一種基于掃描方式的透射儀測量光路自動準(zhǔn)直系統(tǒng)與方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種透射儀光學(xué)對準(zhǔn)方法，尤其是基于掃描方式的透射儀測量光路自 動準(zhǔn)直系統(tǒng)與方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 能見度是氣象觀測的重要要素之一，用于了解大氣穩(wěn)定性，判定氣團(tuán)性質(zhì)。能見度 根據(jù)目標(biāo)物之間的亮度對比或目標(biāo)物能否被看見，用一個(gè)距離上的概念描述大氣的可見 度，它的準(zhǔn)確監(jiān)測對于氣象、交通、民航和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)都有著重要的指導(dǎo)意義。目前世界上普 遍使用的能見度儀有透射式能見度儀，散射式能見度儀和激光雷達(dá)能見度儀。透射式能見 度儀又稱透射計(jì)或透射表，分為雙端式和單端式，通過測量大氣透過率來獲取能見度值。雙 端式透射儀在工作時(shí)，用光發(fā)射器照射被測樣本，接收器測量衰減后的光輻射，通過大氣樣 本透過率來計(jì)算能見度值。透射式能見度儀的優(yōu)點(diǎn)在于不用對大氣作任何假設(shè)以探測大氣 透過率或消光系數(shù)，其采樣體積大，測量精度高。由于透射儀測量精度高，已廣泛應(yīng)用于機(jī) 場跑道能見度測量，但我國目前還沒有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的透射儀和相關(guān)的標(biāo)定設(shè)備，使 用的大多是芬蘭Visala公司的產(chǎn)品。雖然透射儀精度高，但也有其局限性，當(dāng)大氣能見度較 大時(shí)，其探測結(jié)果對光源的標(biāo)定誤差、透射光的探測誤差和鏡頭的污染非常敏感，并且需要 較長的基線，占地面積大。因此，在雙端式透射儀進(jìn)行安裝時(shí)，都要進(jìn)行人工初步對準(zhǔn)，主要 通過在能見度測量過程中補(bǔ)償由于測量光路準(zhǔn)直偏差造成的能見度測量誤差。在儀器進(jìn)行 能見度測量之前，通過不斷尋找使得接收端能量最大的位置作為測量光路的準(zhǔn)直位置。該 過程較為復(fù)雜，時(shí)間較長。然而在沒有配套的標(biāo)定設(shè)備情況下，只能依賴間隔一段時(shí)間后再 次進(jìn)行人工對準(zhǔn)，其結(jié)果是導(dǎo)致在下次未人工對準(zhǔn)時(shí)，由于外界環(huán)境變化以及儀器振動等 引起的光路收發(fā)不一致進(jìn)而導(dǎo)致探測精度下降。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 針對上述技術(shù)問題，本發(fā)明的目的是，改進(jìn)透射儀測量光路準(zhǔn)直方法，提供一種準(zhǔn) 直過程自動化、準(zhǔn)直精度高、準(zhǔn)直時(shí)間短、易于在透射儀測量系統(tǒng)中應(yīng)用的透射儀測量光路 準(zhǔn)直系統(tǒng)與方法。
[0004] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：一種基于掃描方式的透射儀測 量光路自動準(zhǔn)直系統(tǒng)，其特征在于，包括發(fā)射單元、光源控制單元、電機(jī)驅(qū)動一單元、電機(jī)驅(qū) 動二單元、位置信息采集一單元、位置信息采集二單元、中央處理器一單元、接收單元、光強(qiáng) 信息采集單元、電機(jī)驅(qū)動三單元、電機(jī)驅(qū)動四單元、位置信息采集三單元、位置信息采集四 單元、中央處理器二單元和控制中央處理器一、二單元的主控單元；所述的發(fā)射單元包括 LED光源和發(fā)射光學(xué)模塊，為透射儀進(jìn)行能見度測量和測量光路準(zhǔn)直提供探測光束;所述的 光源控制單元用來驅(qū)動發(fā)射單元中的LED光源，保證光源發(fā)光穩(wěn)定性;所述的電機(jī)驅(qū)動一單 元用來驅(qū)動發(fā)射單元進(jìn)行水平方向的位置調(diào)整;所述的電機(jī)驅(qū)動二單元用來驅(qū)動發(fā)射單元 