一种双基线大气能见度透射仪制造技术

本发明专利技术提供一种双基线大气能见度透射仪，能够测量大气能见度。该系统结构简单，主要包含一个准直发射器装置、接收器装置、上位机和组合供电设备，其中接收器装置包括第一接收机和第二接收机。该仪器选用一个准直发射器装置、两个接收机形成两个测量基线，进行消光计算，相比于单基线能见度透射仪，能够消除光学表面脏污引起的系统误差，提高透射仪的测量精度，保证了透射仪长期测量的稳定性，特别适合于需要长时间在野外露天等恶劣环境下工作。

【技术实现步骤摘要】
一种双基线大气能见度透射仪
本专利技术属于大气探测
，涉及一种可消除系统误差的透射式能见度测量仪。
技术介绍
能见度是指正常视力的人能够识别和辨认目标物的距离，它是用距离来描述大气透明程度(或浑浊程度)的物理量。能见度不仅用于气象观测部门，而且更广泛用于航空、航海、高速公路、军事以及环境监测等领域。在交通运输领域里，尤其是航空运输中，能见度直接反映了飞行员的视程大小，决定着飞机能否正常起飞或着陆，是保障飞行安全的重要气象要素之一；在环境监测领域，能见度又是人们对大气污染情况的第一个直接反映，作为描述大气污染程度的一个特征量，它的测量受到了广泛的重视；在军事领域，能见度的精确测报也是部队军事行动中不可缺少的气象要素之一。目前，大气能见度的测量方法主要有两类，即透射法和激光散射法。激光散射法又分激光前散射法和激光后散射法。其中，散射法结构紧凑，但散射法因增大其散射体积较困难，测量精度很难提高。透射法测量精度较散射法较高，但由于能见度测量系统要求长时间在野外露天环境下工作，大气环境对系统的污染、光源在长时间使用后的性能衰减、探测器系统的性能衰减等均对测量精度产生严重的影响，且在使用过程中，需要经常对仪器进行维护，仪器的测量精度稳定性差。因此，目前迫切需要增长透射仪在恶劣环境下的工作时间，提高仪器的测量精度且保证其长期测量的稳定性，减少仪器的维护时间和成本，便于野外恶劣环境下使用。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是：克服单基线能见度投射仪的不足，提供一种双基线大气能见度透射仪，以解决单基线透射仪不能长时间在野外露天等恶劣环境下工作的问题，增加透射仪的测量精度和长期测量的稳定性。本专利技术的技术方案是：一种双基线大气能见度透射仪，包括准直发射器装置、接收器装置、上位机和组合供电设备，其中，组合供电设备用于给整个透射仪供电；上位机控制准直发射器装置的开关、并调节其发射端光强度；准直发射器装置用来产生白光，并将白光按照辐射强度1:9的关系分为两束，即，辐射强度占原白光10％的第一光束和辐射强度占原白光90％的第二光束；接收器装置包括第一接收机和第二接收机，第一接收机距离准直发射器装置的距离为15m，接收来自准直发射器装置的第一光束，并将其发射端光强度转换为第一信号；第二接收机距离准直发射器装置的距离为75m，接收来自准直发射器装置的第二光束，并将其发射端光强度转换为第二信号；上位机控制第一接收机和第二接收机的工作状态，并采集来自第一接收机和第二接收机的第一信号和第二信号，根据以下公式计算得到大气能见度值：其中，MOR为大气能见度值；为两基线的透过率比值进行N次测量后，去掉两个最大值和两个最小值得到的平均值，即其中，透过率比值上式中：K1、K2分别是第一接收机和第二接收机的校准系数；校准系数公式为Ki＝Ki(V)·(Kia·Kib·Kic·Kid)，i＝1,2指第一接收机和第二接收机的序号；校准系数的确定需要对双基线大气能见度透射仪在能见度大于10Km时进行校准，其中其中，Ti(V)为当能见度为10Km时，第i个接收机距离准直发射器装置的距离为Bi时，采用普通测大气透过率方法测得的大气透过率，并且Kia，Kib，Kic，Kid分别为准直发射器装置产生白光的光强度分别为25％、50％、75％和100％时，双基线大气能见度透射仪的校准系数，其表达式为：Ti(AVE)a，Ti(AVE)b，Ti(AVE)c，Ti(AVE)d指当能见度为10Km，第i个接收机距离准直发射器装置的距离为Bi时，且准直发射器装置产生白光的光强度分别为25％、50％、75％和100％时，经过N次测量大气透过率的平均值，i＝1,2；Pi(a)，Pi(b)，Pi(c)，Pi(d)指当能见度为10Km，第i个接收机距离准直发射器装置的距离为Bi时，且准直发射器装置产生白光的光强度分别为25％、50％、75％和100％时，采用普通测大气透过率方法测得的大气透过率，i＝1,2；Φ1(RAW)、Φ2(RAW)分别为到达第一接收机和第二接收机的光通量，光通量通过以下公式计算：Φi(RAW)＝Ri(I)-Ri(0)，i＝1,2Ri(I)、Ri(0)分别表示准直发射器装置有、无发光时第i个接收机的输出信号，i＝1,2。