本发明专利技术提出的一种双端单基线透射式能见度仪，旨在提供一种能够减小光学污染对透射式能见度仪的影响，并能半定量测量自身光学污染情况透射式能见度仪，本发明专利技术通过下述技术方案予以实现：第一组激光器激光束依次通过透镜组后，经过第一分光棱镜、λ/4波片、第二分光棱镜、三角棱镜折射进入保护玻璃，光束被保护玻璃分为透射光和反射光；透射光经过基线气柱空气，经三角棱镜折射为待测光，待测光经第二分光棱镜分光为垂直光进入P2功率测量系统；反射光再次经过第二分光棱镜后反射到P1功率测量系统。第二组激光器出射的激光束与第一组出射的光路通过相似的传输途径分别进入P4功率测量系统和P3功率测量系统，得到功率值量之间的数值关系和基线气柱的大气消光系数。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术提出的一种双端单基线透射式能见度仪，旨在提供一种能够减小光学污染对透射式能见度仪的影响，并能半定量测量自身光学污染情况透射式能见度仪，本专利技术通过下述技术方案予以实现：第一组激光器激光束依次通过透镜组后，经过第一分光棱镜、λ/4波片、第二分光棱镜、三角棱镜折射进入保护玻璃，光束被保护玻璃分为透射光和反射光；透射光经过基线气柱空气，经三角棱镜折射为待测光，待测光经第二分光棱镜分光为垂直光进入P2功率测量系统；反射光再次经过第二分光棱镜后反射到P1功率测量系统。第二组激光器出射的激光束与第一组出射的光路通过相似的传输途径分别进入P4功率测量系统和P3功率测量系统，得到功率值量之间的数值关系和基线气柱的大气消光系数。【专利说明】双端单基线透射式能见度仪
本专利技术涉及一种可直接应用于测量大气能见度的双端单基线透射式能见度测量系统。
技术介绍
透射式能见度检测仪是测量道路能见度和隧道内烟雾浓度的高效反应类便携式测试仪器，具有良好的数据处理、人性化的界面和输出功能，可实时提供给用户所需道路该区域内的能见度值和隧道内的烟雾浓度，同时具有数据保存及完整的数据后期处理分析功能。目前主要的透射式能见度仪器主要采用分离模式的发射端和接收端，或者发射接收端一体再配合一个反射端的模式，均采用单个光源，单个或双个功率测量系统，基于角反射器的单端透射式能见度仪。因其理论完备性、成熟性，通常被作为是能见度测量标准测试设备，也常被用于校准和标定其他能见度探测仪器。该检测仪测量过程主要是通过测量光束通过一条固定的基线后的功率值的衰减量，以此测量固定基线上的大气消光参数，再通过公式得到能见度值。近年来出现了各种能够测量能见度的仪器设备，这些设备通过测试能见度的相关参量来推算能见度，其中包括透射式、前向散射式和后向散射式。透射式能见度仪又称为透射计、透射表，常被用于机场作为跑道视程的测量手段，透射式能见度仪，以厚度等于“基线”长度的气柱为样本。其工作原理是基于光辐射在大气传输中的透射比(透过率)测量，通过光对大气中多种消光粒子的透射，获取消光系数的数值，进而判定天气现象。透射式能见度仪可分为分体式和一体式两种。散射式能见度仪的工作原理是:仪器的发射器发出红外光辐射，对其临近的大气样本进行照射，大气样本中固、液、气态悬浮粒子对照射光辐射产生散射，散射量大小与悬浮粒子的尺寸和浓度相关，悬浮粒子的尺寸和浓度又与大气能见度相关，散射式能见度仪的接收器探测某一方向的散射信号，并根据具体角度上的散射信号与总散射量的关系确定总散射系数，最后按公式计算大气能见度。但由于入射光功率因为没有监控，会导致最后测量结果出现偏差。通常透射式能见度检测仪的光路可分为望远镜部分、激光发射部分和激光接收部分三部分，采用三轴共轴的光学结构，即望远镜光路，发射光路，接收光路完全共轴。传统的能见度观测方法主要还是以人眼目测为主，而且与人眼的视觉生理有关，是一个与人的视觉因素结合在一起的复杂的心理一物理现象。目前透射式能见度仪不方便照准目标，而且需要固定基线和合作目标。由于理论原理和测量方案，相比于其他能见度测量设备，透射式能见度仪最易受光学污染，而导致测量精度下降。光学玻璃污染主要发生在保护玻璃与空气的接触面上，光学污染会破坏接触面的透过率α。本专利技术是基于透射式能见度仪原理提出了一种新型的测量原理和装置。
技术实现思路