進(jìn)行垂直方向的位置調(diào)整;所述的位置信息采集一單元用來采集發(fā)射單元進(jìn)行水平位置調(diào) 整時(shí)的位置信息;所述的位置信息采集二單元用來采集發(fā)射單元進(jìn)行垂直位置調(diào)整時(shí)的位 置信息;所述的接收單元包括光電傳感器模塊和接收光學(xué)模塊，用來將探測光束中經(jīng)過一 定基線長度大氣傳輸后能被接收單元接收的部分光束進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換;所述光強(qiáng)信息采集單 元用來采集接收單元接收到的光強(qiáng)信息;所述的電機(jī)驅(qū)動三單元用來驅(qū)動接收單元進(jìn)行水 平方向的位置調(diào)整;所述的電機(jī)驅(qū)動四單元用來驅(qū)動接收單元進(jìn)行垂直方向的位置調(diào)整； 所述的位置信息采集三單元用來采集接收單元水平位置調(diào)整過程中的位置信息;所述的位 置信息采集四單元用來采集接收單元垂直方向位置調(diào)整過程中位置信息;所述的中央處理 器一單元用來存儲發(fā)射單元位置信息，中央處理器一單元同時(shí)向中央處理器二單元發(fā)送采 集光強(qiáng)信息命令、中央處理器二單元存儲采集到的光強(qiáng)信息并傳送，中央處理器一單元再 根據(jù)采集到的光強(qiáng)信息和位置信息計(jì)算得到發(fā)射單元的準(zhǔn)直位置;所述的中央處理器二單 元用來存儲接收單元位置信息和光強(qiáng)信息，并根據(jù)位置信息和光強(qiáng)信息計(jì)算接收單元的準(zhǔn) 直位置;所述的主控單元用來發(fā)送測量光路準(zhǔn)直操作命令并控制中央處理器一、二單元并 控制電機(jī)驅(qū)動一、二、三、四單元；，控制系統(tǒng)工作；
[0005] 進(jìn)一步，基于掃描方式的透射儀測量光路自動準(zhǔn)直的方法，利用發(fā)射單元和接收 單元于兩個(gè)相互垂直方向分別掃描得到的位置信息與光強(qiáng)信息計(jì)算得到發(fā)射單元和接收 單元的準(zhǔn)直位置，然后使得發(fā)射單元與接收單元分別定位到準(zhǔn)直位置，從而實(shí)現(xiàn)測量光路 的準(zhǔn)直;其特征在于，按照順序分別對發(fā)射單元與接收單元進(jìn)行對準(zhǔn):每次進(jìn)行準(zhǔn)直時(shí)分別 進(jìn)行垂直方向和水平方向的掃描、準(zhǔn)直位置計(jì)算和定位;所述的掃描是通過驅(qū)動電機(jī)使得 發(fā)射單元或接收單元在垂直或水平方向上進(jìn)行一定角度范圍的位置旋轉(zhuǎn)，同時(shí)記錄位置信 息和掃描過程中的光強(qiáng)信息;所述的準(zhǔn)直位置計(jì)算是根據(jù)掃描過程中采集的位置信息與光 強(qiáng)信息的關(guān)系得到發(fā)射單元或接收單元在某一方向上的準(zhǔn)直位置;所述的定位是通過驅(qū)動 電機(jī)使得發(fā)射單元或接收單元在某一方向上進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動到該方向上的準(zhǔn)直位置;一般指 接收單元光強(qiáng)信息最強(qiáng)的位置信息。
[0006] 具體步驟如下：
[0007] 步驟001.主控單元啟動透射儀測量光路自動對準(zhǔn)程序；
[0008] 步驟002.主控單元發(fā)出指令，使中央處理器一單元與中央處理器二單元完成對準(zhǔn) 程序的初始化；
[0009] 步驟003.光源控制單元驅(qū)動發(fā)射單元中的LED光源向接收單元發(fā)出探測光束；
[0010] 步驟004.光強(qiáng)信息采集單元采集接收光強(qiáng)信息，將接收光強(qiáng)信息存儲到中央處理 器二單元，并由中央處理器二單元對接收光強(qiáng)信息進(jìn)行判斷；
[0011] 步驟005.若步驟004采集到的接收光強(qiáng)為0，則向主控單元發(fā)出重新進(jìn)行人工粗調(diào) 的提不；
[0012] 步驟006.若步驟004采集到的接收光強(qiáng)不為0，則接收單元進(jìn)行自動對準(zhǔn)，具體包 括下面步驟：
[0013] 步驟0061.接收單元進(jìn)行水平方向掃描，具體包括下面步驟：
