CN103134771A - Co浓度和能见度检测仪及其检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种CO浓度和能见度检测***及测量方法，包括一个红外热光源，一个双滤波片红外热释电探测器，一个用于测量理想环境下接收到光源光强的参考光路，一个用于测量实际环境下接收到光源光强的测量光路，一个用于切换两光路的转盘和一个用于数据采集和处理的电路板。本发明实现CO浓度和能见度同时检测，只需一套光路、机械结构和硬件电路，单光源和双元探测器；可以消除散射的红外光、镜头上灰尘和***零件的吸收造成的误差，测量精确；采用双波长法测气体浓度省去了高浓度气体参比气室，简化了***结构；该仪器体积小、使用方便。

Description

CO浓度和能见度检测仪及其检测方法

技术领域

本发明涉及CO气体浓度及能见度检测领域，特别涉及一种基于红外光谱理论的双波长测量CO浓度同时采用透射法测量能见度的检测仪器及测量大气中气体浓度的双波长方法。

背景技术

CO气体浓度和能见度是在交通、环境、气候方面重要的气象因素。CO气体浓度和能见度的高低对人的户外活动有直接的影响，当CO浓度增高、能见度变差时，严重危及人身安全，对交通运输业影响尤为严重。所以，对CO浓度和能见度进行实时检测十分必要。

常用的气体分析方法有：电化学法、电气法、色谱法、红外和紫外光学吸收法等。现在红外光学气体检测方法被广泛研究及应用，该方法测量精度高、可靠性高、量程大。现有红外气体分析仪按其测量方法主要有分光型和非分光型。分光型测量原理：分光***分出单色光，使通过介质层的红外线波长与被测组分的特征吸收光谱相吻合而进行测定的，其分析力强，但***稍复杂，一般用于实验室。非分光型测量原理：红外光源辐射连续光到样品上，样品有特定的红外吸收光谱，同时采用与样品具有相同吸收光谱的检测器来测定样品对红外光的吸收程度。非分光型红外气体分析仪功能较单一，但***简单、可靠性好，工业现场多采用此类仪器。

现用的不分光型红外分析仪主要采用气体滤波相关技术。气体滤波相关技术测量原理为：相关轮上有两个气室：参考气室充满了高浓度的待测气体，测量气室充满了不吸收红外的氮气。电机带动相关轮旋转使光源辐射的红外光交替的通过参考气室和测量气室，当通过参考气室时，高浓度待测气体将红外几乎全部吸收，探测器接收到的光强较弱，转换成的电信号较小；而经过测量气室时，由于氮气不吸收红外，探测器接收到的光强较强，转换成的电信号较大。通过对比两信号可求得待测气体浓度。

现有的测量能见度的方法有透射法和散射法：

透射法采用收发端分离的形式，它检测的是光在传播时因大气中微粒的消光作用衰减后的光强。显然光源发射功率一定，接收的功率越低，则能见度越低。透射法具有采样体积大，环境条件对其测量结果影响较小，测量精度高的优点。

散射法测能见度可分为前向散射法和后向散射法。光照射在被测试的大气中，受到大气分子、气溶胶等微粒的散射，前、后向散射法分别测量发射光线的前、后向散射光来测量能见度。能见度高，表示空气中的大气微粒少，因而散射光弱；反之，若散射光强，则表示能见度低。散射法存在以下缺点：其一，取样空间相对小，代表性稍差；其二，高能见度误差大，***光源功率变化、镜头灰尘等造成的误差也难于修正；其三，定标相对困难，计算公式繁琐。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种CO浓度和能见度检测仪及其检测方法。本发明基于红外光谱理论的双波长法测量CO浓度，并基于透射法测量能见度。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种CO浓度和能见度检测***，它包括：电路板、转盘、机壳、第一反射镜、探测器、红外光源、第一通孔、第二通孔、第二反射镜、第三反射镜、第一透镜、第二透镜和步进电机；其中，所述步进电机固定在电路板上，其输出轴与转盘的中心固定连接，转盘上开有第一通孔和第二通孔，第二反射镜和第三反射镜固定在转盘上；探测器和红外光源焊接在电路板上；第一透镜和第二透镜安装在机壳前表面上，探测器和红外光源分别置于第一透镜、第二透镜的焦点上；第一反射镜置于机壳前方，与机壳的距离不小于3米；红外光源、第二反射镜、第三反射镜、探测器构成参考光路；红外光源、第二通孔、第二透镜、第一反射镜、第一通孔、第一透镜、探测器构成测量光路。

