專利名稱：一種基于白光的前向散射式能見度儀及其能見度測量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于大氣科學(xué)領(lǐng)域，具體涉及一種基于白光的前向散射式能見度儀及其能見度測量方法。
背景技術(shù)：
能見度的觀測一直是天氣觀測中重要的組成部分，和人們的日常生活息息相關(guān)。 它在環(huán)境、航海、航空以及其他建設(shè)和交通運輸領(lǐng)域起著尤為重要的作用。機場和高速公路附近能見度的測量，是一個急需解決的問題。特別是在能見度較低的情況下，能見度測量的不準(zhǔn)確性有可能導(dǎo)致嚴(yán)重的事故。如何提高能見度觀測的準(zhǔn)確性，是亟待解決的問題。目前常見的能見度儀有透射式能見度儀和前向散射式能見度儀，由于透射式能見度儀需要較長的光學(xué)路徑(50米)，在應(yīng)用中受到較多限制，而前向散射式能見度儀占用空間小，使用方便，在氣象、交通等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。一般氣象上所用的能見度測量儀器都是基于著名的柯什密特(Koschmieder)能見度公式L = 3. 91/ ο，由測得的消光系數(shù)σ計算出能見度L的值。目前廣泛使用的前向散射式能見度儀，通常采用紅外光作為照射光源，通過測量光源照射偏正前方約33度方向的散射光強，然后推算出消光系數(shù)ο，從而計算大氣能見度 L0用紅外光作為發(fā)射光源，可以避開太陽和大氣的直射散射光對能見度測量的影響，有一定的優(yōu)越性。然而，一方面，能見度畢竟是表征視力正常的人所能看到的最遠(yuǎn)距離， 而人眼最敏感的頻率在可見光波段，采用單色紅外光測量能見度顯然不合理；另一方面，在紅外，霧和霾的散射消光比遠(yuǎn)小于在可見光波段，給區(qū)分霧與霾帶來困難，導(dǎo)致在如沙塵暴等極端天氣時出現(xiàn)較大測量誤差。

發(fā)明內(nèi)容
針對以上現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，提出本發(fā)明。本發(fā)明的一個目的在于提出一種基于白光的前向散射式能見度儀。本發(fā)明的基于白光的前向散射式能見度儀包括發(fā)射光源、光接收機和與光接收機相連接的能見度計算單元，發(fā)射光源發(fā)出白光；在發(fā)射光源前安裝調(diào)制器，調(diào)制器周期性的遮擋從發(fā)射光源發(fā)出的白光，將白光調(diào)制成閃爍光；光接收機為白光接收機。調(diào)制器采用普通旋轉(zhuǎn)電機，風(fēng)扇葉片做成一半遮光一半透光，在旋轉(zhuǎn)時形成開閉兩種狀態(tài)，從而將白光調(diào)制成閃爍光。白光接收機采用白光光敏二極管。白天測量能見度，散射光中除了大氣對發(fā)射光源的散射，同時存在太陽光等背景光的散射，從而導(dǎo)致測量能見度不準(zhǔn)確。白光接收機設(shè)置兩個信號通道，將接收到的信號分成無遮擋信號和遮擋信號，并將無遮擋信號與遮擋信號相減得到大氣采樣體的散射信號， 從而消除了背景光對能見度測量的影響
能見度計算單元根據(jù)散射信號計算能見度。本發(fā)明的另一個目的在于提出一種基于白光的前向散射式能見度儀的能見度測
量方法。本發(fā)明的能見度測量方法包括以下步驟1)在發(fā)射光源前安裝調(diào)制器；2)發(fā)射光源發(fā)出白光，調(diào)制器周期性的遮擋從發(fā)射光源發(fā)出的白光，將白光調(diào)制成閃爍光；3)白光接收機將接收到的信號分成無遮擋信號和遮擋信號，并將無遮擋信號與遮擋信號相減得到大氣采樣體的散射信號；4)能見度計算單元根據(jù)散射信號計算能見度。本發(fā)明的有益效果本發(fā)明的基于白光的前向散射式能見度儀采用在可見光波段的白光作為測量能見度的光源，相應(yīng)地，光接收機選用可見光波段的光敏二極管，采用人眼敏感的在可見光波段的白光作為光源，測量能見度更為合理，而且提高了霧和霾的散射消光比，從而減小了測量誤差；并且在發(fā)射光源前增加一個調(diào)制器，將白光調(diào)制成閃爍光，白光接收機將接收到的兩個信號相減，從而消除了背景光對能見度測量的影響，提高了能見度的測量精度。


圖1為本發(fā)明的基于白光的前向散射式能見度儀的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明的基于白光的前向散射式能見度儀的功能框圖。
