气象光学视程检测装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种气象光学视程检测装置。它的光源光路上置有平行光发射器(2)、发射光强取样器、光路增程器、光接收器和数据处理器(9)，其中，光源为白色光源(1)，平行光发射器(2)为伽利略望远镜，光路增程器为长度≥10m、内置浊度仪(36)的气象光学视程观测环境模拟舱(3)，该模拟舱(3)的控制端与数据处理器(9)电连接，其纵向两侧壁上分别置有入光孔(31)、初级平面反射镜(4)、次级平面反射镜(6)、末级平面反射镜(5)和出光孔(35)，光接收器由光学天线(7)和电信号检测器(8)组成。它能于工作基线为10m的空间中实现透射式能见度的测量范围为10m～30km，可广泛地用于对能见度仪测量的准确性和一致性进行检测。

【技术实现步骤摘要】
气象光学视程检测装置
本专利技术涉及一种检测装置，尤其是一种气象光学视程检测装置。
技术介绍
能见度是反映大气透明度的一个指标，气象上指具有正常视力的人在当时的天气条件下还能够从天空背景中看到和辨认出目标物的最大水平距离，它可以客观地测量并用气象光学视程来表示。世界气象组织(WMO)对气象光学视程的定义是色温为2700K的白炽灯的平行光束的光通量削弱为其初始值的0.05时所需通过的大气路径长度。在自动化观测中，通常用大气水平透过率定义的气象光学视程表示能见度。一般而言，气象光学视程的观测设备主要有前向散射式能见度仪、透射式能见度仪和照相式能见度仪。目前，在气象、公路交通部门主要使用前向散射式能见度仪测量气象光学视程值。2008年世界气象组织仪器和观测方法委员会(CIMO)在《气象仪器和观测方法指南(第七版)》中指出，低能见度时，透射式能见度仪的测量精度远高于前向散射式能见度仪。这是因为前向散射式能见度仪测量非常小体积的采样空间的散射系数时忽略了吸收，把散射系数认为等同于消光系数；由于忽略了吸收，所以存在系统误差。由光源和其光路上的平行光发射器、发射光强取样器和光接收器以及数据处理器组成的透射式能见度仪，在测得发射光强和接收光强以及已知的光程后，由数据处理器根据朗伯-比尔(Lambert-Beer)原理和柯西密德(Koschmieder)原理得出气象光学视程值，由于其测量平行光束因散射和吸收造成的光衰减，跟气象光学视程的定义最吻合，故测量的准确度最高。可是，若将现有的透射式能见度仪作为能见度的标准仪器使用，则仍存在着不足之处，一是需要较长的基线长度，如芬兰Vaisala公司的LT31型透射式能见度仪的工作基线范围是30～70m，美国LPV3型透射式能见度仪的工作基线距离为500～1000m，这些设备均难以在有限的室内空间使用，不利于用作高精度参考设备对前向散射式能见度仪进行实验室检测；二是测量的上限过低，无法检定前向散射式能见度仪，根据中国气象局《前向散射式能见度仪观测规范》对气象光学视程测量范围的要求为10m～30km，而现有的透射式能见度仪的测量范围仅为10m～10km，其测量范围不能满足用于检定前向散射式能见度仪的要求。为解决较长的基线需要较大的室内空间的难题，人们做出了一些努力，如中国技术专利CN203479700U于2014年3月12日公告的一种微调式长光程气体检测装置。该专利中记载的装置为密闭气室内置有发射面相对设置的第一凹面镜和第二凹面镜，以及第一凹面镜的两侧分别设有微调式反射镜、平行光发射器和光电传感器；其中的平行光发射器与光纤连接，光电传感器经数据线与激光气体浓度分析仪电连接。测量时，光纤引入的待测气体的吸收光谱在两只凹面镜间多次反射并经微调式反射镜后，射向光电传感器。