测量消光式能见度仪及消光式能见度测量方法技术

本发明专利技术公开了一种测量消光式能见度仪，包括可见光或近红外光源、可见光或近红外传感器、红外传感器、处理器和电源；所述可见光或近红外传感器的光轴与所述可见光或近红外光源的光轴交叉；所述红外传感器接收角与所述可见光或近红外光源光束重合或部分重合。还公开了一种消光式能见度测量方法。本发明专利技术通过测量在开启光源和关闭光源时可见光或近红外光散射和红外辐射，进而得到散射系数及吸收系数，将散射系数与吸收系数求和后得到消光系数，进而通过能见度计算公式求得能见度测量值，测量过程中完全考虑了大气中气溶胶对光的散射和吸收，测量精度高，量程大，成本低。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种测量消光式能见度仪消光式能见度测量方法。
技术介绍
传统的前向散射能见度仪如图1所示，可见光光源发出光束，可见光传感器接收光源光束在大气中的散射光，通过计算散射系数，再利用能见度计算公式计算能见度值，实际上把大气散射系数当作消光系数。由于大气中有气溶胶，而气溶胶不仅对光源进行散射，还会吸收光，因此这种测量方法有较大误差，随着大气中气溶胶的光学特性不同，其测量误差也不同。极端情况下，若气溶胶是完全吸收光的黑体，那么测量误差就是100%。传统的透射能见度仪通过直接测量大气的衰减而得到消光系数，即同时测量散射系数和吸收系数，但为了能比较准确地测量大气的衰减，就需要发射部分和接收部分间隔几十米，否侧消光系数就测不准，安装、维护不方便，并且测量量程小，维护要求高。
技术实现思路
本专利技术的目的是为解决目前能见度测量仪测量误差大，测量量程小，安装及维护不便的技术问题。为了解决上述技术问题，一方面，本专利技术提供一种测量消光式能见度仪，包括可见光或近红外光源、可见光或近红外传感器、红外传感器、处理器和电源；所述可见光或近红外传感器的光轴与所述可见光或近红外光源的光轴交叉；所述红外传感器接收角与所述可见光或近红外光源光束重合。所述处理器用于控制所述可见光或近红外光源开启或关闭，所述可见光或近红外传感器用于接收所述可见光或近红外光源光束在大气中的前向散射光或背景散射光，所述处理器还用于接收所述可见光或近红外传感器输出的前向散射光测量值或背景散射光测量值；所述红外传感器用于接收大气和大气中气溶胶的红外辐射或背景大气和大气中气溶胶的红外辐射，所述处理器还用于接收所述红外传感器输出的红外辐射测量值或背景红外辐射测量值；所述处理器还用于根据所述前向散射光测量值与所述背景散射光测量值的差值计算散射系数，根据所述红外辐射测量值与所述背景红外辐射测量值的差值计算吸收系数，求取所述散射系数与所述吸收系数的和得到消光系数，根据所述消光系数求得能见度。进一步地，所述前向散射光测量值和所述背景散射光测量值均与散射光强度成正比；所述红外辐射测量值和所述背景红外辐射测量值均与红外亮温成正比。另外，红外传感器相对于可见光或近红外光源还有另一种设置方式，对应的技术方案为：测量消光式能见度仪，包括可见光或近红外光源、可见光或近红外传感器、红外传感器、处理器和电源；所述可见光或近红外传感器的光轴与所述可见光或近红外光源的光轴交叉；所述红外传感器接收角与所述可见光或近红外光源光束部分重合；所述处理器用于控制所述可见光或近红外光源开启或关闭，所述可见光或近红外传感器用于接收所述可见光或近红外光源光束在大气中的前向散射光或背景散射光，所述处理器还用于接收所述可见光或近红外传感器输出的前向散射光测量值或背景散射光测量值；所述红外传感器用于接收大气和大气中气溶胶的红外辐射或背景大气和大气中气溶胶的红外辐射，所述处理器还用于接收所述红外传感器输出的红外辐射测量值或背景红外辐射测量值；所述处理器还用于根据所述前向散射光测量值与所述背景散射光测量值的差值计算散射系数，根据所述红外辐射测量值与所述背景红外辐射测量值的差值计算吸收系数，求取所述散射系数与所述吸收系数的和得到消光系数，根据所述消光系数求得能见度。