CN105510230A - 一种基于扫描方式的透射仪测量光路自动准直***与方法 - Google Patents

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CN105510230A CN201610029821.7A CN201610029821A CN105510230A CN 105510230 A CN105510230 A CN 105510230A CN 201610029821 A CN201610029821 A CN 201610029821A CN 105510230 A CN105510230 A CN 105510230A
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马忠良
王敏
施未来
常昊天
任尚书
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Abstract

一种基于扫描方式的透射仪测量光路自动准直***，包括发射单元、光源控制单元、电机驱动一单元、电机驱动二单元、位置信息采集一单元、位置信息采集二单元、中央处理器一单元、接收单元、光强信息采集单元、电机驱动三单元、电机驱动四单元、位置信息采集三单元、位置信息采集四单元、中央处理器二单元和主控单元；所述的发射单元包括LED光源和发射光学模块，为透射仪进行能见度测量和测量光路准直提供探测光束；所述的光源控制单元用来驱动发射单元中的LED光源，保证光源发光稳定性；所述的电机驱动一单元用来驱动发射单元进行水平方向的位置调整；所述的电机驱动二单元用来驱动发射单元进行垂直方向的位置调整。

Description

一种基于扫描方式的透射仪测量光路自动准直***与方法
技术领域
本发明涉及一种透射仪光学对准方法，尤其是基于扫描方式的透射仪测量光路自动准直***与方法。
背景技术
能见度是气象观测的重要要素之一，用于了解大气稳定性，判定气团性质。能见度根据目标物之间的亮度对比或目标物能否被看见，用一个距离上的概念描述大气的可见度，它的准确监测对于气象、交通、民航和农业生产都有着重要的指导意义。目前世界上普遍使用的能见度仪有透射式能见度仪，散射式能见度仪和激光雷达能见度仪。透射式能见度仪又称透射计或透射表，分为双端式和单端式，通过测量大气透过率来获取能见度值。双端式透射仪在工作时，用光发射器照射被测样本，接收器测量衰减后的光辐射，通过大气样本透过率来计算能见度值。透射式能见度仪的优点在于不用对大气作任何假设以探测大气透过率或消光系数,其采样体积大,测量精度高。由于透射仪测量精度高，已广泛应用于机场跑道能见度测量，但我国目前还没有完全自主知识产权的透射仪和相关的标定设备，使用的大多是芬兰Visala公司的产品。虽然透射仪精度高，但也有其局限性，当大气能见度较大时,其探测结果对光源的标定误差、透射光的探测误差和镜头的污染非常敏感,并且需要较长的基线,占地面积大。因此，在双端式透射仪进行安装时，都要进行人工初步对准，主要通过在能见度测量过程中补偿由于测量光路准直偏差造成的能见度测量误差。在仪器进行能见度测量之前，通过不断寻找使得接收端能量最大的位置作为测量光路的准直位置。该过程较为复杂，时间较长。然而在没有配套的标定设备情况下，只能依赖间隔一段时间后再次进行人工对准，其结果是导致在下次未人工对准时，由于外界环境变化以及仪器振动等引起的光路收发不一致进而导致探测精度下降。
发明内容
针对上述技术问题，本发明的目的是，改进透射仪测量光路准直方法，提供一种准直过程自动化、准直精度高、准直时间短、易于在透射仪测量***中应用的透射仪测量光路准直***与方法。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：一种基于扫描方式的透射仪测量光路自动准直***，其特征在于，包括发射单元、光源控制单元、电机驱动一单元、电机驱动二单元、位置信息采集一单元、位置信息采集二单元、中央处理器一单元、接收单元、光强信息采集单元、电机驱动三单元、电机驱动四单元、位置信息采集三单元、位置信息采集四单元、中央处理器二单元和控制中央处理器一、二单元的主控单元；所述的发射单元包括LED光源和发射光学模块，为透射仪进行能见度测量和测量光路准直提供探测光束；所述的光源控制单元用来驱动发射单元中的LED光源，保证光源发光稳定性；所述的电机驱动一单元用来驱动发射单元进行水平方向的位置调整；所述的电机驱动二单元用来驱动发射单元进行垂直方向的位置调整；所述的位置信息采集一单元用来采集发射单元进行水平位置调整时的位置信息；所述的位置信息采集二单元用来采集发射单元进行垂直位置调整时的位置信息；所述的接收单元包括光电传感器模块和接收光学模块，用来将探测光束中经过一定基线长度大气传输后能被接收单元接收的部分光束进行光电转换；所述光强信息采集单元用来采集接收单元接收到的光强信息；所述的电机驱动三单元用来驱动接收单元进行水平方向的位置调整；所述的电机驱动四单元用来驱动接收单元进行垂直方向的位置调整；所述的位置信息采集三单元用来采集接收单元水平位置调整过程中的位置信息；所述的位置信息采集四单元用来采集接收单元垂直方向位置调整过程中位置信息；所述的中央处理器一单元用来存储发射单元位置信息,中央处理器一单元同时向中央处理器二单元发送采集光强信息命令、中央处理器二单元存储采集到的光强信息并传送，中央处理器一单元再根据采集到的光强信息和位置信息计算得到发射单元的准直位置；所述的中央处理器二单元用来存储接收单元位置信息和光强信息，并根据位置信息和光强信息计算接收单元的准直位置；所述的主控单元用来发送测量光路准直操作命令并控制中央处理器一、二单元并控制电机驱动一、二、三、四单元；，控制***工作；
