一种透射式能见度标准器测量系统技术方案

本发明专利技术公开了一种透射式能见度标准器测量系统。标准器测量系统包括发射端、接收端、测试端和PC机；发射端包括激光器、分光镜、第一功率计、扩束镜、第一控制电路及合作反射面。接收端包括汇聚镜、第二功率计、测距仪以及第二控制电路。测试端包括校准功率计、衰减片黑盒。为了解决能见度测量设备溯源的问题，本发明专利技术将衰减片引入标定系统，建立了衰减片‑透过率‑能见度对应关系。因此，本发明专利技术能够为气象领域的散射式能见度设备，提供高精度的溯源依据，解决我国相关能见度设备考核标准不统一的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种透射式能见度标准器测量系统
本专利技术涉及用于国内外散射式/透射式能见度测量仪器，尤其是涉及一种透射式能见度标准器测量系统。
技术介绍
气象和机场能见度测量的设备主要包括透射式和散射式能见度设备。透射式能见度设备通过测量固定长度空气透过率，推导能见度。散射式能见度设备通过测量局部采样空间的消光系数反演能见度，并且散射式能见度设备计算能见度值建立在三个假设前提下：(1)假设大气是均质的；(2)假设分子的散射、吸收和内部交互光学效应为0；(3)假设散射光强正比于散射系数。散射式能见度设备体积小，安装方便，但是受阳光噪声、沙尘等颗粒物的影响大，准确性和不同产品间的一致性差，如图1所示，来自不同厂家生产的散射式能见度设备在同一大气环境下的观测值存在差异，根本原因是没有统一的溯源标准，导致不同型号的能见度设备观测值有较大的差异。急需要一台高精度的能见度设备来校准这些存在观测差异的散射式能见度设备，来确定不同大气环境下，不同散射式能见度设备的适用性问题。透射式能见度设备是较早技术的能见度测量设备器，虽然体积大，但是较散射式能见度设备更稳定和准确，被广泛应用于机场的能见度自动观测系统的RVR测量。透射式能见度设备虽较散射式能见度设备展现了良好的观测性能，但在实际应用中，透射式能见度设备同样存在因溯源标准不统一导致不同型号存在观测差异的问题。另外，目前市面存在的透射式能见度设备一般为30米、50米甚至100米的长基线，这种长基线容易增大观测过程中的误差，降低透射式能见度设备的测量精度，达不到溯源标定的高精度测量标准。r>
技术实现思路
针对以上现有技术状况，本专利技术设计一种透射式能见度标准器测量系统，即设计一种短基线高精度测量的能见度透射设备来解决不同生产厂家由于标定标准不一致导致的散射式/透射式能见度设备观测值的差异问题；在确定不同大气环境下，解决散射式/透射式能见度设备的适用性问题。本专利技术采取的技术方案是：一种透射式能见度标准器测量系统，其特征在于：所述系统包括发射端、接收端、测试端和PC机；所述发射端包括激光器、分光镜、第一功率计、扩束镜、第一控制电路及合作反射面；其中，第一控制电路分别连接激光器和第一功率计用于发射端出激光功率Pt测量，第一控制电路通过串口UART1T接至PC机用于发射端数据通讯；其中，激光器发射的激光通过分光镜分为两路，分别进入到第一功率计和扩束镜，以此实现发射端出激光功率Pt测量；所述接收端包括汇聚镜、第二功率计、测距仪以及第二控制电路；其中，第二控制电路分别连接测距仪和第二功率计，分别用于标准器的基线长度测量和接收端入射激光功率Pr测量，第二控制电路经串口UART1R接至PC机用于接收端数据通讯；其中，汇聚镜将接收的激光汇聚到第二功率计，以此实现接收端入射激光功率Pr测量；所述接收端固定在一个三维调整架，用于精确调整接收端姿态，对齐发射端和接收端的视场；所述标准器的基线长度为10cm和10m。本专利技术在进行功率计校准时，所述标准器的测试端位于标准器发射端的扩束镜和标准器接收端的汇聚镜之间，其中，测试端放置一个校准功率计，校准功率计接至PC机实现发射端和接收端的功率计校准和光学系统透过率测量；所述标准器的基线长度调整为10cm。本专利技术在进行透射率标定时，所述标准器的测试端在标准器发射端和标准器接收端之间，其中，测试端放置一个衰减片黑盒；衰减片黑盒的端面上设置衰减片孔位，左右两侧分别设置光进口和光出口；衰减片黑盒的光进口和光出口与标准器发射端的扩束镜、标准器接收端的汇聚镜三者光轴在同一水平面上；所述系统的基线长度调整为10cm。本专利技术在进行能见度溯源时，所述标准器的测试端在标准器发射端的扩束镜和标准器接收端的汇聚镜之间，其中，测试端注入不同透过率的气溶胶；所述系统的基线长度调整为10m。所述的第一控制电路包括热敏电阻RT1和热敏电阻RT2、第一运算放大器、第一模拟数字转换器、第一微控制器、第一方波驱动单元和第一供电电路；其中，热敏电阻RT1和热敏电阻RT2分别与第一运算放大器连接，用于将检测的激光器温度及发射端环境温度转换为电压；第一运算放大器与第一模拟数字转换器连接，用于将电压转换为数字编码；第一模拟数字转换器与第一微控制器连接，用于将数字编码送入第一微控制器；第一微控制器通过串口UART1T与PC机连接，接收PC机的控制命令，并分别通过串口UART2T、串口UART3T转发到激光器和第一功率计；第一微控制器分别通过串口UART2T、串口UART3T接收激光器和第一功率计的查询结果，并通过串口UART1T转发给PC机；第一微控制器通过第一方波驱动单元连接外部风扇，第一方波驱动单元为功率放大电路，用于接收第一微控制器输入的方波信号并将方波信号功率放大以驱动外部风扇，给系统降温。所述的第二控制电路包括热敏电阻RT3和热敏电阻RT4、第二运算放大器、第二模拟数字转换器、第二微控制器、第二方波驱动单元和第二供电电路；其中，热敏电阻RT3和热敏电阻RT4分别与第二运算放大器连接，用于将检测的汇聚镜头温度及接收端环境温度转换为电压；第二运算放大器与第二模拟数字转换器连接，用于将电压转换为数字编码；第二模拟数字转换器与第二微控制器连接，用于将数字编码送入第二微控制器；第二微控制器通过串口UART1R与PC机连接，接收PC机的控制命令，并分别通过串口UART2R、串口UART3R转发到测距仪和第二功率计；第二微控制器分别通过串口UART2R、串口UART3R接收测距仪和第二功率计的查询结果，并通过串口UART1R转发给PC机；第二微控制器通过第二方波驱动单元连接外部风扇，第二方波驱动单元为功率放大电路，用于接收第二微控制器输入的方波信号并将方波信号功率放大以驱动外部风扇，给系统降温。本专利技术产生的有益效果是：本专利技术将衰减片引入标定系统，建立了衰减片-透射率-能见度对应关系，提出了一种基于衰减片溯源的透射式能见度测量系统，有效的解决了能见度测量设备无法溯源的问题。该设备同时具有精度高、稳定性好、可长时间连续测量、校准便捷等优点。附图说明图1为来自不同厂家生产的散射式能见度设备的观测值存在差异示意图；图2为本专利技术系统结构示意图；图3为图2中第一控制电路内部结构示意图；图4为图2中第二控制电路内部结构示意图；图5为本专利技术的衰减片黑盒结构示意图；图6为本专利技术的功率计校准原理示意图；图7为本专利技术的透射率标定原理示意图；图8为本专利技术的能见度溯源原理示意图。具体实施方式以下结合附图对本专利技术做进一步说明。如图1所示，来自不同厂家生产的散射式能见度设备在同一大气环境下的观测值存在差异。这是因为散射式能见度设备的测量原理为：通过测量局部采样空间的消光系数反演能见度，该原理建立在以下假设下：(1)假设大气是均质的；(2)假设分子的散射、吸收和内部交互光学效应为0；(3)假设散射光强正比于散射系数。这导致散射式能见度设备受阳光噪声、沙尘等颗粒物的影响大，准确性和不同产品间的一致性差。...

