CN102539386A - 一种基于白光的前向散射式能见度仪及其能见度测量方法 - Google Patents

一种基于白光的前向散射式能见度仪及其能见度测量方法 Download PDF

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刘晓阳
何平
杜金林
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Abstract

本发明公开了一种基于白光的前向散射式能见度仪及其能见度测量方法。本发明的能见度仪包括发射光源、光接收机和能见度计算单元，发射光源发出白光，在发射光源前安装调制器，调制器周期性的遮挡从发射光源发出的白光，将白光调制成闪烁光，光接收机为白光接收机。本发明的能见度仪采用在可见光波段的白光作为测量能见度的光源，相应地，光接收机选用可见光波段的光敏二极管，测量能见度更为合理，而且提高了雾和霾的散射消光比，从而减小了测量误差；并且在发射光源前增加一个调制器，将白光调制成闪烁光，白光接收机将接收到的两个信号相减，从而消除了背景光对能见度测量的影响，提高了能见度的测量精度。

Description

一种基于白光的前向散射式能见度仪及其能见度测量方法
技术领域
本发明属于大气科学领域，具体涉及一种基于白光的前向散射式能见度仪及其能见度测量方法。
背景技术
能见度的观测一直是天气观测中重要的组成部分，和人们的日常生活息息相关。它在环境、航海、航空以及其他建设和交通运输领域起着尤为重要的作用。机场和高速公路附近能见度的测量，是一个急需解决的问题。特别是在能见度较低的情况下，能见度测量的不准确性有可能导致严重的事故。如何提高能见度观测的准确性，是亟待解决的问题。
目前常见的能见度仪有透射式能见度仪和前向散射式能见度仪，由于透射式能见度仪需要较长的光学路径(50米)，在应用中受到较多限制，而前向散射式能见度仪占用空间小，使用方便，在气象、交通等领域得到广泛应用。一般气象上所用的能见度测量仪器都是基于著名的柯什密特(Koschmieder)能见度公式L＝3.91/σ，由测得的消光系数σ计算出能见度L的值。
目前广泛使用的前向散射式能见度仪，通常采用红外光作为照射光源，通过测量光源照射偏正前方约33度方向的散射光强，然后推算出消光系数σ，从而计算大气能见度L。
用红外光作为发射光源，可以避开太阳和大气的直射散射光对能见度测量的影响，有一定的优越性。然而，一方面，能见度毕竟是表征视力正常的人所能看到的最远距离，而人眼最敏感的频率在可见光波段，采用单色红外光测量能见度显然不合理；另一方面，在红外，雾和霾的散射消光比远小于在可见光波段，给区分雾与霾带来困难，导致在如沙尘暴等极端天气时出现较大测量误差。
发明内容
针对以上现有技术中存在的问题，提出本发明。
本发明的一个目的在于提出一种基于白光的前向散射式能见度仪。
本发明的基于白光的前向散射式能见度仪包括发射光源、光接收机和与光接收机相连接的能见度计算单元，发射光源发出白光；在发射光源前安装调制器，调制器周期性的遮挡从发射光源发出的白光，将白光调制成闪烁光；光接收机为白光接收机。
调制器采用普通旋转电机，风扇叶片做成一半遮光一半透光，在旋转时形成开闭两种状态，从而将白光调制成闪烁光。
白光接收机采用白光光敏二极管。
白天测量能见度，散射光中除了大气对发射光源的散射，同时存在太阳光等背景光的散射，从而导致测量能见度不准确。白光接收机设置两个信号通道，将接收到的信号分成无遮挡信号和遮挡信号，并将无遮挡信号与遮挡信号相减得到大气采样体的散射信号，从而消除了背景光对能见度测量的影响
能见度计算单元根据散射信号计算能见度。
本发明的另一个目的在于提出一种基于白光的前向散射式能见度仪的能见度测量方法。
本发明的能见度测量方法包括以下步骤：
1)在发射光源前安装调制器；
2)发射光源发出白光，调制器周期性的遮挡从发射光源发出的白光，将白光调制成闪烁光；
3)白光接收机将接收到的信号分成无遮挡信号和遮挡信号，并将无遮挡信号与遮挡信号相减得到大气采样体的散射信号；
4)能见度计算单元根据散射信号计算能见度。
本发明的有益效果：