进一步地，准直发射器装置包括LED光源、离轴抛物面反射镜、光源监测组件、标定遮光轮、分光镜和全反射镜，其中，LED光源射出的光经过离轴抛物面反射镜转化为平行光；光源监测组件用于监测来自离轴抛物面反射镜的平行光，并得到光源监测的发射端光强度数据，并把该监测数据传送给上位机，用于上位机控制调节准直发射器装置的发射端光强度；标定遮光轮对来自离轴抛物面反射镜的平行光进行遮光，用于双基线大气能见度透射仪的标定；分光镜将经过标定遮光轮的平行光按照辐射强度1:9的关系分为两束；即，10％的光被反射成为第一光束，90％的光直接透过分光镜成为第二光束并发射出去；全反射镜将来自分光镜的第一光束反射射出，并与第二光束平行。本专利技术与现有技术相比的优点在于：本专利技术的双基线大气能见度透射仪，采用透射法测量大气能见度，并在传统的单基线大气能见度透射仪的基础上，将准直光发射装置发射的白光分为两束，设置了两个接受机，通过消差计算得出大气能见度值；采用双基线大气能见度透射仪能够消除大气环境对透射仪系统的污染、光源在长时间使用后的性能衰减、探测器系统的性能衰减等对投射仪测量精度的影响；保证仪器能够长时间在野外露天等恶劣环境下工作，不仅提高了测量精度，还增加了系统长期测量的稳定性，减少了仪器的维护时间和成本，更加有利于透射仪的广泛应用。附图说明图1为本专利技术的透射仪组成原理示意图；图2为本专利技术的透射仪双基线测量原理示意图；图3为本专利技术的透射仪准直发射器装置与接收器装置的组成示意图；图4为本专利技术的透射仪的工作流程示意图。具体实施方式下面将结合附图和具体实施例对根据本专利技术的双基线大气能见度透射仪作进一步详细的说明。如图1-图4所示，根据本专利技术的双基线大气能见度透射仪，包括准直发射器装置、接收器装置、上位机和组合供电设备，其中，组合供电设备用于给整个透射仪供电。上位机控制准直发射器装置的开关并调节其发射端光强度，准直发射器装置用来产生白光，并将白光按照辐射强度1:9的关系分为两束，即，辐射强度占原白光10％的第一光束和辐射强度占原白光90％的第二光束。接收器装置包括第一接收机和第二接收机，第一接收机距离准直发射器装置的距离为15m，接收来自准直发射器装置的第一光束，并将其发射端光强度转换为第一信号；第二接收机距离准直发射器装置的距离为75m，接收来自准直发射器装置的第二光束，并将其发射端光强度转换为第二信号。上位机控制第一接收机和第二接收机的工作状态，并采集来自第一接收机和第二接收机的第一信号和第二信号，根据以下公式计算得到大气能见度值：其中，MOR为大气能见度值；为两基线的透过率比值进行N次测量后，去掉两个最大值和两个最小值得到的平均值，即其中，透过率比值上式中：K1、K2分别是第一接收机和第二接收机的校准系数；校准系数公式为Ki＝Ki(V)·(Kia·Kib·Kic·Kid)，i＝1,2指第一接收机和第二接收机的序号；校准系数的确定需要对双基线大气能见度透射仪在能见度大于10Km时进本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双基线大气能见度透射仪，其特征在于：包括准直发射器装置、接收器装置、上位机和组合供电设备，其中，组合供电设备用于给整个透射仪供电；上位机控制准直发射器装置的开关，并调节其发射端光强度；准直发射器装置用来产生白光，并将白光按照辐射强度1:9的关系分为两束，即，辐射强度占原白光10％的第一光束和辐射强度占原白光90％的第二光束；接收器装置包括第一接收机和第二接收机，第一接收机距离准直发射器装置的距离为15m，接收来自准直发射器装置的第一光束，并将其发射端光强度转换为第一信号；第二接收机距离准直发射器装置的距离为75m，接收来自准直发射器装置的第二光束，并将其发射端光强度转换为第二信号；上位机控制第一接收机和第二接收机的工作状