【技术保护点】
1.一种透射式能见度标准器测量系统，其特征在于：所述系统包括发射端、接收端、测试端和PC机；所述发射端包括激光器、分光镜、第一功率计、扩束镜、第一控制电路及合作反射面；其中，第一控制电路分别连接激光器和第一功率计用于发射端出激光功率P

【技术特征摘要】
1.一种透射式能见度标准器测量系统，其特征在于：所述系统包括发射端、接收端、测试端和PC机；所述发射端包括激光器、分光镜、第一功率计、扩束镜、第一控制电路及合作反射面；其中，第一控制电路分别连接激光器和第一功率计用于发射端出激光功率Pt测量，第一控制电路通过串口UART1T接至PC机用于发射端数据通讯；其中，激光器发射的激光通过分光镜分为两路，分别进入到第一功率计和扩束镜，以此实现发射端出激光功率Pt测量；所述接收端包括汇聚镜、第二功率计、测距仪以及第二控制电路；其中，第二控制电路分别连接测距仪和第二功率计，分别用于标准器的基线长度测量和接收端入射激光功率Pr测量，第二控制电路经串口UART1R接至PC机用于接收端数据通讯；其中，汇聚镜将接收的激光汇聚到第二功率计，以此实现接收端入射激光功率Pr测量；所述接收端固定在一个三维调整架，用于精确调整接收端姿态，对齐发射端和接收端的视场；所述标准器的基线长度为10cm和10m。


2.根据权利要求1所述的一种透射式能见度标准器测量系统，其特征在于：在进行功率计校准时，所述标准器的测试端位于标准器发射端的扩束镜和标准器接收端的汇聚镜之间，其中，测试端放置一个校准功率计，校准功率计接至PC机实现发射端和接收端的功率计校准和光学系统透过率测量；所述标准器的基线长度调整为10cm。


3.根据权利要求1所述的一种透射式能见度标准器测量系统，其特征在于：在进行透射率标定时，所述标准器的测试端在标准器发射端和标准器接收端之间，其中，测试端放置一个衰减片黑盒；衰减片黑盒的端面上设置衰减片孔位，左右两侧分别设置光进口和光出口；衰减片黑盒的光进口和光出口与标准器发射端的扩束镜、标准器接收端的汇聚镜三者光轴在同一水平面上；所述系统的基线长度调整为10cm。


4.根据权利要求1所述的一种透射式能见度标准器测量系统，其特征在于：在进行能见度溯源时，所述标准器的测试端在标准器发射端的扩束镜和标准器接收端的汇聚镜之间，其中，测试端注入不同透过率的气溶胶；所述系统的基线长度调整为10m。<...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱海博，郝云霞，陈静，李金凤，王喜宝，马剑哲，曹志鹏，
申请(专利权)人：中环天仪天津气象仪器有限公司，
类型：发明
国别省市：天津;12