进一步，基于扫描方式的透射仪测量光路自动准直的方法，利用发射单元和接收单元于两个相互垂直方向分别扫描得到的位置信息与光强信息计算得到发射单元和接收单元的准直位置，然后使得发射单元与接收单元分别定位到准直位置，从而实现测量光路的准直；其特征在于，按照顺序分别对发射单元与接收单元进行对准：每次进行准直时分别进行垂直方向和水平方向的扫描、准直位置计算和定位；所述的扫描是通过驱动电机使得发射单元或接收单元在垂直或水平方向上进行一定角度范围的位置旋转，同时记录位置信息和扫描过程中的光强信息；所述的准直位置计算是根据扫描过程中采集的位置信息与光强信息的关系得到发射单元或接收单元在某一方向上的准直位置；所述的定位是通过驱动电机使得发射单元或接收单元在某一方向上进行旋转运动到该方向上的准直位置；一般指接收单元光强信息最强的位置信息。
具体步骤如下：
步骤001.主控单元启动透射仪测量光路自动对准程序；
步骤002.主控单元发出指令，使中央处理器一单元与中央处理器二单元完成对准程序的初始化；
步骤003.光源控制单元驱动发射单元中的LED光源向接收单元发出探测光束；
步骤004.光强信息采集单元采集接收光强信息，将接收光强信息存储到中央处理器二单元，并由中央处理器二单元对接收光强信息进行判断；
步骤005.若步骤004采集到的接收光强为0，则向主控单元发出重新进行人工粗调的提示；
步骤006.若步骤004采集到的接收光强不为0，则接收单元进行自动对准，具体包括下面步骤：
步骤0061.接收单元进行水平方向扫描，具体包括下面步骤：
步骤00611.电机驱动三单元驱动电机反向运转，位置信息采集三单元开始采集接收单元水平位置信息，并将位置信息存储到中央处理器二单元，中央处理器二单元对存储的接收单元水平位置信息进行判断；
步骤00612.以电机的起始运转位置为0度，若步骤00611采集到的位置信息不为-0.2度，回到步骤00611；
步骤00613.若步骤00611采集到的位置信息值为-0.2度，电机驱动三单元驱动电机刹车，位置信息采集三单元停止位置信息采集；
步骤00614.电机驱动三单元驱动电机正转，位置信息采集三单元开始采集接收单元水平位置信息，同时光强信息采集单元开始采集接收光强信息，并将位置信息和光强信息存储到中央处理器二单元，中央处理器二单元对存储的接收单元水平位置信息进行判断；
步骤00615.若步骤00614采集到的位置信息值不为0.2度，回到步骤00614；
步骤00616.若步骤00614采集到的位置信息值为0.2度，电机驱动三单元驱动电机刹车，位置信息采集三单元停止位置信息采集，光强信息采集单元停止光强信息采集；
步骤0062.接收单元进行水平方向准直位置计算，计算过程如图3所示，具体包括下面步骤：
步骤00621.根据存储在中央处理器二单元中的位置信息与光强信息，由中央处理器二单元寻找接收光强的最大值W，并筛选出接收光强介于0.6W与0.4W之间的光强信息和与之对应的位置信息；
步骤00622.根据步骤00621筛选的位置信息与光强信息，由中央处理器二单元通过最小二乘法拟合出两条接收光强随位置变化的关系直线L1、L2；
步骤00623.将接收光强值0.5W分别作为步骤00622得到的两条拟合直线的接收光强值，有中央处理器二单元计算出相应的位置X1、X2；
步骤00624.根据步骤00623得到的两个位置X1、X2由中央处理器二单元计算得到接收单元水平方向准直位置，计算公式为：
X = X 1 + X 2 2
步骤0063.接收单元进行水平方向定位，具体包括下面步骤：
步骤00631.电机驱动三单元驱动电机反转，位置信息采集三单元开始采集接收单元水平位置信息，并将位置信息存储到中央处理器二单元，中央处理器二单元对位置信息进行判断；
步骤00632.若位置信息的值大于步骤00624得到的准直位置X，回到步骤00631；
步骤00633.若位置信息的值小于或等于步骤00624得到的准直位置X，电机驱动三单元驱动电机刹车，位置信息采集三单元停止位置信息采集；
步骤0064.接收单元进行垂直方向扫描，具体步骤如下：
步骤00641.电机驱动四单元驱动电机反向运转，位置信息采集四单元开始采集接收单元水平位置信息，并将位置信息和光强信息存储到中央处理器二单元，中央处理器二单元对存储的接收单元水平位置信息进行判断；
步骤00642.以电机的起始运转位置为0度，若步骤00641采集到的位置信息不为-0.2度，回到步骤00641；
步骤00643.若步骤00641采集到的位置信息值为-0.2度，电机驱动四单元驱动电机刹车，位置信息采集四单元停止位置信息采集；
步骤00644.电机驱动四单元驱动电机正转，位置信息采集四单元开始采集接收单元水平位置信息，同时光强信息采集单元开始采集接收光强信息，并将位置信息存储到中央处理器二单元，中央处理器二单元对存储的接收单元水平位置信息进行判断；
步骤00645.若步骤00644采集到的位置信息值不为0.2度，回到步骤00644；
步骤00646.若步骤00644采集到的位置信息值为0.2度，电机驱动四单元驱动电机刹车，位置信息采集四单元停止位置信息采集，光强信息采集单元停止光强信息采集；
步骤0065.接收单元进行垂直方向准直位置计算，中央处理器二单元利用步骤0064采集到的垂直方向位置信息和光强信息进行垂直方向准直位置计算，计算过程与步骤00621-00624类似，得到的计算结果是接收单元垂直方向准直位置值；
步骤0066.接收单元进行垂直方向定位，具体包括下面步骤：
步骤00661.电机驱动四单元驱动电机反转，位置信息采集四单元开始采集接收单元垂直位置信息，并将位置信息存储到中央处理器二单元，中央处理器二单元对位置信息进行判断；