进一步地，所述探测器为双滤波片红外热释电探测器，其具有两个接收窗口，第一接收窗口接收波长为4μm的红外光，第二接收窗口接收波长为4.67μm的红外光；所述第一透镜和第二透镜为氟化钙红外透镜。

进一步地，所述电路板主要包括：接收模块、光源驱动模块、单片机模块、AD转换模块、电机驱动模块、输出模块和通信模块；其中，所述探测器、接收模块和AD转换模块依次相连，AD转换模块、输出模块、光源驱动模块、电机驱动模块和通信模块均与单片机模块相连；光源驱动模块接收到驱动信号后，光源开始工作。光源辐射的光经参考光路或测量光路到达探测器，探测器将接收到的光信号转换成电信号传送给接收模块。接收模块完成测量起始判断、信号放大滤波，输出信号传送给AD转换模块，转换为数字信号输出至单片机模块。电机驱动模块接收来自单片机模块的步进信号，步进电机带动转盘旋转，使测量光路和参考光路测量交替进行，单片机模块依据两个光路测量值计算得出能见度值或CO浓度值；输出模块将单片机计算得到的能见度和CO浓度值数字信号进行隔离、DA转换、电压-电流转换为两路4-20mA电流隔离输出。通信模块通过232和485接口分别完成单片机与计算机和现场的通信。

一种应用上述装置的CO浓度和能见度检测方法，包括以下步骤：

步骤1：测量能见度的参考光路光强：转盘转至参考光路位置处，红外光源辐射的4μm波长的光经参考光路被探测器接收，探测器的第一接收窗口将接收到的光信号转换成电信号，该电信号经过电路板上的接收模块输出为电压信号V，V由AD转换模块采集，转换成数字信号D₀，存储在单片机模块内。

步骤2：测量能见度的测量光路光强：转盘转至测量光路位置处，红外光源辐射的4μm波长的光经测量光路被探测器接收，探测器的第一接收窗口将接收到的光信号转换成电信号，该电信号经过电路板上的接收模块输出为电压信号V₁，V₁由AD转换模块采集，转换成数字信号D₁，存储在单片机模块内。

步骤3：获得能见度值：大气中细微颗粒造成光强衰减，因此D₁<D₀，单片机根据D₀、D₁可由下式计算出透过率τ：

$\mathrm{\&tau;}=\frac{I}{I_0}=\frac{m{D}_1}{n{D}_0},$

式中，I₀为光源发射光强，I为经大气通道后接收的发射光光强，m、n为常系数；

将τ带入布格尔-朗伯定律计算出消光系数σ：

布格尔-朗伯定律：I=I₀e^-σL；

式中，L为光线在气体中通过的光程；

再将消光系数σ代入柯西密德定律最终求得能见度值：

柯西密德定律：

式中，ε为视觉反应阈值，

为观测方向单位距离上的大气消光系数，V为以水平天空为背景的黑色目标物的能见度。

能见度值由输出模块转化为4-20mA电流信号后输出。

步骤4：测量CO浓度的参考光路光强：转盘转至参考光路位置处，红外光源辐射的4.67μm波长的光经参考光路被探测器接收，探测器的第二接收窗口将接收到的光信号转换成电信号，该电信号经过电路板上的接收模块输出为电压信号V₀，V₀由AD转换模块采集，转换成数字信号D₀₁，存储在单片机模块内；

步骤5：测量CO浓度的测量光路光强：转盘转至测量光路位置处，红外光源辐射的4.67μm波长的光经测量光路被探测器接收，探测器的第二探测窗口将接收到的光信号转换成电信号，该电信号经过电路板上的接收模块输出为电压信号V₀₁，V₀₁由AD转换模块采集，转换成数字信号D₁₁，存储在单片机模块内；