这种长光程气体检测装置虽可实现增大待测气体吸收光谱的光程，却也存在着不足之处，首先，不能准确地确定光程的长度，难以获得精确的测量结果；其次，无法解决透射式能见度仪测量上限仅为10km之难题。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题为克服现有技术中的不足之处，提供一种能于工作基线为10m的空间中实现透射式能见度的测量范围为10m～30km，以用于对能见度仪测量的准确性和一致性进行检测的气象光学视程检测装置。为解决本专利技术的技术问题，所采用的技术方案为：气象光学视程检测装置包括光源和其光路上的平行光发射器、发射光强取样器、光接收器和数据处理器，特别是，所述发射光强取样器与光接收器间串接有光路增程器；所述光源为输出波长450～750nm的白色光源；所述平行光发射器为伽利略望远镜，其组合焦距的焦点位于白色光源处、输出端外沿处置有发射光强取样器；所述光路增程器为长度≥10m、内置有输出端与数据处理器电连接的浊度仪的气象光学视程观测环境模拟舱，所述气象光学视程观测环境模拟舱的控制端与数据处理器电连接，其纵向两侧壁上分别置有位于伽利略望远镜输出光路上的入光孔、初级平面反射镜、次级平面反射镜、末级平面反射镜和出光孔；所述光接收器由光学天线和电信号检测器组成，所述光学天线由串接的牛顿望远镜和光学积分球，以及位于光学积分球内壁上的光敏探测器组成，所述电信号检测器由分别与发射光强取样器、光敏探测器的输出端电连接的电信号检波器组成；所述数据处理器由微型计算机和接口组成。作为气象光学视程检测装置的进一步改进：优选地，白色光源为色温3000K、输出光功率≤10mW的LED白色光源，其工作模式为频率2kHz、占空比50％的光脉冲；不仅利于减小体积和降低温升，较高频率的光源也利于更好的滤除测量环境中的背景光干扰。优选地，伽利略望远镜输入端的通光口径为15mm、输出端的通光口径为55mm；利于获得较大光截面的输出。优选地，发射光强取样器和光敏探测器均为硅基光电二极管。优选地，初级平面反射镜、次级平面反射镜和末级平面反射镜分别置于气象光学视程观测环境模拟舱纵向两侧壁上置有的位于入光孔输出光路上的初级透光孔、次级透光孔和末级透光孔上；便于光路的调整。优选地，浊度仪为位于三维移动平台上的并列设置的两台三波长浊度仪；除易于确保三波长浊度仪能测得环境模拟舱内不同位置的气象光学视程之外，还利于印证测量的准确性。优选地，牛顿望远镜的接收口径为254mm，其组合焦距的焦点位于光学积分球的进光孔处；既利于降低发射端和接收端之间光轴的对准难度，又实现了光束无遮挡的全接收，减少了因光束散射造成的测量误差，还确保了接收到的光信号无损耗。优选地，光敏探测器为均匀分布于光学积分球内壁上的三只；使用相互印证的三只同时独立运行的光敏探测器来测量同一空气样本，利于大大地提高测量数据的可信程度。优选地，电信号检波器由串接的均方根检波式电压测量器和A/D转换器组成；利于降低电路噪声和背景光干扰所引起的测量误差。优选地，接口为RS232串口控制卡。优选地，气象光学视程观测环境模拟舱中置有输出端与数据处理器电连接的待标定设备，其中，待标定设备为散射式能见度仪，或透射式能见度仪，或激光能见度自动测量仪，或照相式能见度仪。相对于现有技术的有益效果是：其一，光源采用白色广谱光源，使测量光路在透镜焦平面处的色散效应较弱，提高了气象光学视程的测量准确度。其二，平行光发射器使用伽利略望远镜，保证了发射光源的平行度。