步骤00662.若位置信息的值大于步骤0065得到的准直位置值X，回到步骤00661；
步骤00633.若位置信息的值小于或等于步骤0065得到的准直位置值X，电机驱动四单元驱动电机刹车，位置信息采集四单元停止位置信息采集；
步骤007.接收单元自动对准完成，发射单元进行自动对准，具体包括下面步骤：
步骤0071.发射单元进行水平方向扫描，具体包括下面步骤：
步骤00711.电机驱动一单元驱动电机反向运转，位置信息采集一单元开始采集发射单元水平位置信息，并将位置信息存储到中央处理器一单元，中央处理器一单元对存储的发射单元水平位置信息进行判断；
步骤00712.以电机的起始运转位置为0度，若步骤00711采集到的位置信息不为-0.2度，回到步骤00711；
步骤00713.若步骤00711采集到的位置信息值为-0.2度，电机驱动一单元驱动电机刹车，位置信息采集一单元停止位置信息采集；
步骤00714.电机驱动一单元驱动电机正转，位置信息采集一单元开始采集发射单元水平位置信息，并将位置信息存储到中央处理器一单元；同时光强信息采集单元开始采集接收光强信息，并将光强信息发送至中央处理器一单元进行存储，中央处理器一单元对存储的发射单元水平位置信息进行判断；
步骤00715.若步骤00714采集到的位置信息值不为0.2度，回到步骤00714；
步骤00716.若步骤00714采集到的位置信息值为0.2度，电机驱动一单元驱动电机刹车，位置信息采集一单元停止位置信息采集，光强信息采集单元停止光强信息采集；
步骤0072.发射单元进行水平方向准直位置计算，中央处理器一单元利用步骤0071采集到的发射单元水平方向位置信息和光强信息进行发射单元水平方向准直位置计算，计算过程与步骤00621-00624类似，得到的计算结果是发射单元水平方向准直位置值；
步骤0073.发射单元进行水平方向定位，具体包括下面步骤：
步骤00731.电机驱动一单元驱动电机反转，位置信息采集一单元开始采集发射单元水平位置信息，并将位置信息存储到中央处理器一单元，中央处理器一单元对位置信息进行判断；
步骤00732.若位置信息的值大于步骤0072得到的准直位置值，回到步骤00731；
步骤00733.若位置信息的值小于或等于步骤0072得到的准直位置值，电机驱动一单元驱动电机刹车，位置信息采集一单元停止位置信息采集；
步骤0074.发射单元进行垂直方向扫描，具体步骤如下：
步骤00741.电机驱动二单元驱动电机反向运转，位置信息采集二单元开始采集发射单元垂直位置信息，并将位置信息存储到中央处理器一单元，中央处理器一单元对存储的发射单元垂直位置信息进行判断；
步骤00742.以电机的起始运转位置为0度，若步骤00741采集到的位置信息值不为-0.2度，回到步骤00741；
步骤00743.若步骤00741采集到的位置信息值为-0.2度，电机驱动二单元驱动电机刹车，位置信息采集二单元停止位置信息采集；
步骤00744.电机驱动二单元驱动电机正转，位置信息采集二单元开始采集发射单元垂直位置信息，并将位置信息存储到中央处理器一单元；同时光强信息采集单元开始采集接收光强信息，并将光强信息发送至中央处理器一单元进行存储，中央处理器一单元对存储的发射单元垂直位置信息进行判断；
步骤00745.若步骤00744采集到的位置信息值不为0.2度，回到步骤00744；
步骤00746.若步骤00744采集到的位置信息值为0.2度，电机驱动二单元驱动电机刹车，位置信息采集二单元停止位置信息采集，光强信息采集单元停止光强信息采集；
步骤0075.发射单元进行垂直方向准直位置计算，中央处理器一单元利用步骤0074采集到的发射单元垂直方向位置信息和光强信息进行发射单元垂直方向准直位置计算，计算过程与步骤00621-00624类似，得到的计算结果是发射单元垂直方向准直位置值；
步骤0076.发射单元进行垂直方向定位，具体包括下面步骤：
步骤00761.电机驱动二单元驱动电机反转，位置信息采集二单元开始采集发射单元垂直位置信息，并将位置信息存储到中央处理器一单元，中央处理器一单元对位置信息进行判断；
步骤00762.若位置信息的值大于步骤0075得到的准直位置值，回到步骤00761；
步骤00763.若位置信息的值小于或等于步骤0075得到的准直位置值，电机驱动二单元驱动电机刹车，位置信息采集二单元停止位置信息采集；
步骤008.主控单元提示透射仪测量光路对准完成；
所述的电机驱动一单元、电机驱动二单元、电机驱动三单元、电机驱动四单元驱动的电机为具有减速器的直流电机；
所述的位置信息采集一单元、位置信息采集二单元、位置信息采集三单元、位置信息采集四单元将位置传感器与电机转轴相连，把测得的电机转轴旋转角度作为位置信息；
所述的位置信息采集一单元、位置信息采集二单元、位置信息采集三单元、位置信息采集四单元采集位置信息时以开始对准时的位置为0度，以电机正向运转模式下的运动方向为正，以电机反向运转模式下的运动方向为负；
所述的光强信息采集单元采集的接收光强信息与位置信息一一对应，表示在当前位置下的接收光强；
所述的中央处理器一单元与中央处理器二单元之间通过通信电缆进行通信；
所述的中央处理器一单元和中央处理器二单元通过I2C总线控制位置信息采集、电机驱动和光强信息采集，并完成数据传输。
基于本发明的一种基于扫描方式的透射仪测量光路自动准直***，首次在透射仪测量***中应用，能够实现透射仪测量光路的自动准直，且具有***结构简单、成本低、速度快、准直精度高和易与透射仪测量***融合等特点。同时该***也可以作为透射式能见度仪光路对准的标定设备。
本发明的有益效果，本发明提出了一种基于扫描方式的透射仪测量光路自动准直***与方法，与目前透射仪测量光路准直技术相比，具有以下有益技术效果：