态，并采集来自第一接收机和第二接收机的第一信号和第二信号，根据以下公式计算得到大气能见度值：MOR=-3×(75-15)ln(tAVE‾)]]>其中，MOR为大气能见度值；为两基线的透过率比值进行N次测量后，去掉两个最大值和两个最小值得到的平均值，即tAVE‾=AVE[tRAW(N)];]]>其中，透过率比值tRAW=T2(RAW)T1(RAW)=K2K1·10%90%·Φ2(RAW)Φ1(RAW);]]>上式中：K1、K2分别是第一接收机和第二接收机的校准系数；校准系数公式为Ki＝Ki(V)·(Kia·Kib·Kic·Kid)，i＝1,2指第一接收机和第二接收机的序号；校准系数的确定需要对双基线大气能见度透射仪在能见度大于10Km时进行校准，其中Ki(V)=Ti(V)Ti(AVE)d,i=1,2]]>其中，Ti(V)为当能见度为10Km时，第i个接收机距离准直发射器装置的距离为Bi时，采用普通测大气透过率方法测得的大气透过率，并且i＝1,2；Kia，Kib，Kic，Kid分别为准直发射器装置产生白光的光强度分别为25％、50％、75％和100％时，双基线大气能见度透射仪的校准系数，其表达式为：Kia=Pi(a)Ti(AVE)a,]]>Kib=Pi(b)-Pi(a)Ti(AVE)b-Ti(AVE)a,]]>Kic=Pi(c)-Pi(b)Ti(AVE)c-Ti(AVE)b,]]>Kid=Ti(V)-Pi(c)Ti(AVE)d-Ti(AVE)c,]]>Ti(AVE)a，Ti(AVE)b，Ti(AVE)c，Ti(AVE)d指当能见度为10Km，第i个接收机距离准直发射器装置的距离为Bi时，且准直发射器装置产生白光的光强度分别为25％、50％、75％和100％时，经过N次测量大气透过率的平均值，i＝1,2；Pi(a)，Pi(b)，Pi(c)，Pi(d)指当能见度为10Km，第i个接收机距离准直发射器装置的距离为Bi时，且准直发射器装置产生白光的光强度分别为25％、50％、75％和100％时，采用普通测大气透过率方法测得的大气透过率，i＝1,2；Φ1(RAW)、Φ2(RAW)分别为到达第一接收机和第二接收机的光通量，光通量通过以下公式计算：Φi(RAW)＝Ri(I)‑Ri(0)，i＝1,2Ri(I)、Ri(0)分别表示准直发射器装置有、无发光时第i个接收机的输出信号，i＝1,2。...

【技术特征摘要】
1.一种双基线大气能见度透射仪，包括准直发射器装置、接收器装置、上位机，其特征在于：还包括组合供电设备，其中，组合供电设备用于给整个透射仪供电；上位机控制准直发射器装置的开关，并调节其发射端光强度；准直发射器装置用来产生白光，并将白光按照辐射强度1:9的关系分为两束，即，辐射强度占原白光10％的第一光束和辐射强度占原白光90％的第二光束；接收器装置包括第一接收机和第二接收机，第一接收机距离准直发射器装置的距离为15m，接收来自准直发射器装置的第一光束，并将其发射端光强度转换为第一信号；第二接收机距离准直发射器装置的距离为75m，接收来自准直发射器装置的第二光束，并将其发射端光强度转换为第二信号；上位机控制第一接收机和第二接收机的工作状态，并采集来自第一接收机和第二接收机的第一信号和第二信号，根据以下公式计算得到大气能见度值：其中，MOR为大气能见度值；为两基线的透过率比值进行N次测量后，去掉两个最大值和两个最小值得到的平均值，即其中，透过率比值上式中：K1、K2分别是第一接收机和第二接收机的校准系数；校准系数公式为Ki＝Ki(V)·(Kia·Kib·Kic·Kid)，i＝1,2指第一接收机和第二接收机的序号；校准系数的确定需要对双基线大气能见度透射仪在能见度大于10Km时进行校准，其中其中，Ti(V)为当能见度为10Km时，第i个接收机距离准直发射器装置的距离为Bi时，采用普通测大气透过率方法测得的大气透过率，并且Kia，Kib，Kic，Kid分别为准直发射器装置产生白光的光强度分别为25％、50％、75％和100％时，双基线大气能见度透射仪的校准系数，其表达式为：

【专利技术属性】
技术研发人员：张卫卫，林招荣，李小兵，谢冰，王哲，朱峥，毕波，王青梅，史倩义，
申请(专利权)人：北京空间机电研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11