CN117074368A - 一种大气能见度测量仪、清洁度检测方法及测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明的清洁度检测光传感器位于测试光的光路之外，工作光源发出的测试光被光源端准直透镜表面的污染物颗粒散射，从而导致清洁度检测光传感器接收到被散射的测试光，通过清洁度检测光传感器接收到被散射的测试光的光照强度得到光源端准直透镜的清洁度；工作光传感器位于清洁度检测光的光路之外，清洁度检测光源发出的清洁度检测光被接收端透镜表面的污染物颗粒散射，从而导致工作光传感器接收到被散射的清洁度检测光，通过工作光传感器接收到被散射的清洁度检测光的光照强度得到接收端透镜的清洁度。有利于及时地、非现场地得到光源端准直透镜的清洁度和接收端透镜的清洁度，从而判断是否需要清洁或对大气能见度的检测结果进行补偿。

Description

一种大气能见度测量仪、清洁度检测方法及测量方法

技术领域

本发明涉及大气环境检测领域，尤其涉及一种散射式大气能见度测量仪。

背景技术

大气能见度(Visibility)，是反映大气透明度的一个指标。一般定义为具有正常视力的人在当时的天气条件下还能够看清楚目标轮廓的最大地面水平距离。散射式大气能见度测量仪是测量大气能见度的专用仪器，业内使用广泛的主要有透射式和散射式两种。散射式大气能见度测量仪的原理是由光源发出的光经空气散射后，由传感器采集散射光的强度，经过计算得到大气能见度。

由于散射式大气能见度测量仪工作环境为户外，长期处于大气环境中，光源端和传感器端的镜头表面均有可能粘附有污染物颗粒，这些污染物颗粒会对测试光进行散射，导致传感器接收的测试光偏弱，如果无法及时发现这种情况，仍然使用原方法计算大气能见度，将造成仪器对大气能见度测量不准。

发明内容

本发明公开了一种散射式大气能见度测量仪，解决了现有技术中无法及时发现污染物颗粒粘附在散射式大气能见度测量仪镜头的问题。

一种大气能见度测量仪，包括用于发出测试光的工作光源和用于接收测试光的工作光传感器，以及用于将工作光源发出的测试光转换为平行光的光源端准直透镜和用于将测试光向光传感器汇聚的接收端透镜，光传感器位于光源端准直透镜的光轴之外，还包括清洁度检测光源和清洁度检测光传感器，

进行清洁度检测时，在光源端准直透镜上有污染物颗粒的情况下，工作光源发出的测试光被污染物颗粒散射，从而导致清洁度检测光传感器接收到被散射的测试光；

进行清洁度检测时，清洁度检测光源发出清洁度检测光，在接收端透镜上有污染物颗粒的情况下，清洁度检测光源发出的清洁度检测光被污染物颗粒散射，从而导致工作光传感器接收到被散射的清洁度检测光。

进一步，清洁度检测光传感器和工作光源位于光源端准直透镜的同一侧。

进一步，清洁度检测光源与工作光传感器位于接收端透镜的同一侧。

进一步，清洁度检测光传感器和工作光源位于光源端准直透镜的两侧。清洁度检测光源与工作光传感器位于接收端透镜的两侧。

进一步，光源端准直透镜的光轴与接收端透镜的光轴夹角范围为10-60度。

散射式大气能见度测量仪清洁度检测方法，

工作光源发出测试光，检测清洁度检测光传感器接收到测试光的强度，通过清洁度检测光传感器接收到测试光的强度获得光源端准直透镜的清洁度；

清洁度检测光源发出清洁度检测光，检测工作光传感器接收到测试光的强度，通过工作光传感器接收到测试光的强度获得接收端透镜的清洁度。

进一步，通过清洁度检测光传感器接收到测试光的强度获得光源端准直透镜的清洁度包括：

比较清洁度检测光传感器接收到测试光的强度与第一预设阈值，如果清洁度检测光传感器接收到测试光的强度大于第一预设阈值则光源端准直透镜的清洁度低，否则光源端准直透镜的清洁度高。

