CN101498663B - 一种大气散射信号量测量装置及测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种大气散射信号量测量装置和方法，所述装置包括光发射器、光接收器和第一、第二两根相同的丝状反射物，第一、第二丝状反射物平行间隔设置，光发射器的光发射头、光接收器的光接收头朝向两根丝状反射物分设在两丝状反射物的入射光侧、反射光侧，其中，丝状反射物的直径(d)小于1mm、大于10倍的光发射器发射光波长(λ)，第一、第二丝状反射物之间的距离(L₀)大于十倍的丝状反射物的直径(d)。用光接收器分别测得1根和2根丝状反射物反射的光信号量P1、P2，计算大气散射信号量Pa，调整能见度仪即可。本发明的装置和方法可以精确地对散射型能见度仪进行标定和校准，且操作简便、标定和校准效率高。

Description

一种大气散射信号量测量装置及测量方法

技术领域

本发明涉及散射型能见度仪的标定、校准技术领域，尤其涉及一种用于散射型能见度仪的标定、校准的大气散射信号量测量装置及方法。

背景技术

能见度仪的测量分别是检查能见度仪产品在生产周期、使用周期内是否达到或保持规定的技术精度，目前，能见度仪的标定、校准装置包括校准板和安装校准板的支架，校准板是该标定、校准装置的关键零件，校准板的结构布局、材料品质、工艺流程、散射性能和阻光效果等因素容易造成标定、校准的误差较大。

从理论上说，能见度仪的测量，能用两种计算方法解决。一种方法是计算溶胶大气的散射系数，另种方法是由溶胶大气定向散射系数计算光辐射衰减量。

1)溶胶大气的散射系数α可由悬浮粒子的尺寸和密度分布进行函数积分计算：

$\mathrm{\α}=\underset{r_{\min }}{\overset{r_{\max }}{\∫}}K\left(r\right)N\left(r\right)\mathrm{\π}{r}^2\mathrm{dr}---\left(1\right)$

式中

α-立体散射系数；

r_min和r_max-气悬体微粒的最小和最大半径；

K(r)-散射效率因子；

N(r)-半径为r的微粒的计数密度。

但是，悬浮粒子的尺寸和密度分布函数很难得到，所以，用积分计算大气散射系数几乎没有可能。

2)光辐射被溶胶大气散射的信号量可由接收/转换***几何函数在大气样本路径上的积分计算得到：

$P=P_0\mathrm{\σ}\underset{l1}{\overset{l2}{\∫}}G\left(l\right)\mathrm{dl}---\left(2\right)$

式中

P--溶胶大气散射的信号量；

P₀-发射器的光辐射功率；

σ-定向散射系数；

G(l)-接收/转换***的几何函数；

l₁和l₂-由接收器到散射体始点和终点的最小和最大距离；

l-离接收光学***的流动距离；

但是，接收/转换***的几何函数计算十分复杂，常常不得不用实验方法求得，例如，把散射体放到空间不同点上，然后选用图幅等数字计算方法，将实验数据进行积分，因此操作难度很大，效率很低。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于散射型能见度仪标定、校准的大气散射信号量测量装置，操作简便、测量精度高；本发明的另一目的是提供一种大气散射信号量测量方法，利用本发明提供的大气散射信号量测量装置进行高精度测量。

一种大气散射信号量测量装置，其中：该装置包括用于发射光线的光发射器和具有至少两对丝状反射物固定装置、用于安装一根或两根丝状反射物的丝状反射物安装架，以及用于接收丝状反射物反射光线的光接收器，丝状反射物安装架上的各对丝状反射物固定装置上分别装设丝状反射物，各丝状反射物平行，丝状反射物安装架还具有能固定在能见度仪上的固定底座，光发射器的光发射头、光接收器的光接收头朝向丝状反射物分设在丝状反射物的入射光侧、反射光侧；分别固定在各对丝状反射物固定装置上的丝状反射物材料、规格相同。

所述的大气散射信号量测量装置，其中：所述丝状反射物采用玻璃纤维丝或不锈钢丝。

所述的大气散射信号量测量装置，其中：丝状反射物的直径d小于1mm、大于0.01mm，安装在丝状反射物安装架上的两根丝状反射物间的距离L₀大于10mm，光发射器、光接收器分别与两根丝状反射物之间的距离均不小于300mm。

所述的大气散射信号量测量装置，其中：所述丝状反射物安装架包括一矩形安装框架，所述各对丝状反射物固定装置分设在安装框架的两侧框边上，安装框架竖直固设在所述固定底座上。