步骤6：获得CO浓度值：因CO气体吸收及大气中微粒影响，导致D₁₁<D₀₁。单片机根据D₀₁、D₁₁、透过率τ（在上述测量能见度过程中已测得）计算出CO气体对该波长的光的吸收度S：

$s=1-\mathrm{\&tau;k}\frac{I_{01}}{I_{11}}=1-\mathrm{\&tau;k}\frac{m{D}_{01}}{n{D}_{11}},$

式中，k、m、n为常系数，I₀₁为光源发射光强，I₁₁为经大气通道后接收的发射光光强；

将S带入朗伯-比尔定律计算出CO浓度值：

朗伯-比尔定律：s=1-e^-kCL；

式中，k为吸收系数，L为光线在气体中通过的光程，C为CO气体浓度；

CO浓度值由输出模块转化为4-20mA电流信号后输出。

本发明的有益效果是：

1.本发明实现CO浓度和能见度同时检测，且结构简单：只需一套光路、机械结构和硬件电路，单光源和双元探测器；

2.可以消除散射掉的红外光、镜头上灰尘的吸收以及透镜、反光镜和滤光片等***零件的吸收因素造成的误差，实现精确测量；

3.双波长法与气体滤波相关技术相比，省去了高浓度气体参比气室，简化了***结构，更为安全，也助于节约成本；

4.该仪器体积小、重量轻、使用方便，适用于机场、隧道、公路、大气环境监测等对CO浓度和能见度实时监测的场所。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的参考光路框图；

图3是本发明的测量光路框图；

图4是本发明的电路总框架图；

图5是本***接收模块电路图；

图6是本***光源驱动模块电路图；

图7是本***单片机模块电路图；

图8是本***AD转换模块电路图；

图9是本***电机驱动模块电路图；

图10是本***输出模块电路图；

图11是本发明的软件流程图；

图中：电路板1、转盘2、机壳3，第一反射镜4、探测器5、红外光源6、第一通孔7、第二通孔8、第二反射镜9、第三反射镜10、第一透镜11、第二透镜12。

具体实施方式

下面依据附图和实施例详细描述本发明。

图1为CO浓度和能见度检测***的结构示意图。如图1所示，本发明CO浓度和能见度检测仪包括：电路板1、转盘2、机壳3、第一反射镜4、探测器5、红外光源6、第一通孔7、第二通孔8、第二反射镜9、第三反射镜10、第一透镜11、第二透镜12和步进电机（图中未示出）。

步进电机固定在电路板1上，其输出轴与转盘2的中心固定连接，转盘2上开有第一通孔7和第二通孔8，第二反射镜9和第三反射镜10固定在转盘2上。探测器5和红外光源6焊接在电路板1上。探测器5可以选择双滤波片红外热释电探测器PYS3228TC G1/G20，其具有两个接收窗口，第一接收窗口接收波长为4μm（CO非吸收波长）的红外光和第二接收窗口接收波长为4.67μm（CO吸收波长）的红外光。红外光源6可以选择电调制红外热光源SA727-5M2，改变输入到光源的电功率，电功率变化将引起光源温度变化，从而改变发射光的能量及其随波长的分布情况。光源辐射连续光谱，光源黑体温度700K时，其辐射光谱中覆盖了4.67μm、4μm波段，此时光源恒流源电流750mA。第一透镜11和第二透镜12安装在机壳3前表面上，且电路板1在仪器内部安装时使探测器5和红外光源6分别放置于第一透镜11、第二透镜12的焦点上。第一透镜11和第二透镜12可以选择具有良好红外透光性能的氟化钙(CaF₂)红外透镜，但不限于此。第一反射镜4置于机壳3前方，与机壳3的距离不小于3米。红外光源6、第二反射镜9、第三反射镜10、探测器5构成本发明参考光路；红外光源6、第二通孔8、第二透镜12、第一反射镜4、第一通孔7、第一透镜11、探测器5构成本发明测量光路。下面就两个光路模块进行说明。