本发明的基于白光的前向散射式能见度仪采用在可见光波段的白光作为测量能见度的光源，相应地，光接收机选用可见光波段的光敏二极管，采用人眼敏感的在可见光波段的白光作为光源，测量能见度更为合理，而且提高了雾和霾的散射消光比，从而减小了测量误差；并且在发射光源前增加一个调制器，将白光调制成闪烁光，白光接收机将接收到的两个信号相减，从而消除了背景光对能见度测量的影响，提高了能见度的测量精度。
附图说明
图1为本发明的基于白光的前向散射式能见度仪的结构示意图；
图2为本发明的基于白光的前向散射式能见度仪的功能框图。
具体实施方式
下面结合说明书附图详细描述本发明的实施方式。
如图1所示，本发明的基于白光的前向散射式能见度仪包括发射光源1、光接收机2和与光接收机2相连接的能见度计算单元3，发射光源1发出白光，在发射光源1前安装调制器4，调制器4周期性的遮挡从发射光源发出的白光，将白光调制成闪烁光，光接收机2为白光接收机。
发射光源1选用大功率白色灯泡，从而发出白光。
调制器4采用普通旋转电机，风扇叶片做成一半遮光一半透光，在旋转时形成开闭两种状态，从而将白光调制成闪烁光。
白光接收机2采用白光光敏二极管。白光接收机设置两个信号通道，将接收到的信号分成无遮挡信号和遮挡信号，并将无遮挡信号与遮挡信号相减得到大气采样体5的散射信号。散射信号传输至能见度计算单元3，能见度计算单元3根据散射信号计算能见度。
图2给出了本发明的能见度仪的功能框图，发射光源1发出的白光，经调制器4调制后，成为闪烁光，照射到大气采样体5上。由于白天大气采样体5同时受到太阳光照射，当发射光源1发出的白光未被调制器4遮挡时，白光接收机2接收到的信号为无遮挡信号，信号中除了有发射光源的白光照射形成的散射信号，还包括了太阳光照射形成的散射信号；当发射光源1被调制器4遮挡时，白光接收机2接收到的信号为遮挡信号，信号中只有太阳光照射形成的散射信号，无遮挡信号与遮挡信号的差就是大气采样体5经白光照射产生的散射信号，从而计算能见度。
最后需要注意的是，公布实施方式的目的在于帮助进一步理解本发明，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附的权利要求的精神和范围内，各种替换和修改都是可能的。因此，本发明不应局限于实施例所公开的内容，本发明要求保护的范围以权利要求书界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种基于白光的前向散射式能见度仪，所述能见度仪包括发射光源(1)、光接收机(2)和与光接收机(2)相连接的能见度计算单元(3)，其特征在于，发射光源(1)发出白光；在发射光源(1)前安装调制器(4)，调制器(4)周期性的遮挡从发射光源发出的白光，将白光调制成闪烁光；光接收机(2)为白光接收机。
2.如权利要求1所述的能见度仪，其特征在于，所述发射光源(1)选用大功率白色灯泡。
3.如权利要求1所述的能见度仪，其特征在于，所述调制器(4)采用普通旋转电机，风扇叶片做成一半遮光一半透光，在旋转时形成开闭两种状态，从而将白光调制成闪烁光。
4.如权利要求1所述的能见度仪，其特征在于，所述白光接收机(2)采用白光光敏二极管。
5.如权利要求1所述的能见度仪，其特征在于，所述白光接收机(2)设置两个信号通道，将接收到的信号分成无遮挡信号和遮挡信号，并将无遮挡信号与遮挡信号相减得到大气采样体(5)的散射信号。
6.一种能见度测量方法，其特征在于，利用权力要求1的能见度仪测量能见度包括以下步骤：
1)在发射光源前安装调制器；
2)发射光源发出白光，调制器周期性的遮挡从发射光源发出的白光，将白光调制成闪烁光；
3)白光接收机将接收到的信号分成无遮挡信号和遮挡信号，并将无遮挡信号与遮挡信号相减得到大气采样体的散射信号；
4)能见度计算单元根据散射信号计算能见度。
7.如权利要求6所述的测量方法，其特征在于，所述发射光源选用大功率白色灯泡。
8.如权利要求6所述的测量方法，其特征在于，所述调制器采用普通旋转电机，风扇叶片做成一半遮光一半透光，在旋转时形成开闭两种状态，从而将白光调制成闪烁光。
9.如权利要求6所述的测量方法，其特征在于，所述白光接收机采用白光光敏二极管。
10.如权利要求6所述的测量方法，其特征在于，所述白光接收机设置两个信号通道。
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