(1)本发明设计的一种基于扫描方式的透射仪测量光路自动准直***，结构简单、容易实现、自动化程度高、易于与透射仪测量***融合。
(2)本发明设计的一种基于扫描方式的透射仪测量光路自动准直方法，是特别针对透射仪测量光路准直的特点而设计的，准直位置计算方法切实有效，程序简单可靠、准直精度高、准直速度快。
附图说明
图1是本发明一种基于扫描方式的透射仪测量光路自动准直***结构图。
图2是本发明一种基于扫描方式的透射仪测量光路自动准直方法流程图。
图3是本发明一种基于扫描方式的透射仪测量光路自动准直方法准直位置计算方法示意图。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
如图1所示，本发明设计了一种基于扫描方式的透射仪测量光路自动准直***与方法，***包括：发射单元、光源控制单元、电机驱动一单元、电机驱动二单元、位置信息采集一单元、位置信息采集二单元、中央处理器一单元、接收单元、光强信息采集单元、电机驱动三单元、电机驱动四单元、位置信息采集三单元、位置信息采集四单元、中央处理器二单元和主控单元。所述的发射单元包括LED光源和发射光学模块，为透射仪进行能见度测量和测量光路准直提供探测光束；所述的光源控制单元用来驱动发射单元中的LED光源，保证光源发光稳定性；电机驱动一单元、电机驱动二单元分别对发射单元进行水平和垂直扫描驱动控制；电机驱动三单元、电机驱动四单元分别对光强信息采集单元进行水平和垂直扫描驱动控制；所述的电机驱动一单元用来驱动发射单元进行水平方向的位置调整；所述的电机驱动二单元用来驱动发射单元进行垂直方向的位置调整；所述的位置信息采集一单元用来采集发射单元进行水平位置调整时的位置信息；所述的位置信息采集二单元用来采集发射单元进行垂直位置调整时的位置信息；所述的接收单元包括光电传感器模块和接收光学模块，用来将探测光束中经过一定基线长度大气传输后能被接收单元接收的部分光束进行光电转换；所述光强信息采集单元用来采集接收单元接收到的光强信息；所述的电机驱动三单元用来驱动接收单元进行水平方向的位置调整；所述的电机驱动四单元用来驱动接收单元进行垂直方向的位置调整；所述的位置信息采集三单元用来采集接收单元水平位置调整过程中的位置信息；所述的位置信息采集四单元用来采集接收单元垂直方向位置调整过程中位置信息；所述的中央处理器一单元用来存储发射单元位置信息,同时向中央处理器二单元发送采集光强信息命令，存储采集到的光强信息，再根据采集到的光强信息和位置信息计算得到发射单元的准直位置；所述的中央处理器二单元用来存储接收单元位置信息和光强信息，并根据位置信息和光强信息计算接收单元的准直位置；所述的主控单元用来发送测量光路准直操作命令，控制***工作；
如图2所示，一种基于扫描方式的透射仪测量光路自动准直方法利用发射单元和接收单元分别于两个相互垂直方向扫描得到的位置信息与光强信息计算得到发射单元和接收单元的准直位置，然后使得发射单元与接收单元分别定位到准直位置，从而实现测量光路的准直。其特征在于，按照顺序分别对发射单元与接收单元进行对准。每次进行准直时分别进行垂直方向和水平方向的扫描、准直位置计算和定位。所述的扫描是通过驱动电机使得发射单元或接收单元分别在垂直或水平方向上进行一定角度范围的位置旋转，同时记录位置信息和扫描过程中的光强信息。所述的准直位置计算是根据扫描过程中采集的位置信息与光强信息的关系得到发射单元或接收单元在某一方向上的准直位置。所述的定位是通过驱动电机使得发射单元或接收单元在某一方向上进行旋转运动到该方向上的准直位置。
具体步骤如下：
步骤001.主控单元启动透射仪测量光路自动对准程序；
步骤002.中央处理器一单元与中央处理器二单元完成对准程序的初始化；
步骤003.光源控制单元驱动发射单元中的LED光源向接收单元发出探测光束；
步骤004.光强信息采集单元采集接收光强信息，将接收光强信息存储到中央处理器二单元，并由中央处理器二单元对接收光强信息进行判断；
步骤005.若步骤004采集到的接收光强为0，则向主控单元发出重新进行人工粗调的提示；
步骤006.若步骤004采集到的接收光强不为0，则接收单元进行自动对准，具体包括下面步骤：
步骤0061.接收单元进行水平方向扫描，具体包括下面步骤：
步骤00611.电机驱动三单元驱动电机反向运转，位置信息采集三单元开始采集接收单元水平位置信息，并将位置信息存储到中央处理器二单元，中央处理器二单元对存储的接收单元水平位置信息进行判断；
步骤00612.以电机的起始运转位置为0度，若步骤00611采集到的位置信息不为-0.2度，回到步骤00611；
步骤00613.若步骤00611采集到的位置信息值为-0.2度，电机驱动三单元驱动电机刹车，位置信息采集三单元停止位置信息采集；
步骤00614.电机驱动三单元驱动电机正转，位置信息采集三单元开始采集接收单元水平位置信息，同时光强信息采集单元开始采集接收光强信息，并将位置信息和光强信息存储到中央处理器二单元，中央处理器二单元对存储的接收单元水平位置信息进行判断；
步骤00615.若步骤00614采集到的位置信息值不为0.2度，回到步骤00614；
步骤00616.若步骤00614采集到的位置信息值为0.2度，电机驱动三单元驱动电机刹车，位置信息采集三单元停止位置信息采集，光强信息采集单元停止光强信息采集；
步骤0062.接收单元进行水平方向准直位置计算，计算过程如图3所示，具体包括下面步骤：
步骤00621.根据存储在中央处理器二单元中的位置信息与光强信息，由中央处理器二单元寻找接收光强的最大值W，并筛选出接收光强介于0.6W与0.4W之间的光强信息和与之对应的位置信息；