所述的大气散射信号量测量装置，其中：所述固定底座包括一水平基准板，所述安装框架竖直固设在该基准板上面，基准板的下面两侧相对各装设有一夹板，其中一个夹板上由外向内穿设有一夹紧螺栓；安装框架竖直固定在基准板上面。

一种大气散射信号量测量方法，其中：包括如下步骤：

a)、取一根丝状反射物固定在丝状反射物安装架上的一对丝状反射物固定装置上，将丝状反射物安装架固定到被检散射型能见度仪上，将光发射器的光发射头、光接收器的光接收头朝向该丝状反射物分设在该丝状反射物的入射光侧、反射光侧，记录光接收器的感测输出值P1，其中，P1＝Pa+Pk……(1)，Pa为大气散射信号量，Pk为该丝状反射物反射信号量；

b)、取另一根丝状反射物固定在丝状反射物安装架上的另一对丝状反射物固定装置上；分别固定在两对丝状反射物固定装置上的丝状反射物材料、规格相同；将光发射器的光发射头、光接收器的光接收头朝向该两丝状反射物分设在该两丝状反射物的入射光侧、反射光侧，记录光接收器的感测输出值P2，其中，P2＝Pa+2Pk……(2)；

c)、根据式(1)、(2)计算大气散射信号量Pa＝2P1-P2。

本发明采用上述技术方案将达到如下的技术效果：

本发明大气散射信号量测量装置中，丝状反射物的直径d远远大于光辐射的波长λ，故只考虑丝状物的反射而不计其绕射；两根丝状反射物间的距离L₀远远大于丝状物的直径d，故不考虑丝状物间的重复反射；光辐射视场角有限(为30度以内)且沿切向射向丝状反射物，故取丝状反射物的表面反射系数为1；接收器接收到的光辐射信号，只包括大气散射信号和1根或2根丝状物表面反射信号，本发明的测量方法是分别测量1根丝状反射物和2根丝状反射物的反射信号量(P1、P2)，通过计算公式Pa＝2P1-P2，即可计算得到大气散射信号量Pa。因此可见，本发明的大气散射信号量测量装置和方法进行大气散射量的测量操作十分简便；另外，因接收器接收到的光辐射信号只包括大气散射信号和1根或2根丝状物表面反射信号，两根丝状反射物规格相同，且同采用反射系数高的玻璃纤维丝或不锈钢丝，可提高测量的精度。

附图说明

图1为本发明散射型能见度仪标定、校准用大气散射信号量测量装置中光发射器、光接收器与一根丝状反射物的结构示意图；

图2为图1所示结构示意图的A向示图；

图3为本发明散射型能见度仪标定、校准用大气散射信号量测量装置中光发射器、光接收器与两根丝状反射物的结构示意图；

图4为丝状反射物安装架的结构示意图。

具体实施方式

实施例：

一种大气散射信号量测量装置，包括光发射器1、光接收器2和第一丝状反射物3、第二丝状反射物4以及丝状反射物安装架5；其中，第一、第二丝状反射物3、4相同，其直径为0.2mm，均采用玻璃纤维丝(也可都采用不锈钢丝)。

图1为光发射器1、光接收器2与一根丝状反射物(本实施例采用第一丝状反射物3，第一丝状反射物3固定在待测能见度仪上，丝状反射物安装架5的结构见图4)进行测量的结构示意图，图2为图1所示结构示意图的A向示图，光发射器1的光发射头、光接收器2的光接收头朝向第一丝状反射物3，分设在第一丝状反射物3的入射光侧、反射光侧，光发射器1的光发射头发射的光线照射在第一丝状反射物3的表面并切向反射，光接收器2的光接收头接收大气散射信号以及该反射信号，在其感测输出端输出一感测值P1，其中，感测值P1是大气散射信号量Pa与第一丝状反射物反射的光信号量Pk之和，即P1＝Pa+Pk……(1)，记录该感测值P1。