通过工作光传感器接收到测试光的强度获得接收端透镜的清洁度包括：

比较工作光传感器接收到测试光的强度与第二预设阈值，如果工作光传感器接收到测试光的强度大于第二预设阈值则接收端透镜的清洁度低，否则接收端透镜的清洁度高。

进一步，通过清洁度检测光传感器接收到测试光的强度获得光源端准直透镜的清洁度包括：

查表获得清洁度检测光传感器接收到测试光的强度对应的光源端准直透镜的清洁度；

通过工作光传感器接收到测试光的强度获得接收端透镜的清洁度包括：

查表获得工作光传感器接收到测试光的强度对应的接收端透镜的清洁度。

大气能见度测量方法，

工作光源发出光照强度为Lx0的测试光，

检测工作光传感器接收到测试光的强度Lx1，

检测清洁度检测光传感器接收到测试光的强度Lx2；

清洁度检测光源发出光照强度为Lx3的清洁度检测光，

检测工作光传感器接收到测试光的强度Lx4，

通过补偿曲线获得（Lx1，Lx2，Lx4）对应的大气能见度。

进一步，还包括

通过清洁度检测光传感器接收到测试光的强度Lx2获得光源端准直透镜的清洁度；

通过工作光传感器接收到测试光的强度Lx4获得接收端透镜的清洁度；

根据光源端准直透镜的清洁度和接收端透镜的清洁度判断是否通过补偿曲线获得（Lx1，Lx2，Lx4）对应的大气能见度。

进一步，根据光源端准直透镜的清洁度和接收端透镜的清洁度判断是否通过补偿曲线获得（Lx1，Lx2，Lx4）对应的大气能见度包括：

当光源端准直透镜的清洁度大于第三预设阈值且接收端透镜的清洁度大于第四预设阈值时，通过经典曲线获得Lx1对应的大气能见度；

当光源端准直透镜的清洁度小于第三预设阈值或接收端透镜的清洁度小于第四预设阈值时，通过补偿曲线获得（Lx1，Lx2，Lx4）对应的大气能见度。

从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：

本发明的清洁度检测光传感器位于测试光的光路之外，正常情况下不会接收到测试光，但工作光源发出的测试光被光源端准直透镜表面的污染物颗粒散射，从而导致清洁度检测光传感器接收到被散射的测试光，通过清洁度检测光传感器接收到被散射的测试光的光照强度得到光源端准直透镜的清洁度；工作光传感器位于清洁度检测光的光路之外，正常情况下不会接收到清洁度检测光，但清洁度检测光源发出的清洁度检测光被接收端透镜表面的污染物颗粒散射，从而导致工作光传感器接收到被散射的清洁度检测光，通过工作光传感器接收到被散射的清洁度检测光的光照强度得到接收端透镜的清洁度。有利于及时地、非现场地得到光源端准直透镜的清洁度和接收端透镜的清洁度，从而判断是否需要清洁或对大气能见度的检测结果进行补偿。

附图说明

为了在所有附图中进行说明，附图不一定是按比例绘制的，并且类似结构或功能的元素通常可以由相似的附图标记或其部分表示。附图仅用于方便描述本文描述的各种实施例。附图不描述本文公开的教导的每个方面，并且不限制权利要求的范围。为了防止附图变得模糊，可能不是所有的组件、连接等都被显示，并且可能不是所有的组件都具有附图标记。然而，组件配置的模式可以从附图中容易地看出。附图结合说明书示出本公开的示例实施例，并且结合具体实施方式用于解释本公开的原理。

图1示出现有技术中散射式大气能见度测量仪结构示意图；

图2示出本发明立体图；

图3示出本发明主视图；

图4示出本发明原理图；

图5示出本发明实施例6光源端准直透镜的清洁度的检测步骤；

图6示出本发明实施例6接收端透镜的清洁度的检测步骤；

图7示出本发明实施例9大气能见度测量方法。

1. 工作光源，2. 工作光传感器，3. 光源端准直透镜，4. 接收端透镜，5. 清洁度检测光传感器，6. 清洁度检测光源。

实施方式

实施例1

一种散射式大气能见度测量仪，其工作光源1及工作光源1的驱动电路位于发射端机壳内，工作光传感器2及数据处理电路位于接收端机壳内。工作光源1-红外LED（红外发光二极管）发出测试光（中心波长870nm的红外光），测试光经光源端准直透镜3（平凸透镜）后为平行测试光，光源端准直透镜3的光轴与接收端透镜4的光轴之间夹角为145°，平行测试光直射时接收端透镜4（平凸透镜）位于平行测试光的光路之外，平行测试光经大气散射后，部分入射接收端透镜4，经接收端透镜4折射后入射工作光传感器2（硅光二极管），工作光传感器2将接收的光信号转换为电信号，此电信号经过数据处理电路处理，具体经高精度、稳定放大电路，并同步被接收端A/D转换器转换为数字型号，经单片机取样和计算后得到大气能见度当前值。