步骤00622.根据步骤00621筛选的位置信息与光强信息，由中央处理器二单元通过最小二乘法拟和出两条接收光强随位置变化的关系直线L1、L2；
步骤00623.将接收光强值0.5W分别作为步骤00622得到的两条拟合直线的接收光强值，有中央处理器二单元计算出相应的位置X1、X2；
步骤00624.根据步骤00623得到的两个位置X1、X2由中央处理器二单元计算得到接收单元水平方向准直位置，计算公式为：
X = X 1 + X 2 2
步骤0063.接收单元进行水平方向定位，具体包括下面步骤：
步骤00631.电机驱动三单元驱动电机反转，位置信息采集三单元开始采集接收单元水平位置信息，并将位置信息存储到中央处理器二单元，中央处理器二单元对位置信息进行判断；
步骤00632.若位置信息的值大于步骤00624得到的准直位置X，回到步骤00631；
步骤00633.若位置信息的值小于或等于步骤00624得到的准直位置X，电机驱动三单元驱动电机刹车，位置信息采集三单元停止位置信息采集；
步骤0064.接收单元进行垂直方向扫描，具体步骤如下：
步骤00641.电机驱动四单元驱动电机反向运转，位置信息采集四单元开始采集接收单元水平位置信息，并将位置信息和光强信息存储到中央处理器二单元，中央处理器二单元对存储的接收单元水平位置信息进行判断；
步骤00642.以电机的起始运转位置为0度，若步骤00641采集到的位置信息不为-0.2度，回到步骤00641；
步骤00643.若步骤00641采集到的位置信息值为-0.2度，电机驱动四单元驱动电机刹车，位置信息采集四单元停止位置信息采集；
步骤00644.电机驱动四单元驱动电机正转，位置信息采集四单元开始采集接收单元水平位置信息，同时光强信息采集单元开始采集接收光强信息，并将位置信息存储到中央处理器二单元，中央处理器二单元对存储的接收单元水平位置信息进行判断；
步骤00645.若步骤00644采集到的位置信息值不为0.2度，回到步骤00644；
步骤00646.若步骤00644采集到的位置信息值为0.2度，电机驱动四单元驱动电机刹车，位置信息采集四单元停止位置信息采集，光强信息采集单元停止光强信息采集；
步骤0065.接收单元进行垂直方向准直位置计算，中央处理器二单元利用步骤0064采集到的垂直方向位置信息和光强信息进行垂直方向准直位置计算，计算过程与步骤00621-00624类似，得到的计算结果是接收单元垂直方向准直位置值；
步骤0066.接收单元进行垂直方向定位，具体包括下面步骤：
步骤00661.电机驱动四单元驱动电机反转，位置信息采集四单元开始采集接收单元垂直位置信息，并将位置信息存储到中央处理器二单元，中央处理器二单元对位置信息进行判断；
步骤00662.若位置信息的值大于步骤0065得到的准直位置值X，回到步骤00661；
步骤00633.若位置信息的值小于或等于步骤0065得到的准直位置值X，电机驱动四单元驱动电机刹车，位置信息采集四单元停止位置信息采集；
步骤007.接收单元自动对准完成，发射单元进行自动对准，具体包括下面步骤：
步骤0071.发射单元进行水平方向扫描，具体包括下面步骤：
步骤00711.电机驱动一单元驱动电机反向运转，位置信息采集一单元开始采集发射单元水平位置信息，并将位置信息存储到中央处理器一单元，中央处理器一单元对存储的发射单元水平位置信息进行判断；
步骤00712.以电机的起始运转位置为0度，若步骤00711采集到的位置信息不为-0.2度，回到步骤00711；
步骤00713.若步骤00711采集到的位置信息值为-0.2度，电机驱动一单元驱动电机刹车，位置信息采集一单元停止位置信息采集；
步骤00714.电机驱动一单元驱动电机正转，位置信息采集一单元开始采集发射单元水平位置信息，并将位置信息存储到中央处理器一单元；同时光强信息采集单元开始采集接收光强信息，并将光强信息发送至中央处理器一单元进行存储，中央处理器一单元对存储的发射单元水平位置信息进行判断；
步骤00715.若步骤00714采集到的位置信息值不为0.2度，回到步骤00714；
步骤00716.若步骤00714采集到的位置信息值为0.2度，电机驱动一单元驱动电机刹车，位置信息采集一单元停止位置信息采集，光强信息采集单元停止光强信息采集；
步骤0072.发射单元进行水平方向准直位置计算，中央处理器一单元利用步骤0071采集到的发射单元水平方向位置信息和光强信息进行发射单元水平方向准直位置计算，计算过程与步骤00621-00624类似，得到的计算结果是发射单元水平方向准直位置值；
步骤0073.发射单元进行水平方向定位，具体包括下面步骤：
步骤00731.电机驱动一单元驱动电机反转，位置信息采集一单元开始采集发射单元水平位置信息，并将位置信息存储到中央处理器一单元，中央处理器一单元对位置信息进行判断；
步骤00732.若位置信息的值大于步骤0072得到的准直位置值，回到步骤00731；
步骤00733.若位置信息的值小于或等于步骤0072得到的准直位置值，电机驱动一单元驱动电机刹车，位置信息采集一单元停止位置信息采集；
步骤0074.发射单元进行垂直方向扫描，具体步骤如下：
步骤00741.电机驱动二单元驱动电机反向运转，位置信息采集二单元开始采集发射单元垂直位置信息，并将位置信息存储到中央处理器一单元，中央处理器一单元对存储的发射单元垂直位置信息进行判断；
步骤00742.以电机的起始运转位置为0度，若步骤00741采集到的位置信息值不为-0.2度，回到步骤00741；
步骤00743.若步骤00741采集到的位置信息值为-0.2度，电机驱动二单元驱动电机刹车，位置信息采集二单元停止位置信息采集；