图2为本发明参考光路框图，参考光路测量理想环境下接收到的光源光强。本发明中参考光路位于仪器内部的封闭空间，不受外界空气环境干扰，能见度环境好，无CO气体，为理想环境。当第二反射镜9、第三反射镜10随转盘2转动到上方时分别对准红外光源6、探测器5，红外光源6发射的光打到一边的第二反射镜9上，反射到另一边的第三反射镜10，第三反射镜10把光打到探测器5上。

图3为本发明测量光路框图，测量光路进行实际大气环境测量。当第一通孔7、第二通孔8随转盘2转至上方时，红外光源6发射的光透过第二通孔8打到第二透镜12上，会聚后的平行光经3米的大气通道到达第一反射镜4，经反射，光线打到第一透镜11，会聚后经第一通孔7被探测器5接收。

图4为本发明电路板1电路的总框架图。本发明电路主要包括：接收模块、光源驱动模块、单片机模块、AD转换模块、电机驱动模块、输出模块和通信模块。探测器5、接收模块和AD转换模块依次相连，AD转换模块、输出模块、光源驱动模块、电机驱动模块和通信模块均与单片机模块相连。

光源驱动模块接收到驱动信号后，光源6开始工作。光源6辐射的光经参考光路或测量光路到达探测器5，探测器5将接收到的光信号转换成电信号传送给接收模块。接收模块完成测量起始判断、信号放大滤波，输出信号传送给AD转换模块，转换为数字信号输出至单片机模块。电机驱动模块接收来自单片机模块的步进信号，步进电机带动转盘2旋转，使测量光路和参考光路测量交替进行，单片机模块依据两个光路测量值计算得出能见度值或CO浓度值（探测器5有两路输出信号，通过模拟开关进行能见度和CO浓度测量切换）。输出模块将单片机计算得到的能见度和CO浓度值数字信号进行隔离、DA转换、电压-电流转换为两路4-20mA电流隔离输出。通信模块通过232和485接口分别完成单片机与计算机和现场的通信。

如图5所示，是本***接收模块电路图。主要包括元器件：光电开关U2，运放芯片IC1-IC4，模拟开关芯片IC6-IC8，三极管Q5、Q6，***电阻R0-R12、R19-R20、R30-R34，***电容C1-C12、C20-C23。U2可以选择南平市瑞光电子厂生产的RG145，但不限于此。IC1、IC2可以选择美国德州仪器公司的OP177，不限于此。IC6可以选择美国德州仪器公司的TS5A3159，IC7和IC8可以选择美国德州仪器公司的TS5A1066，均不限于此。Q5可以选择型号为8050，不限于此。转盘上有根直径为1mm的铁丝能划过光电开关U2的U形区域。当铁丝刚好挡住光电开关U2感光区域时，光电开关U2输出端口信号电平发生负跳变，此时测量过程开始。本发明中探测器5有两路输出信号，因此本发明中放大滤波电路有两路，其中一路：三极管Q5、电阻R30、电阻R31、电容C22构成一级放大电路；运放芯片IC1、电阻R0、电阻R1、电阻R2、电容C2、电容C3、模拟开关芯片IC7构成二级放大电路；电阻R3、电阻R19、电容C4、电容C20构成带通滤波电路；运放芯片IC2、电阻R4、电阻R5、电容C5、电容C6构成三级放大电路；另外一路：三极管Q6、电阻R32、电阻R33、电容C23构成一级放大电路；运放芯片IC3、电阻R34、电阻R6、电阻R7、电容C8、电容C9、模拟开关芯片IC8构成二级放大电路；电阻R8、电阻R20、电容C10、电容C21构成带通滤波电路；运放芯片IC4、电阻R9、电阻R10、电容C11、电容C12构成三级放大电路。模拟开关芯片IC6实现两路放大滤波电路信号的切换。