具體實施例方式下面結(jié)合說明書附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的實施方式。如圖1所示，本發(fā)明的基于白光的前向散射式能見度儀包括發(fā)射光源1、光接收機 2和與光接收機2相連接的能見度計算單元3，發(fā)射光源1發(fā)出白光，在發(fā)射光源1前安裝調(diào)制器4，調(diào)制器4周期性的遮擋從發(fā)射光源發(fā)出的白光，將白光調(diào)制成閃爍光，光接收機2 為白光接收機。發(fā)射光源1選用大功率白色燈泡，從而發(fā)出白光。調(diào)制器4采用普通旋轉(zhuǎn)電機，風(fēng)扇葉片做成一半遮光一半透光，在旋轉(zhuǎn)時形成開閉兩種狀態(tài)，從而將白光調(diào)制成閃爍光。白光接收機2采用白光光敏二極管。白光接收機設(shè)置兩個信號通道，將接收到的信號分成無遮擋信號和遮擋信號，并將無遮擋信號與遮擋信號相減得到大氣采樣體5的散射信號。散射信號傳輸至能見度計算單元3，能見度計算單元3根據(jù)散射信號計算能見度。圖2給出了本發(fā)明的能見度儀的功能框圖，發(fā)射光源1發(fā)出的白光，經(jīng)調(diào)制器4調(diào)制后，成為閃爍光，照射到大氣采樣體5上。由于白天大氣采樣體5同時受到太陽光照射，當(dāng)發(fā)射光源1發(fā)出的白光未被調(diào)制器4遮擋時，白光接收機2接收到的信號為無遮擋信號，信號中除了有發(fā)射光源的白光照射形成的散射信號，還包括了太陽光照射形成的散射信號； 當(dāng)發(fā)射光源1被調(diào)制器4遮擋時，白光接收機2接收到的信號為遮擋信號，信號中只有太陽光照射形成的散射信號，無遮擋信號與遮擋信號的差就是大氣采樣體5經(jīng)白光照射產(chǎn)生的散射信號，從而計算能見度。 最后需要注意的是，公布實施方式的目的在于幫助進(jìn)一步理解本發(fā)明，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解在不脫離本發(fā)明及所附的權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi)，各種替換和修改都是可能的。因此，本發(fā)明不應(yīng)局限于實施例所公開的內(nèi)容，本發(fā)明要求保護(hù)的范圍以權(quán)利要求書界定的范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種基于白光的前向散射式能見度儀，所述能見度儀包括發(fā)射光源(1)、光接收機 (2)和與光接收機( 相連接的能見度計算單元(3)，其特征在于，發(fā)射光源(1)發(fā)出白光； 在發(fā)射光源(1)前安裝調(diào)制器G)，調(diào)制器(4)周期性的遮擋從發(fā)射光源發(fā)出的白光，將白光調(diào)制成閃爍光；光接收機( 為白光接收機。
2.如權(quán)利要求1所述的能見度儀，其特征在于，所述發(fā)射光源(1)選用大功率白色燈泡。
3.如權(quán)利要求1所述的能見度儀，其特征在于，所述調(diào)制器(4)采用普通旋轉(zhuǎn)電機，風(fēng)扇葉片做成一半遮光一半透光，在旋轉(zhuǎn)時形成開閉兩種狀態(tài)，從而將白光調(diào)制成閃爍光。
4.如權(quán)利要求1所述的能見度儀，其特征在于，所述白光接收機(2)采用白光光敏二極管。
5.如權(quán)利要求1所述的能見度儀，其特征在于，所述白光接收機(2)設(shè)置兩個信號通道，將接收到的信號分成無遮擋信號和遮擋信號，并將無遮擋信號與遮擋信號相減得到大氣采樣體(5)的散射信號。
6.一種能見度測量方法，其特征在于，利用權(quán)力要求1的能見度儀測量能見度包括以下步驟1)在發(fā)射光源前安裝調(diào)制器；2)發(fā)射光源發(fā)出白光，調(diào)制器周期性的遮擋從發(fā)射光源發(fā)出的白光，將白光調(diào)制成閃爍光；3)白光接收機將接收到的信號分成無遮擋信號和遮擋信號，并將無遮擋信號與遮擋信號相減得到大氣采樣體的散射信號；4)能見度計算單元根據(jù)散射信號計算能見度。
7.如權(quán)利要求6所述的測量方法，其特征在于，所述發(fā)射光源選用大功率白色燈泡。
8.如權(quán)利要求6所述的測量方法，其特征在于，所述調(diào)制器采用普通旋轉(zhuǎn)電機，風(fēng)扇葉片做成一半遮光一半透光，在旋轉(zhuǎn)時形成開閉兩種狀態(tài)，從而將白光調(diào)制成閃爍光。
9.如權(quán)利要求6所述的測量方法，其特征在于，所述白光接收機采用白光光敏二極管。
10.如權(quán)利要求6所述的測量方法，其特征在于，所述白光接收機設(shè)置兩個信號通道。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于白光的前向散射式能見度儀及其能見度測量方法。本發(fā)明的能見度儀包括發(fā)射光源、光接收機和能見度計算單元，發(fā)射光源發(fā)出白光，在發(fā)射光源前安裝調(diào)制器，調(diào)制器周期性的遮擋從發(fā)射光源發(fā)出的白光，將白光調(diào)制成閃爍光，光接收機為白光接收機。本發(fā)明的能見度儀采用在可見光波段的白光作為測量能見度的光源，相應(yīng)地，光接收機選用可見光波段的光敏二極管，測量能見度更為合理，而且提高了霧和霾的散射消光比，從而減小了測量誤差；并且在發(fā)射光源前增加一個調(diào)制器，將白光調(diào)制成閃爍光，白光接收機將接收到的兩個信號相減，從而消除了背景光對能見度測量的影響，提高了能見度的測量精度。
文檔編號G01N21/53GK102539386SQ20121000472
公開日2012年7月4日 申請日期2012年1月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月9日
發(fā)明者何平, 劉曉陽, 杜金林 申請人:北京大學(xué)