[發明專利]基于積分球的前向散射能見度儀外場檢定裝置及方法

有效

• 申請號: 201810497966.9
• 申請日: 2018-05-22
• 公開（公告）號: CN108761577B
• 公開（公告）日: 2021-03-26
• 發明（設計）人: 程寅;劉建國;劉達新;雷勇;賀曉雷;桂華僑;陸亦懷;余同柱
• 申請（專利權）人: 中國科學院合肥物質科學研究院;中國氣象局氣象探測中心
• 主分類號: G01W1/18
• 分類號: G01W1/18
• 代理公司: 合肥天明專利事務所(普通合伙) 34115
• 代理人: 奚華保

1.一種基于積分球的前向散射能見度儀外場檢定裝置的檢定方法，所述裝置包括積分球、可調節光闌、光電探測模塊、信號預處理單元、模數轉換電路、中央處理單元、信號輸出電路和積分球支架；所述積分球的球壁上開設有進光孔和出光孔，所述進光孔的直徑大于前向散射能見度儀發射端的發射光束直徑，所述出光孔的直徑小于前向散射能見度儀接收端的接收光束直徑；所述可調節光闌設置在進光孔的后端，用于控制進入積分球的光通量大小；

所述光電探測模塊安裝在積分球的球壁上，用于接收積分球內壁上的反射光信號，進行光電轉換后傳輸到信號預處理單元；所述信號預處理單元，用于對接收到的光電轉換信號進行預處理，得到光電轉換信號的電壓值，并傳輸到模數轉換電路；所述模數轉換電路，用于在中央處理單元的控制下，對接收到的光電轉換信號的電壓值進行模數轉換，得到數字量信號，并傳輸到中央處理單元；所述中央處理單元，用于對測量數據進行處理，得到處理結果，并傳輸到信號輸出電路；所述信號輸出電路，用于將處理結果進行上傳；

所述積分球支架，用于在測量時，將所述積分球安裝固定在前向散射能見度儀發射端與接收端之間的光路交匯點處，使得所述進光孔指向前向散射能見度儀的發射端，所述出光孔指向前向散射能見度儀的接收端；

其特征在于，該方法包括以下步驟：

a、光源強度的檢定步驟，具體包括：

a1、將積分球通過積分球支架安裝固定在待測前向散射能見度儀發射端與接收端之間的光路交匯點處，使得進光孔軸線與發射端的發射光束軸線重合，出光孔軸線與接收端的接收光束軸線重合；

a2、將可調節光闌調至全開狀態，使待測前向散射能見度儀發射端的發射光束全部進入積分球；

a3、光電探測模塊接收積分球內壁上的反射光信號，進行光電轉換后傳輸到信號預處理單元；信號預處理單元對接收到的光電轉換信號進行預處理，得到光電轉換信號的電壓值，并傳輸到模數轉換電路；模數轉換電路在中央處理單元的控制下，對接收到的光電轉換信號的電壓值進行模數轉換，得到可調節光闌全開狀態下光電探測模塊收集的光功率信號P_ad；

a4、中央處理單元利用以下公式計算出光源強度信號P：

P＝P_ad/K_d

其中，K_d為通過標準能量光源實驗獲得的常數；

a5、采用以下公式計算光源強度信號P與標準值Pb的偏離程度，如果偏離程度超出預設閾值范圍，則判定光源老化或故障，通過信號輸出電路輸出報警信號：

其中，η表示光源強度信號P與標準值Pb的偏離程度；

b、光電探測系統靈敏度的檢定步驟，具體包括：

b1、將積分球通過積分球支架安裝固定在待測前向散射能見度儀發射端與接收端之間的光路交匯點處，使得進光孔軸線與發射端的發射光束軸線重合，出光孔軸線與接收端的接收光束軸線重合；

b2、將可調節光闌從全閉狀態逐漸調至全開狀態，使待測前向散射能見度儀發射端的發射光束從零至全部逐漸進入積分球；

b3、光電探測模塊接收積分球內壁上的反射光信號，進行光電轉換后傳輸到信號預處理單元；信號預處理單元對接收到的光電轉換信號進行預處理，得到光電轉換信號的電壓值，并傳輸到模數轉換電路；模數轉換電路在中央處理單元的控制下，對接收到的光電轉換信號的電壓值進行模數轉換，得到可調節光闌從全閉狀態至全開狀態過程中光電探測模塊收集的光功率信號P_bdmin～P_bdmax，其中P_bdmin對應可調節光闌全閉狀態下光電探測模塊收集的光功率信號，P_bdmax對應可調節光闌全開狀態下光電探測模塊收集的光功率信號；

b4、在可調節光闌從全閉狀態逐漸調至全開狀態的過程中，記錄待測前向散射能見度儀接收端通過積分球上的出光孔采樣到的光功率信號P_bsmin～P_bsmax，其中，P_bsmin對應可調節光闌全閉狀態下待測前向散射能見度儀接收端通過積分球上的出光孔采樣到的光功率信號，P_bsmax對應可調節光闌全開狀態下待測前向散射能見度儀接收端通過積分球上的出光孔采樣到的光功率信號；

b5、采用以下公式計算待測前向散射能見度儀的光電探測系統靈敏度，如果光電探測系統靈敏度小于標準值，則需要對待測前向散射能見度儀進行重新調試：

其中，d表示待測前向散射能見度儀的光電探測系統靈敏度；

c、系統準確性的檢定步驟，具體包括：

c1、將積分球通過積分球支架安裝固定在標準前向散射能見度儀發射端與接收端之間的光路交匯點處，使得進光孔軸線與發射端的發射光束軸線重合，出光孔軸線與接收端的接收光束軸線重合；

c2、將可調節光闌從全閉狀態逐漸調至全開狀態，使標準前向散射能見度儀發射端的發射光束從零至全部逐漸進入積分球；

c3、選取可調節光闌的若干個不同開放狀態作為測量點，并記錄標準前向散射能見度儀在選取的各個測量點測量到的能見度值V_i；

c4、將積分球通過積分球支架安裝固定在待測前向散射能見度儀發射端與接收端之間的光路交匯點處，使得進光孔軸線與發射端的發射光束軸線重合，出光孔軸線與接收端的接收光束軸線重合；

c5、將可調節光闌從全閉狀態逐漸調至全開狀態，使待測前向散射能見度儀發射端的發射光束從零至全部逐漸進入積分球；

c6、記錄待測前向散射能見度儀在步驟c3中選取的各個測量點測量到的能見度值V_i′；

c7、采用以下公式計算每個測量點的誤差，如果存在誤差超出預設閾值范圍的測量點，即判定待測前向散射能見度儀的系統準確性為不合格：

其中，ε_i表示第i個測量點的誤差，V_i表示標準前向散射能見度儀在選取的第i個測量點測量到的能見度值，V_i′表示待測前向散射能見度儀在選取的第i個測量點測量到的能見度值，i＝1,2,…,n；n表示選取的測量點的個數。