如图6所示，是本***光源驱动模块电路图。主要包括元器件：光源D2，稳压芯片U1，晶体管Q1、Q2、Q4，运放芯片IC5，场效应管Q3，***电阻R13-R18、R34，***电容C13-C16。U1可选择美国德州仪器公司的TL431，但不限于此；Q1可以选择TIP122，Q2、Q4可选择8050，均不限于此；IC5可以选择美国德州仪器公司的OP177，不限于此；Q5可选择型号为IRFU120，不限于此。光源D2即选择的电调制红外热光源SA727-5M2。在本模块电路中通过改变电阻R16可改变输入到光源的电流，进而可以改变光源发射光波长的分布情况。当光源恒流源电流为750mA时，其辐射光谱中覆盖了4.67μm、4μm波段。

如图7所示，是本***单片机模块电路图。主要包括元器件：单片机IC5，***电容C23-C24、C26、C31、C33，晶振Y1，接插件J2。IC5可选择ATMEL公司的ATmegal6，但不限于此；Y1为11.0592MHz。

如图8所示，是本***AD转换模块电路图。主要包括元器件：AD转换芯片IC6，***电容C27-C29、C32、Cy2，晶振Y2。IC6可选取美国德州仪器公司的ADS8322，但不限于此；Y2可选择型号CCFGCJ-4MHz，不限于此。

如图9所示，是本***电机驱动模块电路图。主要包括元器件：驱动芯片IC3，稳压芯片U1，三极管Q1，保险丝F1，电感L3，***电容C9-C23，电阻R8-R17。IC3可选取Allegro公司生产的A3979，但不限于此；U1可选择美国德州仪器公司的TL431，不限于此；Q1为8050，不限于此。步进输入只需通过驱动芯片IC3的STEP脚输入1个脉冲就可以使电机完成1次步进。

如图10所示，是本***输出模块电路图。主要包括元器件：光耦芯片IC8，DA转换芯片IC10，电压-电流转换芯片IC11，三极管Q5、Q10，***电阻R23-R28、，***电容C35-C36、C38-C44，二极管D10-D11。IC8可选取美国Avago公司生产的光耦ACPL-M61L-000E，但不限于此；IC10可选择美国Microchip公司生产的MCP4725，IC11可选择美国德州仪器公司生产的4-20mA转换器XTR115，不限于此。Q5可选择FZT651、Q10可选择9012，均不限于此。本发明中输出模块有两个，分别为能见度和CO浓度的输出。

图11为本发明软件框图：程序首先进行串口、定时器、EEPROM等的初始化，初始化完毕，单片机进行相关数据采集，紧接着判断是否进行仪器标定，如果是，重新进行标定，如果否，将采集的数据进行处理得出能见度值或CO浓度值。单片机与上位机进行通信时需查询串行通信标志位flag是否为1，flag位为1表示接收数据完成，可以发送数据，flag位为0表示需要数据接收尚未完成，等待接收完数据传送至上位机。

本发明应用透射法测量能见度和双波长法测量CO浓度包括以下步骤：

步骤1：测量能见度的参考光路光强

转盘2转至参考光路位置处，红外光源6辐射的4μm波长的光经参考光路被探测器5接收，探测器5的第一接收窗口将接收到的光信号转换成电信号，该电信号经过电路板1上的接收模块输出为电压信号V，V由AD转换模块采集，转换成数字信号D₀，存储在单片机模块内。

步骤2：测量能见度的测量光路光强

转盘2转至测量光路位置处，红外光源6辐射的4μm波长的光经测量光路被探测器5接收，探测器5的第一接收窗口将接收到的光信号转换成电信号，该电信号经过电路板1上的接收模块输出为电压信号V₁，V₁由AD转换模块采集，转换成数字信号D₁，存储在单片机模块内。

步骤3：获得能见度值

大气中细微颗粒造成光强衰减，因此D₁<D₀，单片机根据D₀、D₁可由下式计算出透过率τ：

$\mathrm{\&tau;}=\frac{I}{I_0}=\frac{m{D}_1}{n{D}_0},$

I₀为光源发射光强；I为经大气通道后接收的发射光光强。m、n为常系数。

计算出透过率τ，将τ带入布格尔-朗伯定律计算出消光系数σ：

布格尔-朗伯定律：I=I₀e^-σL；

L为光线在气体中通过的光程，其余参数同上；

再将消光系数σ代入柯西密德定律最终求得能见度值：

柯西密德定律：

ε为视觉反应阈值，是人眼将目标从背景中区别出来的最小亮度对比，为常数，推荐0.05；为观测方向单位距离上的大气消光系数；V为以水平天空为背景的黑色目标物的能见度。