发射端机壳内设有清洁度检测光传感器5（硅光二极管），清洁度检测光传感器5与工作光源1位于光源端准直透镜3的同一侧，进行清洁度检测时，在光源端准直透镜3上有污染物颗粒的情况下，工作光源1发出的测试光被污染物颗粒散射，从而导致清洁度检测光传感器5接收到被散射的测试光；

接收端机壳内设有清洁度检测光源6（红外LED），清洁度检测光源6与工作光传感器2位于接收端透镜4的同一侧，进行清洁度检测时，清洁度检测光源6发出清洁度检测光，在接收端透镜4上有污染物颗粒的情况下，清洁度检测光源6发出的清洁度检测光被污染物颗粒散射，从而导致工作光传感器2接收到被散射的清洁度检测光。

实施例2

本实施例与实施例1的区别在于，清洁度检测光传感器5与工作光源1分别位于光源端准直透镜3的两侧。

实施例3

本实施例与实施例1的区别在于，清洁度检测光源6与工作光传感器2分别位于接收端透镜4的两侧。

实施例4

本实施例与实施例1的区别在于，光源端准直透镜3的光轴与接收端透镜4的光轴之间夹角为170°。

实施例5

本实施例与实施例1的区别在于，光源端准直透镜3的光轴与接收端透镜4的光轴之间夹角为120°

实施例6

散射式大气能见度测量仪清洁度检测方法，包括工作光源1发出测试光，检测清洁度检测光传感器5接收到测试光的强度，查表获得清洁度检测光传感器5接收到测试光的强度对应的光源端准直透镜3的清洁度；

清洁度检测光源6发出清洁度检测光，检测工作光传感器2接收到测试光的强度，查表获得工作光传感器2接收到测试光的强度对应的接收端透镜4的清洁度。

查表即通过实验的方法获得多组清洁度检测光传感器5接收的测试光的光照强度与光源端准直透镜3的清洁度对应的数据1，以及多组工作光传感器2接收的测试光的光照强度与接收端透镜4的清洁度对应的数据2。并将数据1和数据2预存在数据处理电路中。清洁度检测中将实际测得的清洁度检测光传感器5接收的测试光的光照强度与预存在数据处理电路中的数据1对比，数据1中与实际测得的清洁度检测光传感器5接收的测试光的光照强度最接近的测试光的光照强度对应的光源端准直透镜3的清洁度即为测得的光源端准直透镜3的清洁度；将实际测得的工作光传感器2接收的测试光的光照强度与预存在数据处理电路中的数据2对比，数据2中与实际测得的工作光传感器2接收的测试光的光照强度最接近的测试光的光照强度对应的接收端透镜4的清洁度即为测得的接收端透镜4的清洁度。

实施例7

本实施例与实施例6的区别在于，通过清洁度检测光传感器5接收到测试光的强度获得光源端准直透镜3的清洁度和接收端透镜4的清洁度的方法为：通过实验的方法获得多组清洁度检测光传感器5接收的测试光的光照强度与光源端准直透镜3的清洁度对应的数据，以及多组工作光传感器2接收的测试光的光照强度与接收端透镜4的清洁度对应的数据。通过多组清洁度检测光传感器5接收的测试光的光照强度与光源端准直透镜3的清洁度对应的数据以及多组工作光传感器2接收的测试光的光照强度与接收端透镜4的清洁度对应的数据分别拟合出表征清洁度检测光传感器5接收的测试光的光照强度与光源端准直透镜3的清洁度对应关系的曲线1以及表征工作光传感器2接收的测试光的光照强度与接收端透镜4的清洁度对应关系的曲线2，将曲线1与曲线2预存于数据处理电路，清洁度检测中将实际测得的清洁度检测光传感器5接收的测试光的光照强度与预存在数据处理电路中的曲线1对比，得到光源端准直透镜3的清洁度；将实际测得的工作光传感器2接收的测试光的光照强度与预存在数据处理电路中的曲线2对比，得到接收端透镜4的清洁度。