步骤00744.电机驱动二单元驱动电机正转，位置信息采集二单元开始采集发射单元垂直位置信息，并将位置信息存储到中央处理器一单元；同时光强信息采集单元开始采集接收光强信息，并将光强信息发送至中央处理器一单元进行存储，中央处理器一单元对存储的发射单元垂直位置信息进行判断；
步骤00745.若步骤00744采集到的位置信息值不为0.2度，回到步骤00744；
步骤00746.若步骤00744采集到的位置信息值为0.2度，电机驱动二单元驱动电机刹车，位置信息采集二单元停止位置信息采集，光强信息采集单元停止光强信息采集；
步骤0075.发射单元进行垂直方向准直位置计算，中央处理器一单元利用步骤0074采集到的发射单元垂直方向位置信息和光强信息进行发射单元垂直方向准直位置计算，计算过程与步骤00621-00624类似，得到的计算结果是发射单元垂直方向准直位置值；
步骤0076.发射单元进行垂直方向定位，具体包括下面步骤：
步骤00761.电机驱动二单元驱动电机反转，位置信息采集二单元开始采集发射单元垂直位置信息，并将位置信息存储到中央处理器一单元，中央处理器一单元对位置信息进行判断；
步骤00762.若位置信息的值大于步骤0075得到的准直位置值，回到步骤00761；
步骤00763.若位置信息的值小于或等于步骤0075得到的准直位置值，电机驱动二单元驱动电机刹车，位置信息采集二单元停止位置信息采集；
步骤008.主控单元提示透射仪测量光路对准完成；
进一步地，本发明设计的一种基于扫描方式的透射仪测量光路自动准直***与方法，所述的电机驱动一单元、电机驱动二单元、电机驱动三单元、电机驱动四单元驱动的电机为具有减速器的直流电机；
作为一种优选技术方案，所述的位置信息采集一单元、位置信息采集二单元、位置信息采集三单元、位置信息采集四单元将位置传感器与电机转轴相连，把测得的电机转轴旋转角度作为位置信息；
作为一种优选技术方案，所述的位置信息采集一单元、位置信息采集二单元、位置信息采集三单元、位置信息采集四单元采集位置信息时以开始对准时的位置为0度，以电机正向运转模式下的运动方向为正，以电机反向运转模式下的运动方向为负；
作为一种优选技术方案，所述的光强信息采集单元采集的接收光强信息与位置信息一一对应，表示在当前位置下的接收光强；
作为一种优选技术方案，所述的中央处理器一单元与中央处理器二单元之间通过通信电缆进行通信；
作为一种优选技术方案，所述的中央处理器一单元和中央处理器二单元通过I2C总线控制位置信息采集、电驱动和光强信息采集，并完成数据传输；
本发明设计的一种基于扫描方式的透射仪测量光路自动准直***与方法，改进了透射仪测量光路准直技术，可以实现透射仪测量光路的自动准直。具有较大测量光路准直范围，可以实现当透射仪测量光路出现较大偏差时的自动对准。改善透射仪测量性能的同时，降低了透射仪安装与维护的复杂性。相对于目前的透射仪测量光路准直技术，本发明设计的***和方法具有结构简单、准直效率高、速度快、可靠性高、易于实现，适用性强的优点。同时该***也可以作为透射式能见度仪光路对准的标定设备。
综上，通过建立并实施本发明的基于扫描方式的透射仪测量光路自动准直***与方法，能够实现透射仪测量光路高精度、高速度、自动化的准直，对突破透射仪发展的关键技术、实现透射仪市场产品的国产化，具有重要的意义。
上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。

Claims (10)

1.一种基于扫描方式的透射仪测量光路自动准直***，其特征在于，包括发射单元、光源控制单元、电机驱动一单元、电机驱动二单元、位置信息采集一单元、位置信息采集二单元、中央处理器一单元、接收单元、光强信息采集单元、电机驱动三单元、电机驱动四单元、位置信息采集三单元、位置信息采集四单元、中央处理器二单元和控制中央处理器一、二单元的主控单元；所述的发射单元包括LED光源和发射光学模块，为透射仪进行能见度测量和测量光路准直提供探测光束；所述的光源控制单元用来驱动发射单元中的LED光源，保证光源发光稳定性；所述的电机驱动一单元用来驱动发射单元进行水平方向的位置调整；所述的电机驱动二单元用来驱动发射单元进行垂直方向的位置调整；所述的位置信息采集一单元用来采集发射单元进行水平位置调整时的位置信息；所述的位置信息采集二单元用来采集发射单元进行垂直位置调整时的位置信息；所述的接收单元包括光电传感器模块和接收光学模块，用来将探测光束中经过一定基线长度大气传输后能被接收单元接收的部分光束进行光电转换；所述光强信息采集单元用来采集接收单元接收到的光强信息；所述的电机驱动三单元用来驱动接收单元进行水平方向的位置调整；所述的电机驱动四单元用来驱动接收单元进行垂直方向的位置调整；所述的位置信息采集三单元用来采集接收单元水平位置调整过程中的位置信息；所述的位置信息采集四单元用来采集接收单元垂直方向位置调整过程中位置信息；所述的中央处理器一单元用来存储发射单元位置信息,中央处理器一单元同时向中央处理器二单元发送采集光强信息命令、中央处理器二单元存储采集到的光强信息并传送，中央处理器一单元再根据采集到的光强信息和位置信息计算得到发射单元的准直位置；所述的中央处理器二单元用来存储接收单元位置信息和光强信息，并根据位置信息和光强信息计算接收单元的准直位置；所述的主控单元用来发送测量光路准直操作命令并控制中央处理器一、二单元并控制电机驱动一、二、三、四单元；，控制***工作。