能见度值由输出模块转化为4-20mA电流信号后输出。

步骤4：测量CO浓度的参考光路光强

转盘2转至参考光路位置处，红外光源6辐射的4.67μm波长的光经参考光路被探测器5接收，探测器5的第二接收窗口将接收到的光信号转换成电信号，该电信号经过电路板1上的接收模块输出为电压信号V₀，V₀由AD转换模块采集，转换成数字信号D₀₁，存储在单片机模块内。

步骤5：测量CO浓度的测量光路光强

转盘2转至测量光路位置处，红外光源6辐射的4.67μm波长的光经测量光路被探测器5接收，探测器5的第二探测窗口将接收到的光信号转换成电信号，该电信号经过电路板1上的接收模块输出为电压信号V₀₁，V₀₁由AD转换模块采集，转换成数字信号D₁₁，存储在单片机模块内。

步骤6：获得CO浓度值

因CO气体吸收及大气中微粒影响，导致D₁₁<D₀₁。单片机根据D₀₁、D₁₁、透过率τ（在上述测量能见度过程中已测得）计算出CO气体对该波长的光的吸收度S：

$s=1-\mathrm{\&tau;k}\frac{I_{01}}{I_{11}}=1-\mathrm{\&tau;k}\frac{m{D}_{01}}{n{D}_{11}},$

k、m、n为待标定常系数，I₀₁为光源发射光强，I₁₁为经大气通道后接收的发射光光强；

将S带入朗伯-比尔定律计算出CO浓度值：

朗伯-比尔定律：s=1-e^-kCL；

k为吸收系数，L为光线在气体中通过的光程，C为CO气体浓度。

CO浓度值值由输出模块转化为4-20mA电流信号后输出。

Claims (5)

1.一种CO浓度和能见度检测***，其特征在于，它包括：电路板（1）、转盘（2）、机壳（3）、第一反射镜（4）、探测器（5）、红外光源（6）、第一通孔（7）、第二通孔（8）、第二反射镜（9）、第三反射镜（10）、第一透镜（11）、第二透镜（12）和步进电机等；其中，所述步进电机固定在电路板（1）上，其输出轴与转盘（2）的中心固定连接，转盘（2）上开有第一通孔（7）和第二通孔（8），第二反射镜（9）和第三反射镜（10）固定在转盘（2）上；探测器（5）和红外光源（6）焊接在电路板（1）上；第一透镜（11）和第二透镜（12）安装在机壳（3）上，探测器（5）位于第一透镜（11）的焦点上，红外光源（6）位于第二透镜（12）的焦点上；第一反射镜（4）置于机壳（3）前方，与机壳（3）的距离不小于3米；红外光源（6）、第二反射镜（9）、第三反射镜（10）和探测器（5）构成参考光路；红外光源（6）、第二通孔（8）、第二透镜（12）、第一反射镜（4）、第一通孔（7）、第一透镜（11）和探测器（5）构成测量光路。

2.根据权利要求1所述CO浓度和能见度检测***，其特征在于，所述探测器（5）可为双滤波片红外热释电探测器，其具有两个接收窗口，第一接收窗口接收波长为4μm的红外光，第二接收窗口接收波长为4.67μm的红外光。