其三，长度≥10m的气象光学视程观测环境模拟舱和其上置有的三只平面反射镜，不仅使工作基线在10m的空间中得到了确定长度的延伸，使其得以在有限的室内空间使用，同时也增大了光信号转换成电信号后电流和电压的变化范围，提高了测量的精度，更由于通过数据处理器控制环境模拟舱内湿度的大小，实现了在密闭空间中快速、可控地模拟出10m～30km的气象光学视程观测环境，为实现透射式能见度的测量范围高达30km奠定了良好的基础。其四，将气象光学视程≥15km时浊度仪测定的散射系数值等效为消光系数值来进行装置的系统常数定标，装置的系统常数适用于10m～30km全量程内测得的原始信号，极大地提高了透射式气象光学视程测量的范围、准确度和可靠性。其五，牛顿望远镜的大口径接收端提高了对光束信号几何位置漂移的适应能力，经计算，其稳定性提高了10倍以上。其六，使用积分球收集光信号，既降低了因建筑物震动、空气湍流使光斑抖动产生的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种气象光学视程检测装置，包括光源和其光路上的平行光发射器(2)、发射光强取样器、光接收器和数据处理器(9)，其特征在于：所述发射光强取样器与光接收器间串接有光路增程器；所述光源为输出波长450～750nm的白色光源(1)；所述平行光发射器(2)为伽利略望远镜，其组合焦距的焦点位于白色光源(1)处、输出端外沿处置有发射光强取样器；所述光路增程器为长度≥10m、内置有输出端与数据处理器(9)电连接的浊度仪(36)的气象光学视程观测环境模拟舱(3)，所述气象光学视程观测环境模拟舱(3)的控制端与数据处理器(9)电连接，其纵向两侧壁上分别置有位于伽利略望远镜输出光路上的入光孔(31)、初级平面反射镜(4)、次级平面反射镜(6)、末级平面反射镜(5)和出光孔(35)；所述光接收器由光学天线(7)和电信号检测器(8)组成，所述光学天线(7)由串接的牛顿望远镜和光学积分球，以及位于光学积分球内壁上的光敏探测器组成，所述电信号检测器(8)由分别与发射光强取样器、光敏探测器的输出端电连接的电信号检波器组成；所述数据处理器(9)由微型计算机和接口组成。

【技术特征摘要】
1.一种气象光学视程检测装置，包括光源和其光路上的平行光发射器(2)、发射光强取样器、光接收器和数据处理器(9)，其特征在于：所述发射光强取样器与光接收器间串接有光路增程器；所述光源为输出波长450～750nm的白色光源(1)；所述平行光发射器(2)为伽利略望远镜，其组合焦距的焦点位于白色光源(1)处、输出端外沿处置有发射光强取样器；所述光路增程器为长度≥10m、内置有输出端与数据处理器(9)电连接的浊度仪(36)的气象光学视程观测环境模拟舱(3)，所述气象光学视程观测环境模拟舱(3)的控制端与数据处理器(9)电连接，其纵向两侧壁上分别置有位于伽利略望远镜输出光路上的入光孔(31)、初级平面反射镜(4)、次级平面反射镜(6)、末级平面反射镜(5)和出光孔(35)；所述光接收器由光学天线(7)和电信号检测器(8)组成，所述光学天线(7)由串接的牛顿望远镜和光学积分球，以及位于光学积分球内壁上的光敏探测器组成，所述电信号检测器(8)由分别与发射光强取样器、光敏探测器的输出端电连接的电信号检波器组成；所述数据处理器(9)由微型计算机和接口组成。2.根据权利要求1所述的气象光学视程检测装置，其特征是白色光源(1)为色温3000K、输出光功率≤10mW的LED白色光源，其工作模式为频率2kHz、占空比50％的光脉冲。3.根据权利要求1所述的气象光学视程检测装...

【专利技术属性】
技术研发人员：方海涛，吕刚，汪玮，张世国，王敏，陆斌，冯林，沈玉亮，丁宪生，董德保，翁磊，朱亚宗，何越，
申请(专利权)人：安徽省大气探测技术保障中心，
类型：发明
国别省市：安徽;34