2.基于扫描方式的透射仪测量光路自动准直的方法，利用发射单元和接收单元于两个相互垂直方向分别扫描得到的位置信息与光强信息计算得到发射单元和接收单元的准直位置，然后使得发射单元与接收单元分别定位到准直位置，从而实现测量光路的准直；其特征在于，按照顺序分别对发射单元与接收单元进行对准：每次进行准直时分别进行垂直方向和水平方向的扫描、准直位置计算和定位；所述的扫描是通过驱动电机使得发射单元或接收单元在垂直或水平方向上进行一定角度范围的位置旋转，同时记录位置信息和扫描过程中的光强信息；所述的准直位置计算是根据扫描过程中采集的位置信息与光强信息的关系得到发射单元或接收单元在某一方向上的准直位置；所述的定位是通过驱动电机使得发射单元或接收单元在某一方向上进行旋转运动到该方向上的准直位置；指接收单元光强信息最强的位置信息。
3.根据权利要求2所述的基于扫描方式的透射仪测量光路自动准直的方法，其特征是步骤如下：
步骤001.主控单元启动透射仪测量光路自动对准程序；
步骤002.主控单元发出指令，使中央处理器一单元与中央处理器二单元完成对准程序的初始化；
步骤003.光源控制单元驱动发射单元中的LED光源向接收单元发出探测光束；
步骤004.光强信息采集单元采集接收光强信息，将接收光强信息存储到中央处理器二单元，并由中央处理器二单元对接收光强信息进行判断；
步骤005.若步骤004采集到的接收光强为0，则向主控单元发出重新进行人工粗调的提示；
步骤006.若步骤004采集到的接收光强不为0，则接收单元进行自动对准，具体包括下面步骤：
步骤0061.接收单元进行水平方向扫描，具体包括下面步骤：
步骤00611.电机驱动三单元驱动电机反向运转，位置信息采集三单元开始采集接收单元水平位置信息，并将位置信息存储到中央处理器二单元，中央处理器二单元对存储的接收单元水平位置信息进行判断；
步骤00612.以电机的起始运转位置为0度，若步骤00611采集到的位置信息不为-0.2度，回到步骤00611；
步骤00613.若步骤00611采集到的位置信息值为-0.2度，电机驱动三单元驱动电机刹车，位置信息采集三单元停止位置信息采集；
步骤00614.电机驱动三单元驱动电机正转，位置信息采集三单元开始采集接收单元水平位置信息，同时光强信息采集单元开始采集接收光强信息，并将位置信息和光强信息存储到中央处理器二单元，中央处理器二单元对存储的接收单元水平位置信息进行判断；
步骤00615.若步骤00614采集到的位置信息值不为0.2度，回到步骤00614；
步骤00616.若步骤00614采集到的位置信息值为0.2度，电机驱动三单元驱动电机刹车，位置信息采集三单元停止位置信息采集，光强信息采集单元停止光强信息采集；
步骤0062.接收单元进行水平方向准直位置计算，计算过程如图3所示，具体包括下面步骤：
步骤00621.根据存储在中央处理器二单元中的位置信息与光强信息，由中央处理器二单元寻找接收光强的最大值W，并筛选出接收光强介于0.6W与0.4W之间的光强信息和与之对应的位置信息；
步骤00622.根据步骤00621筛选的位置信息与光强信息，由中央处理器二单元通过最小二乘法拟合出两条接收光强随位置变化的关系直线L1、L2；
步骤00623.将接收光强值0.5W分别作为步骤00622得到的两条拟合直线的接收光强值，有中央处理器二单元计算出相应的位置X1、X2；
步骤00624.根据步骤00623得到的两个位置X1、X2由中央处理器二单元计算得到接收单元水平方向准直位置，计算公式为：
步骤0063.接收单元进行水平方向定位，具体包括下面步骤：
步骤00631.电机驱动三单元驱动电机反转，位置信息采集三单元开始采集接收单元水平位置信息，并将位置信息存储到中央处理器二单元，中央处理器二单元对位置信息进行判断；
步骤00632.若位置信息的值大于步骤00624得到的准直位置X，回到步骤00631；
步骤00633.若位置信息的值小于或等于步骤00624得到的准直位置X，电机驱动三单元驱动电机刹车，位置信息采集三单元停止位置信息采集；
步骤0064.接收单元进行垂直方向扫描，具体步骤如下：
步骤00641.电机驱动四单元驱动电机反向运转，位置信息采集四单元开始采集接收单元水平位置信息，并将位置信息和光强信息存储到中央处理器二单元，中央处理器二单元对存储的接收单元水平位置信息进行判断；
步骤00642.以电机的起始运转位置为0度，若步骤00641采集到的位置信息不为-0.2度，回到步骤00641；
步骤00643.若步骤00641采集到的位置信息值为-0.2度，电机驱动四单元驱动电机刹车，位置信息采集四单元停止位置信息采集；
步骤00644.电机驱动四单元驱动电机正转，位置信息采集四单元开始采集接收单元水平位置信息，同时光强信息采集单元开始采集接收光强信息，并将位置信息存储到中央处理器二单元，中央处理器二单元对存储的接收单元水平位置信息进行判断；
步骤00645.若步骤00644采集到的位置信息值不为0.2度，回到步骤00644；
步骤00646.若步骤00644采集到的位置信息值为0.2度，电机驱动四单元驱动电机刹车，位置信息采集四单元停止位置信息采集，光强信息采集单元停止光强信息采集；
步骤0065.接收单元进行垂直方向准直位置计算，中央处理器二单元利用步骤0064采集到的垂直方向位置信息和光强信息进行垂直方向准直位置计算，计算过程与步骤00621-00624类似，得到的计算结果是接收单元垂直方向准直位置值；
步骤0066.接收单元进行垂直方向定位，具体包括下面步骤：
步骤00661.电机驱动四单元驱动电机反转，位置信息采集四单元开始采集接收单元垂直位置信息，并将位置信息存储到中央处理器二单元，中央处理器二单元对位置信息进行判断；
步骤00662.若位置信息的值大于步骤0065得到的准直位置值X，回到步骤00661；
步骤00633.若位置信息的值小于或等于步骤0065得到的准直位置值X，电机驱动四单元驱动电机刹车，位置信息采集四单元停止位置信息采集；
步骤007.接收单元自动对准完成，发射单元进行自动对准，具体包括下面步骤：