实施例8

本实施例与实施例6的区别在于，通过清洁度检测光传感器5接收到测试光的强度获得光源端准直透镜3的清洁度的方法为：比较清洁度检测光传感器5接收到测试光的强度与第一预设阈值，如果清洁度检测光传感器5接收到测试光的强度大于第一预设阈值则光源端准直透镜3的清洁度低，否则光源端准直透镜3的清洁度高；

通过工作光传感器2接收到测试光的强度获得接收端透镜4的清洁度的方法为：比较工作光传感器2接收到测试光的强度与第二预设阈值，如果工作光传感器2接收到测试光的强度大于第二预设阈值则接收端透镜4的清洁度低，否则接收端透镜4的清洁度高。

实施例9

大气能见度测量方法，包括

（1）工作光源1发出光照强度为Lx0的测试光时：

检测工作光传感器2接收到测试光的强度Lx1，

检测清洁度检测光传感器5接收到测试光的强度Lx2；

（2）清洁度检测光源6发出光照强度为Lx3的清洁度检测光时：

检测工作光传感器2接收到测试光的强度Lx4，

通过清洁度检测光传感器5接收到测试光的强度Lx2获得光源端准直透镜3的清洁度；

通过工作光传感器2接收到测试光的强度Lx4获得接收端透镜4的清洁度；

当光源端准直透镜3的清洁度大于第三预设阈值且接收端透镜4的清洁度大于第四预设阈值时，通过经典曲线获得Lx1对应的大气能见度：通过实验法获得多组大气能见度与工作光传感器2接收到测试光的强度Lx1的对应数据，根据该对应数据拟合经典曲线，获得实际测得的工作光传感器2接收到测试光的强度Lx1对应的大气能见度，即实际大气能见度。通过实验法获得多组大气能见度与工作光传感器2接收到测试光的强度Lx1的对应数据即使用本发明的大气能见度测量仪和一标准大气能见度测量仪同时检测同一空气的大气能见度，标准大气能见度测量仪的测量值视为实际大气能见度，将本发明的大气能见度测量仪工作光传感器2接收到测试光的强度Lx1与实际大气能见度对应。

当光源端准直透镜3的清洁度小于第三预设阈值或接收端透镜4的清洁度小于第四预设阈值时，通过补偿曲线获得（Lx1，Lx2，Lx4）对应的大气能见度：通过实验法获得多组大气能见度与（Lx1，Lx2，Lx4）的对应数据，根据该对应数据拟合补偿曲线，获得实际测得的（Lx1，Lx2，Lx4）对应的大气能见度，即实际大气能见度。

实施例10

本实施例与实施例9的区别在于，当光源端准直透镜3的清洁度小于第三预设阈值 或接收端透镜4的清洁度小于第四预设阈值时，通过公式

获得实际大气能见度L,其中为依据经典曲线及实际测得的工作光 传感器2接收到测试光的强度Lx1获得的理想大气能见度，为依据实际测得的 清洁度检测光传感器5接收的测试光的光照强度Lx2与预存在数据处理电路中的曲线1获得 的光源端准直透镜3的清洁度，为依据实际测得的工作光传感器2接收的测试 光的光照强度Lx4与预存在数据处理电路中的曲线2获得的接收端透镜4的清洁度，和通过实验法获得。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

如无特殊说明，本说明书中的科技术语的含义与本领域技术人员一般理解的含义相同，但如有冲突，则以本说明书中的定义为准。

本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”“第四”等（如果存在）是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种大气能见度测量仪，包括用于发出测试光的工作光源和用于接收测试光的工作光传感器，以及用于将所述工作光源发出的测试光转换为平行光的光源端准直透镜和用于将测试光向所述光传感器汇聚的接收端透镜，其特征在于，还包括清洁度检测光源和清洁度检测光传感器，