进一步地，所述前向散射光测量值和所述背景散射光测量值均与散射光强度成正比；所述红外辐射测量值和所述背景红外辐射测量值均与红外亮温成正比。另一方面，本专利技术还提供一种消光式能见度测量方法，包括如下步骤：（1）处理器控制可见光或近红外光源开启，可见光或近红外传感器接收所述可见光或近红外光源光束在大气中的前向散射光，所述处理器接收所述可见光或近红外传感器输出的前向散射光测量值；红外传感器接收大气和大气中气溶胶的红外辐射，所述处理器接收所述红外传感器输出的红外辐射测量值；（2）所述处理器控制所述可见光或近红外光源关闭以进行背景参数测量，所述可见光或近红外传感器接收背景的散射光，所述处理器接收所述可见光或近红外传感器输出的背景散射光测量值；所述红外传感器接收背景大气和大气中气溶胶的红外辐射，所述处理器接收所述红外传感器输出的背景红外辐射测量值；（3）根据前向散射光测量值与背景散射光测量值的差值计算散射系数，同时，根据红外辐射测量值与背景红外辐射测量值的差值计算吸收系数，然后，求取所述散射系数与所述吸收系数的和得到消光系数；根据所述消光系数求得能见度。进一步地，所述前向散射光测量值、所述背景散射光测量值、所述红外辐射测量值和所述背景红外辐射测量值均测量N次，N﹥128,根据N组前向散射光测量值与背景散射光测量值的差值的累加值计算散射系数，同时，根据N组红外辐射测量值与背景红外辐射测量值的差值的累加值计算吸收系数，然后，求取所述散射系数与所述吸收系数的和得到消光系数；根据所述消光系数求得能见度。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术通过在开启光源时和关闭光源后分别测量散射光和红外辐射，进而得到散射系数及吸收系数，将散射系数与吸收系数求和后得到消光系数，进而通过能见度计算公式求得能见度测量值，测量过程中完全考虑了大气中气溶胶对光源的干扰，通过这一方法完全消除了气溶胶导致的测量误差，测量精度高；另外，本专利技术是测量光源引起的气溶胶能量变化，只需要相关传感器的感应区与光源光束重贴就行，不需要如同透射能见度仪器那样发射和接收装置分置，安装及维护及其方便，同时量程大，成本低。附图说明图1是传统前向散射能见度仪的光学结构图；图2是本专利技术能见度仪一个实施例的光学结构图；图3是本专利技术能见度仪另一个实施例的光学结构图；图4是本专利技术的原理框图；图5是本专利技术能见度测量方法一个实施例的流程图；图6是本专利技术能见度测量方法另一个实施例的流程图。图中，可见光或近红外光源1；光源光束2；可见光或近红外传感器3；红外传感器4；处理器5；电源6。具体实施方式现在结合附图对本专利技术作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本专利技术的基本结构，因此其仅显示与本专利技术有关的构成。如图2和4所示，本专利技术的测量消光式能见度仪实施例1，包括可见光或近红外光源1、可见光或近红外传感器3、红外传感器4、处理器5和电源6；可见光或近红外传感器3的光轴与可见光或近红外光源1的光轴交叉；红外传感器4接收角与可见光或近红外光源光束2重合；如图5所示，也对应本专利技术测量方法的一个实施例，测量时，首先处理器5控制可见光或近红外光源1开启，可见光或近红外传感器3接收可见光或近红外光源光束2在大气中的前向散射光，处理器5接收可见光或近红外传感器3输出的与散射光强度相关的散射光测量值S1；红外传感器4接收大气中气溶胶的红外辐射，处理器接收红外传感器输出的与红外亮温相关的红外辐射测量值D1；其次，处理器5控制可见光或近红外光源1关闭进行背景参数测量，可见光或近红外传感器3接收背景的前向散射光，处理器5接收可见光或近红外传感器3输出的与散射光强度相关的背景散射光测量值S2；红外传感器4接收背景大气中气溶胶的红外辐射，处理器5接收红外传感器4输出的与红外亮温相关的背景红外辐射测量值D2；接着，根据前向散射光测量值S1与背景散射光测量值S2的差值S1-S2和散射理论计算散射系数，同时，根据红外辐射测量值D1与背景红外辐射本文档来自技高网...

