學圖像模糊，是天文觀測中的難題。一方面大氣湍流帶動氣溶膠粒子運動，另一方面氣溶膠粒子也拖曳湍流氣團的運動，它們之間的伴隨與跟隨、遲滯與、拖曳與被拖曳之間阻礙的關系使得我們在探測大氣能見度(消光系數)和大氣湍流特征時，應該同時考慮它們之間的相互作用，這也是研究、監測和預報污染物擴散分布中的重要環節，因此，整體氣團消光是需要考慮的因素，而現在已有的測量儀器卻忽略了這一點。

實用新型內容

實用新型目的:未解決現有技術中的缺陷，本實用新型提出了一種大氣湍流強度和能見度測量裝置，可以同步獲取大氣能見度和大氣湍流強度。

技術方案：為實現上述技術目的，本實用新型的大氣湍流強度和能見度測量裝置包括光學發射單元、光學接收單元、儀器控制和數據接收單元，其中：

所述光學發射單元包括半導體激光發射器、斬波器、準直透鏡組、控制電源、光源驅動電路和自動光功率控制電路，其中，所述控制電源、光源驅動電路和自動光功率控制電路依次連接，來自半導體激光發射器的激光經光源驅動電路和自動光功率控制電路發出激光光束，激光光束經斬波器進行光頻調制，用于測量大氣中湍流的擾動；所述光學接收單元包括短焦距激光接收組件、攝像系統、風速風向測量系統、溫度傳感器、壓力傳感器、濕度傳感器和溫控模塊組成；

所述儀器控制和數據接收單元包括依次連接的數據預處理單元、A/D轉換單元、圖像采集單元、圖像處理單元和顯示單元，經光學發射單元處理后的激光管束經過短焦距激光接收組件之后被攝像系統接收，并依次經過數據預處理單元、A/D轉換單元、圖像采集單元、圖像處理單元進行處理，最終在顯示模塊顯示結果。

所述控制電源分別與溫度傳感器、濕度傳感器、壓力傳感器、攝像系統和風力風向測量系統相連接

具體地，所述半導體激光發射器發射的激光波長為600-900nm，功率15-45w，帶寬1-5nm，優選地，激光波長為808nm，功率為20w，帶寬為2nm，所述半導體激光發射器通過多模光纖將激光器和斬波器連接，優選地，所述多模光纖直徑為400μm，長度為5m，光纖輸出數值孔徑為0.18-0.23之間，優選地為0.22。光纖輸出數值孔徑表征光纖端面接收光的能力，其取值的大小要兼顧光纖接收光的能力和對模式色散的影響，過大或者過小都不適合。

其中，準直透鏡組由一個雙膠合準直鏡頭和一個雙透鏡準直鏡頭構成。

所述雙膠合準直鏡頭包括相互膠合的兩塊透鏡，其中第一塊透鏡厚度為 12mm，材料為H-QK3L，第二塊透鏡厚度為6mm，材料為SF5，出射光線發散角RMS值為0.998μm。所用的雙膠合準直鏡頭體積小，結構緊湊。