进行清洁度检测时，在所述光源端准直透镜上有污染物颗粒的情况下，所述工作光源发出的测试光被所述污染物颗粒散射，从而导致所述清洁度检测光传感器接收到被散射的测试光；

进行清洁度检测时，所述清洁度检测光源发出清洁度检测光，在所述接收端透镜上有污染物颗粒的情况下，所述清洁度检测光源发出的清洁度检测光被所述污染物颗粒散射，从而导致所述工作光传感器接收到被散射的清洁度检测光。

2.根据权利要求1所述的大气能见度测量仪，其特征在于，所述清洁度检测光传感器和所述工作光源位于所述光源端准直透镜的同一侧。

3.根据权利要求1或2所述的大气能见度测量仪，其特征在于，所述清洁度检测光源与所述工作光传感器位于所述接收端透镜的同一侧。

4.根据权利要求1所述的大气能见度测量仪，其特征在于，所述光源端准直透镜的光轴与所述接收端透镜的光轴夹角范围为10-60度。

5.散射式大气能见度测量仪清洁度检测方法，其特征在于，

工作光源发出测试光，检测清洁度检测光传感器接收到测试光的强度，通过清洁度检测光传感器接收到测试光的强度获得光源端准直透镜的清洁度；

清洁度检测光源发出清洁度检测光，检测工作光传感器接收到测试光的强度，通过工作光传感器接收到测试光的强度获得接收端透镜的清洁度。

6.根据权利要求5所述的散射式大气能见度测量仪清洁度检测方法，其特征在于，所述通过清洁度检测光传感器接收到测试光的强度获得光源端准直透镜的清洁度包括：

比较清洁度检测光传感器接收到测试光的强度与第一预设阈值，如果清洁度检测光传感器接收到测试光的强度大于所述第一预设阈值则所述光源端准直透镜的清洁度低，否则所述光源端准直透镜的清洁度高；

所述通过工作光传感器接收到测试光的强度获得接收端透镜的清洁度包括：

比较工作光传感器接收到测试光的强度与第二预设阈值，如果工作光传感器接收到测试光的强度大于所述第二预设阈值则所述接收端透镜的清洁度低，否则所述接收端透镜的清洁度高。

7.根据权利要求5所述的散射式大气能见度测量仪清洁度检测方法，其特征在于，所述通过清洁度检测光传感器接收到测试光的强度获得光源端准直透镜的清洁度包括：

查表获得所述清洁度检测光传感器接收到测试光的强度对应的所述光源端准直透镜的清洁度；

所述通过工作光传感器接收到测试光的强度获得接收端透镜的清洁度包括：

查表获得所述工作光传感器接收到测试光的强度对应的所述接收端透镜的清洁度。

8.大气能见度测量方法，其特征在于，

工作光源发出光照强度为Lx0的测试光时，

检测工作光传感器接收到测试光的强度Lx1，

检测清洁度检测光传感器接收到测试光的强度Lx2；

清洁度检测光源发出光照强度为Lx3的清洁度检测光时，

检测工作光传感器接收到测试光的强度Lx4，

通过补偿曲线获得（Lx1，Lx2，Lx4）对应的大气能见度。

9.根据权利要求8所述的大气能见度测量方法，其特征在于，还包括

通过清洁度检测光传感器接收到测试光的强度Lx2获得光源端准直透镜的清洁度；

通过工作光传感器接收到测试光的强度Lx4获得接收端透镜的清洁度；

根据光源端准直透镜的清洁度和接收端透镜的清洁度判断是否通过所述补偿曲线获得（Lx1，Lx2，Lx4）对应的大气能见度。

10.根据权利要求9所述的大气能见度测量方法，其特征在于，所述根据光源端准直透镜的清洁度和接收端透镜的清洁度判断是否通过所述补偿曲线获得（Lx1，Lx2，Lx4）对应的大气能见度包括：

当光源端准直透镜的清洁度大于第三预设阈值且接收端透镜的清洁度大于第四预设阈值时，通过经典曲线获得Lx1对应的大气能见度；

当光源端准直透镜的清洁度小于第三预设阈值或接收端透镜的清洁度小于第四预设阈值时，通过所述补偿曲线获得（Lx1，Lx2，Lx4）对应的大气能见度。