【技术保护点】
测量消光式能见度仪，其特征在于，包括可见光或近红外光源、可见光或近红外传感器、红外传感器、处理器和电源；所述可见光或近红外传感器的光轴与所述可见光或近红外光源的光轴交叉；所述红外传感器接收角与所述可见光或近红外光源光束重合；所述处理器用于控制所述可见光或近红外光源开启或关闭，所述可见光或近红外传感器用于接收所述可见光或近红外光源光束在大气中的前向散射光或背景散射光，所述处理器还用于接收所述可见光或近红外传感器输出的前向散射光测量值或背景散射光测量值；所述红外传感器用于接收大气和大气中气溶胶的红外辐射或背景大气和大气中气溶胶的红外辐射，所述处理器还用于接收所述红外传感器输出的红外辐射测量值或背景红外辐射测量值；所述处理器还用于根据所述前向散射光测量值与所述背景散射光测量值的差值计算散射系数，根据所述红外辐射测量值与所述背景红外辐射测量值的差值计算吸收系数，求取所述散射系数与所述吸收系数的和得到消光系数，根据所述消光系数求得能见度。

【技术特征摘要】
1.测量消光式能见度仪，其特征在于，包括可见光或近红外光源、可见光或近红外传感器、红外传感器、处理器和电源；所述可见光或近红外传感器的光轴与所述可见光或近红外光源的光轴交叉；所述红外传感器接收角与所述可见光或近红外光源光束重合；所述处理器用于控制所述可见光或近红外光源开启或关闭，所述可见光或近红外传感器用于接收所述可见光或近红外光源光束在大气中的前向散射光或背景散射光，所述处理器还用于接收所述可见光或近红外传感器输出的前向散射光测量值或背景散射光测量值；所述红外传感器用于接收大气和大气中气溶胶的红外辐射或背景大气和大气中气溶胶的红外辐射，所述处理器还用于接收所述红外传感器输出的红外辐射测量值或背景红外辐射测量值；所述处理器还用于根据所述前向散射光测量值与所述背景散射光测量值的差值计算散射系数，根据所述红外辐射测量值与所述背景红外辐射测量值的差值计算吸收系数，求取所述散射系数与所述吸收系数的和得到消光系数，根据所述消光系数求得能见度。2.根据权利要求1所述的测量消光式能见度仪，其特征在于，所述前向散射光测量值和所述背景散射光测量值均与散射光强度成正比；所述红外辐射测量值和所述背景红外辐射测量值均与红外亮温成正比。3.测量消光式能见度仪，其特征在于，包括可见光或近红外光源、可见光或近红外传感器、红外传感器、处理器和电源；所述可见光或近红外传感器的光轴与所述可见光或近红外光源的光轴交叉；所述红外传感器接收角与所述可见光或近红外光源光束部分重合；所述处理器用于控制所述可见光或近红外光源开启或关闭，所述可见光或近红外传感器用于接收所述可见光或近红外光源光束在大气中的前向散射光或背景散射光，所述处理器还用于接收所述可见光或近红外传感器输出的前向散射光测量值或背景散射光测量值；所述红外传感器用于接收大气和大气中气溶胶的红外辐射或背景大气和大气中气溶胶的红外辐射，所述处理器还用于接收所述红外传感器输出的红外辐射测量值...

【专利技术属性】
技术研发人员：马舒庆，
申请(专利权)人：中国气象局气象探测中心，
类型：发明
国别省市：北京;11