[0014]步驟00611.電機(jī)驅(qū)動三單元驅(qū)動電機(jī)反向運(yùn)轉(zhuǎn)，位置信息采集三單元開始采集接 收單元水平位置信息，并將位置信息存儲到中央處理器二單元，中央處理器二單元對存儲 的接收單元水平位置信息進(jìn)行判斷；
[0015]步驟00612.以電機(jī)的起始運(yùn)轉(zhuǎn)位置為0度，若步驟00611采集到的位置信息不為- 0.2度，回到步驟00611;
[0016]步驟00613.若步驟00611采集到的位置信息值為-0.2度，電機(jī)驅(qū)動三單元驅(qū)動電 機(jī)剎車，位置信息采集三單元停止位置信息采集；
[0017] 步驟00614.電機(jī)驅(qū)動三單元驅(qū)動電機(jī)正轉(zhuǎn)，位置信息采集三單元開始采集接收單 元水平位置信息，同時(shí)光強(qiáng)信息采集單元開始采集接收光強(qiáng)信息，并將位置信息和光強(qiáng)信 息存儲到中央處理器二單元，中央處理器二單元對存儲的接收單元水平位置信息進(jìn)行判 斷；
[0018] 步驟00615.若步驟00614采集到的位置信息值不為0.2度，回到步驟00614;
[0019]步驟00616.若步驟00614采集到的位置信息值為0.2度，電機(jī)驅(qū)動三單元驅(qū)動電機(jī) 剎車，位置信息采集三單元停止位置信息采集，光強(qiáng)信息采集單元停止光強(qiáng)信息采集；
[0020] 步驟0062.接收單元進(jìn)行水平方向準(zhǔn)直位置計(jì)算，計(jì)算過程如圖3所示，具體包括 下面步驟：
[0021] 步驟00621.根據(jù)存儲在中央處理器二單元中的位置信息與光強(qiáng)信息，由中央處理 器二單元尋找接收光強(qiáng)的最大值W，并篩選出接收光強(qiáng)介于0.6W與0.4W之間的光強(qiáng)信息和 與之對應(yīng)的位置信息；
[0022] 步驟00622.根據(jù)步驟00621篩選的位置信息與光強(qiáng)信息，由中央處理器二單元通 過最小二乘法擬合出兩條接收光強(qiáng)隨位置變化的關(guān)系直線L1、L2;
[0023]步驟00623.將接收光強(qiáng)值0.5W分別作為步驟00622得到的兩條擬合直線的接收光 強(qiáng)值，有中央處理器二單元計(jì)算出相應(yīng)的位置XI、X2;
[0024] 步驟00624.根據(jù)步驟00623得到的兩個(gè)位置X1、X2由中央處理器二單元計(jì)算得到 接收單元水平方向準(zhǔn)直位置，計(jì)算公式為：
[0025]
[0026]步驟0063.接收單元進(jìn)行水平方向定位，具體包括下面步驟：
[0027]步驟00631.電機(jī)驅(qū)動三單元驅(qū)動電機(jī)反轉(zhuǎn)，位置信息采集三單元開始采集接收單 元水平位置信息，并將位置信息存儲到中央處理器二單元，中央處理器二單元對位置信息 進(jìn)行判斷；
[0028] 步驟00632.若位置信息的值大于步驟00624得到的準(zhǔn)直位置X，回到步驟00631;
[0029]步驟00633.若位置信息的值小于或等于步驟00624得到的準(zhǔn)直位置X，電機(jī)驅(qū)動三 單元驅(qū)動電機(jī)剎車，位置信息采集三單元停止位置信息采集；
[0030]步驟0064.接收單元進(jìn)行垂直方向掃描，具體步驟如下：
[0031]步驟00641.電機(jī)驅(qū)動四單元驅(qū)動電機(jī)反向運(yùn)轉(zhuǎn)，位置信息采集四單元開始采集接 收單元水平位置信息，并將位置信息和光強(qiáng)信息存儲到中央處理器二單元，中央處理器二 單元對存儲的接收單元水平位置信息進(jìn)行判斷；
[0032]步驟00642.以電機(jī)的起始運(yùn)轉(zhuǎn)位置為0度，若步驟00641采集到的位置信息不為-0.2度，回到步驟00641;
[0033]步驟00643.若步驟00641采集到的位置信息值為-0.2度，電機(jī)驅(qū)動四單元驅(qū)動電 機(jī)剎車，位置信息采集四單元停止位置信息采集；
[0034]步驟00644.電機(jī)驅(qū)動四單元驅(qū)動電機(jī)正轉(zhuǎn)，位置信息采集四單元開始采集接收單 元水平位置信息，同時(shí)光強(qiáng)信息采集單元開始采集接收光強(qiáng)信息，并將位置信息存儲到中 央處理器二單元，中央處理器二單元對存儲的接收單元水平位置信息進(jìn)行判斷；
[0035] 步驟00645.若步驟00644采集到的位置信息值不為0.