步骤0071.发射单元进行水平方向扫描，具体包括下面步骤：
步骤00711.电机驱动一单元驱动电机反向运转，位置信息采集一单元开始采集发射单元水平位置信息，并将位置信息存储到中央处理器一单元，中央处理器一单元对存储的发射单元水平位置信息进行判断；
步骤00712.以电机的起始运转位置为0度，若步骤00711采集到的位置信息不为-0.2度，回到步骤00711；
步骤00713.若步骤00711采集到的位置信息值为-0.2度，电机驱动一单元驱动电机刹车，位置信息采集一单元停止位置信息采集；
步骤00714.电机驱动一单元驱动电机正转，位置信息采集一单元开始采集发射单元水平位置信息，并将位置信息存储到中央处理器一单元；同时光强信息采集单元开始采集接收光强信息，并将光强信息发送至中央处理器一单元进行存储，中央处理器一单元对存储的发射单元水平位置信息进行判断；
步骤00715.若步骤00714采集到的位置信息值不为0.2度，回到步骤00714；
步骤00716.若步骤00714采集到的位置信息值为0.2度，电机驱动一单元驱动电机刹车，位置信息采集一单元停止位置信息采集，光强信息采集单元停止光强信息采集；
步骤0072.发射单元进行水平方向准直位置计算，中央处理器一单元利用步骤0071采集到的发射单元水平方向位置信息和光强信息进行发射单元水平方向准直位置计算，计算过程与步骤00621-00624类似，得到的计算结果是发射单元水平方向准直位置值；
步骤0073.发射单元进行水平方向定位，具体包括下面步骤：
步骤00731.电机驱动一单元驱动电机反转，位置信息采集一单元开始采集发射单元水平位置信息，并将位置信息存储到中央处理器一单元，中央处理器一单元对位置信息进行判断；
步骤00732.若位置信息的值大于步骤0072得到的准直位置值，回到步骤00731；
步骤00733.若位置信息的值小于或等于步骤0072得到的准直位置值，电机驱动一单元驱动电机刹车，位置信息采集一单元停止位置信息采集；
步骤0074.发射单元进行垂直方向扫描，具体步骤如下：
步骤00741.电机驱动二单元驱动电机反向运转，位置信息采集二单元开始采集发射单元垂直位置信息，并将位置信息存储到中央处理器一单元，中央处理器一单元对存储的发射单元垂直位置信息进行判断；
步骤00742.以电机的起始运转位置为0度，若步骤00741采集到的位置信息值不为-0.2度，回到步骤00741；
步骤00743.若步骤00741采集到的位置信息值为-0.2度，电机驱动二单元驱动电机刹车，位置信息采集二单元停止位置信息采集；
步骤00744.电机驱动二单元驱动电机正转，位置信息采集二单元开始采集发射单元垂直位置信息，并将位置信息存储到中央处理器一单元；同时光强信息采集单元开始采集接收光强信息，并将光强信息发送至中央处理器一单元进行存储，中央处理器一单元对存储的发射单元垂直位置信息进行判断；
步骤00745.若步骤00744采集到的位置信息值不为0.2度，回到步骤00744；
步骤00746.若步骤00744采集到的位置信息值为0.2度，电机驱动二单元驱动电机刹车，位置信息采集二单元停止位置信息采集，光强信息采集单元停止光强信息采集；
步骤0075.发射单元进行垂直方向准直位置计算，中央处理器一单元利用步骤0074采集到的发射单元垂直方向位置信息和光强信息进行发射单元垂直方向准直位置计算，计算过程与步骤00621-00624类似，得到的计算结果是发射单元垂直方向准直位置值；
步骤0076.发射单元进行垂直方向定位，具体包括下面步骤：
步骤00761.电机驱动二单元驱动电机反转，位置信息采集二单元开始采集发射单元垂直位置信息，并将位置信息存储到中央处理器一单元，中央处理器一单元对位置信息进行判断；
步骤00762.若位置信息的值大于步骤0075得到的准直位置值，回到步骤00761；
步骤00763.若位置信息的值小于或等于步骤0075得到的准直位置值，电机驱动二单元驱动电机刹车，位置信息采集二单元停止位置信息采集；
步骤008.主控单元提示透射仪测量光路对准完成。
4.根据权利要求1所述的一种基于扫描的透射仪测量光路自动准直***与方法，其特征在于，电机驱动单元驱动的电机为具有减速器的直流电机。
5.根据权利要求1所述的一种基于扫描的透射仪测量光路自动准直***与方法，其特征在于，所述的位置信息采集一单元、位置信息采集二单元、位置信息采集三单元、位置信息采集四单元将位置传感器与电机转轴相连，把测得的电机转轴旋转角度作为位置信息。
6.根据权利要求1所述的一种基于扫描的透射仪测量光路自动准直***与方法，其特征在于，所述的位置信息采集一单元、位置信息采集二单元、位置信息采集三单元、位置信息采集四单元采集位置信息时以开始对准时的位置为0度，以电机正向运转模式下的运动方向为正，以电机反向运转模式下的运动方向为负。
7.根据权利要求1所述的一种基于扫描的透射仪测量光路自动准直***与方法，其特征在于，所述的光强信息采集单元采集的接收光强信息与位置信息一一对应，表示在当前位置下的接收光强。
8.根据权利要求1所述的一种基于扫描的透射仪测量光路自动准直***与方法，其特征在于，中央处理器一单元与中央处理器二单元之间通过通信电缆进行通信。
9.根据权利要求1所述的一种基于扫描的透射仪测量光路自动准直***与方法，其特征在于，中央处理器单元通过I2C总线控制位置信息采集单元、电机驱动单元和光强信息采集单元，并完成数据传输。
10.根据权利要求1所述的一种基于扫描的透射仪测量光路自动准直***与方法，其特征在于，在透射仪测量光路的基础上实现发射单元和接收单元的对准，无需另外设计准直光路。
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