3.根据权利要求1所述CO浓度和能见度检测***，其特征在于，所述第一透镜（11）和第二透镜（12）可为氟化钙红外透镜。

4.根据权利要求1所述CO浓度和能见度检测***，其特征在于，所述电路板（1）主要包括：接收模块、光源驱动模块、单片机模块、AD转换模块、电机驱动模块、输出模块和通信模块；其中，所述探测器（5）、接收模块和AD转换模块依次相连，AD转换模块、输出模块、光源驱动模块、电机驱动模块和通信模块均与单片机模块相连；光源驱动模块接收到驱动信号后，光源（6）开始工作。光源（6）辐射的光经参考光路或测量光路到达探测器（5），探测器（5）将接收到的光信号转换成电信号传送给接收模块。接收模块完成测量起始判断、信号放大滤波，输出信号传送给AD转换模块，转换为数字信号输出至单片机模块。电机驱动模块接收来自单片机模块的步进信号，步进电机带动转盘（2）旋转，使测量光路和参考光路测量交替进行，单片机模块依据两个光路测量值计算得出能见度值或CO浓度值；输出模块将单片机计算得到的能见度和CO浓度值数字信号进行隔离、DA转换、电压-电流转换为两路4-20mA电流隔离输出。通信模块通过232和485接口分别完成单片机与计算机和现场的通信。

5.一种应用权利要求1所述装置的CO浓度和能见度检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：测量能见度的参考光路光强：转盘（2）转至参考光路位置处，红外光源（6）辐射的4μm波长的光经参考光路被探测器（5）接收，探测器（5）的第一接收窗口将接收到的光信号转换成电信号，该电信号经过电路板（1）上的接收模块输出为电压信号V，V由AD转换模块采集，转换成数字信号D₀，存储在单片机模块内。

步骤2：测量能见度的测量光路光强：转盘（2）转至测量光路位置处，红外光源（6）辐射的4μm波长的光经测量光路被探测器（5）接收，探测器（5）的第一接收窗口将接收到的光信号转换成电信号，该电信号经过电路板（1）上的接收模块输出为电压信号V₁，V₁由AD转换模块采集，转换成数字信号D₁，存储在单片机模块内。

步骤3：获得能见度值：大气中细微颗粒造成光强衰减，因此D₁<D₀，单片机根据D₀、D₁可由下式计算出透过率τ：

$\mathrm{\&tau;}=\frac{I}{I_0}=\frac{m{D}_1}{n{D}_0},$

式中，I₀为光源发射光强，I为经大气通道后接收的发射光光强，m、n为常系数；

将τ带入布格尔-朗伯定律计算出消光系数σ：

布格尔-朗伯定律：I=I₀e^-σL；

式中，L为光线在气体中通过的光程；

再将消光系数σ代入柯西密德定律最终求得能见度值：

柯西密德定律：

式中，ε为视觉反应阈值，

为观测方向单位距离上的大气消光系数，V为以水平天空为背景的黑色目标物的能见度。

能见度值由输出模块转化为4-20mA电流信号后输出。

步骤4：测量CO浓度的参考光路光强：转盘（2）转至参考光路位置处，红外光源（6）辐射的4.67μm波长的光经参考光路被探测器（5）接收，探测器（5）的第二接收窗口将接收到的光信号转换成电信号，该电信号经过电路板（1）上的接收模块输出为电压信号V₀，V₀由AD转换模块采集，转换成数字信号D₀₁，存储在单片机模块内；

步骤5：测量CO浓度的测量光路光强：转盘（2）转至测量光路位置处，红外光源（6）辐射的4.67μm波长的光经测量光路被探测器（5）接收，探测器（5）的第二探测窗口将接收到的光信号转换成电信号，该电信号经过电路板（1）上的接收模块输出为电压信号V₀₁，V₀₁由AD转换模块采集，转换成数字信号D₁₁，存储在单片机模块内；

步骤6：获得CO浓度值：因CO气体吸收及大气中微粒影响，导致D₁₁<D₀₁。单片机根据D₀₁、D₁₁、透过率τ计算出CO气体对该波长的光的吸收度S：

$s=1-\mathrm{\&tau;k}\frac{I_{01}}{I_{11}}=1-\mathrm{\&tau;k}\frac{m{D}_{01}}{n{D}_{11}},$

式中，k、m、n为常系数，I₀₁为光源发射光强，I₁₁为经大气通道后接收的发射光光强；

将S带入朗伯-比尔定律计算出CO浓度值：

朗伯-比尔定律：s=1-e^-kCL；

式中，k为吸收系数，L为光线在气体中通过的光程，C为CO气体浓度；

CO浓度值由输出模块转化为4-20mA电流信号后输出。

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