图3为光发射器1、光接收器2与第一丝状反射物3、第二丝状反射物4进行测量的结构示意图(第二丝状反射物4安装在丝状反射物安装架5上的另一对丝状反射物固定装置9’上)，第一丝状反射物3、第二丝状反射物4平行、间隔，距离20mm左右，光发射器1的光发射头、光接收器2的光接收头朝向两根丝状反射物3、4，分设在两丝状反射物3、4的入射光侧、反射光侧，其中，光发射器1的光发射头、光接收器2的光接收头与两根丝状反射物3、4之间的距离在800mm左右。光发射器1的光发射头发射的光线照射在第一、第二丝状反射物3、4的表面并切向反射，光接收器2的光接收头接收大气散射信号以及两丝状反射物分别反射的信号，在其感测输出端输出一感测值P2，其中，感测值P2是大气散射信号量Pa、第一丝状反射物反射的光信号量Pk、第一丝状反射物反射的光信号量Pk之和，即P2＝Pa+2Pk……(2)，记录该感测值P2。

根据式(1)、(2)即可计算大气散射信号量Pa＝2P1-P2，根据得到的大气散射信号量Pa，调整能见度仪，即完成标定、校准。

丝状反射物安装架5的结构如图4所示，该安装架5包括一矩形框架6和一底座7，安装框架6上至少设有两对丝状反射物固定装置，本实施例中为三对，其中两对丝状反射物固定装置9、9’分别固定丝状反射物3、4；本实施例中丝状反射物固定装置为垂直穿入框边内的螺钉，每对中的两个固定装置对称分设在安装框架6左右两侧框边上，用于固定和调整丝状反射物，丝状反射物安装架上的各对丝状反射物固定装置上分别装设丝状反射物后，各丝状反射物平行。

该底座7包括一水平基准板10，安装框架6竖直固定在基准板10上面，如图4，基准板10的下面两侧相对各装设有一夹板11、11’，其中一个夹板11’上由外向内穿设有一夹紧螺栓12；可将两夹板11、11’卡在一固定物上，旋紧夹紧螺栓12，使丝状反射物安装架5固定在能见度仪上，防止其摇晃、移动影响测量精度。

Claims (6)

1.一种大气散射信号量测量装置，其特征在于：该装置包括用于发射光线的光发射器和具有至少两对丝状反射物固定装置、用于安装一根或两根丝状反射物的丝状反射物安装架，以及用于接收丝状反射物反射光线的光接收器，丝状反射物安装架上的各对丝状反射物固定装置上分别装设丝状反射物，各丝状反射物平行，丝状反射物安装架还具有能固定在能见度仪上的固定底座，光发射器的光发射头、光接收器的光接收头朝向丝状反射物分设在丝状反射物的入射光侧、反射光侧；分别固定在各对丝状反射物固定装置上的丝状反射物材料、规格相同。

2.如权利要求1所述的大气散射信号量测量装置，其特征在于：所述丝状反射物采用玻璃纤维丝或不锈钢丝。

3.如权利要求1或2所述的大气散射信号量测量装置，其特征在于：丝状反射物的直径d小于1mm、大于0.01mm，安装在丝状反射物安装架上的两根丝状反射物间的距离L₀大于10mm，光发射器、光接收器分别与两根丝状反射物之间的距离均不小于300mm。

4.如权利要求1所述的大气散射信号量测量装置，其特征在于：所述丝状反射物安装架包括一矩形安装框架，所述各对丝状反射物固定装置分设在安装框架的两侧框边上，安装框架竖直固设在所述固定底座上面。

5.如权利要求4所述的大气散射信号量测量装置，其特征在于：所述固定底座包括一水平基准板，所述安装框架竖直固设在该基准板上面，基准板的下面两侧相对各装设有一夹板，其中一个夹板上由外向内穿设有一夹紧螺栓；安装框架竖直固定在基准板上面。

6.一种大气散射信号量测量方法，其特征在于：包括如下步骤：

a)、取一根丝状反射物固定在丝状反射物安装架上的一对丝状反射物固定装置上，将丝状反射物安装架固定到被检散射型能见度仪上，将光发射器的光发射头、光接收器的光接收头朝向该丝状反射物分设在该丝状反射物的入射光侧、反射光侧，记录光接收器的感测输出值P1，其中，P1＝Pa+Pk……(1)，Pa为大气散射信号量，Pk为该丝状反射物反射信号量；

b)、取另一根丝状反射物固定在丝状反射物安装架上的另一对丝状反射物固定装置上；分别固定在两对丝状反射物固定装置上的丝状反射物材料、规格相同；将光发射器的光发射头、光接收器的光接收头朝向该两丝状反射物分设在该两丝状反射物的入射光侧、反射光侧，记录光接收器的感测输出值P2，其中，P2＝Pa+2Pk……(2)；

c)、根据式(1)、(2)计算大气散射信号量Pa＝2P1-P2。

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