本专利技术的目的针对上述现有技术易受光学污染，导致测量精度下降的不足之处，提供一种能够减小光学污染对透射式能见度仪的影响，并能半定量测量自身光学污染情况，同时还能监控自身光路的失调情况的双端单基线透射式能见度仪。本专利技术的上述目的可以通过以下措施来达到，一种双端单基线透射式能见度仪，包括放置于两个端口上的两台相同模式的激光器和分别通过稳功仪、衰减片、偏振片进入聚焦特性的透镜组，且两台激光器分为两组共轴光路，其特征在于:第一组光路上的第一激光器21激光束依次通过第一稳功仪20、第一透镜组19后,经过第四分光棱镜18、第一 λ/4波片17、第一分光棱镜16、第一三角棱镜23折射进入第一保护玻璃22,—部分激光束通过保护玻璃透射，透射光经过基线长度为L的基线气柱13进入大气，同时透射到第二组光路下方的第二保护玻璃12，经45°第二三角棱镜11折射为平行光，平行光经第二分光棱镜10分光为90°垂直光进入P2功率测量系统5 ;另一部分激光束被从第一保护玻璃22反射，反射光依次经过第一三角棱镜23、第一分光棱镜16第一 λ/4波片17、第四分光棱镜18反射到P1功率测量系统6，第二组光路上的第二激光器I出射的激光束与第一组出射的光路通过相似的传输途径分别进入P4功率测量系统和P3功率测量系统，从而测量得到上述四项不同的功率值，通过计算测量得到的功率值量之间的数值关系，得到基线气柱的大气消光系数，经过迭代计算后得到能见度值。 本专利技术相比于现有技术具有如下有益效果。本专利技术基于透射式水平能见度的测量原理，提出双端单基线透射式能见度仪，创造性地将现有技术的单个发射系统和单个或两个功率测量系统改为两个发射系统和四套功率测量系统，测试结果得出，两路光路往返增加了水平气柱样本长度，扩大了能见度测量范围，有效提高了能见度测量精度。在保持现有技术结构紧凑的情况下，有效的将光学污染导致的误差大幅度减小。并且通过内部光功率的比较计算，获得了光学窗口污染情况的半定量结果，并且能够监控内外光路的失调情况。通过比对实验、理论分析和溯源校准，测试结果给出大气能见度实测结果，定量计算显示，能见度测量范围为0.1km~20km，在横向风速小于5m/s时,能见度在0.1km到5km范围内测量误差优于10%,能见度在6km到12km范围内测量误差优于18%，能见度在13km到20km范围内测量误差优于20%，与国外能见度仪的测量结果相关系数R为0.9904。在P1和P3端口测量结果与原始值误差小于50%时，光学污染导致的能见度测量误差小于3%。解决了现有透射式能见度系统对光学污染敏感，不能适应靶场、机场、野外等气候恶劣、清洗困难的环境工作的难题。本专利技术通过斗组功率测量系统得到的功率值^士丄丄之间的数值关系’可以分别求取得到待测量的能见度值，光学保护玻璃窗口的光学污染情况，避免或减小了光学污染导致的能见度测量误差。本专利技术双端出射光功率起伏控制在0.2%以内，出口光斑口径Φ30mm，透镜组焦距为287m，波长532nm，4组功率计测量相对误差小于0.5%，可放置基线范围为200m到270m之间，能见度测量范围为IOOm~23000m。本专利技术4套功率计测量结果相互计算得到能见度值，进一步避免或减少了光学窗口污染导致的测量误差。本专利技术利用其中2套功率计P1和P3测量结果进行计算后与标定值进行比较，并通SPjPP3测量结果的差值关系，可以发现激光输出功率是否出现失调和异常现象和得到光学保护玻璃与空气接触面的污染情况，以此判断测量误差和提醒清洗。本专利技术对4套功率测量系统通过相互比对实验得到相互测量结果的校准曲线，可保证4套功率测量结果相对误差小于0.4%。本专利技术采用由第二透镜组(3)组成的聚焦光学系统的光学系统，远场焦点尺寸小，光斑抖动绝对值小，光强起伏小。通过采用了激光器和稳功本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种双端单基线透射式能见度仪，包括放置于两个端口上的两台相同模式的激光器和分别通过稳功仪、衰减片、偏振片进入聚焦特性的透镜组，且两台激光器分为两组共轴光路，其特征在于：第一组光路上的第一激光器（21）激光束依次、第一稳功仪（20）通过透镜组（19）后，经过第四分光棱镜（18）、第一λ/4波片（17）、第一分光棱镜（16）、第一三角棱镜（23）折射进入第一保护玻璃（22），一部分激光束通过保护玻璃透射，透射光经过基线长度为L的基线气柱（13）进入大气，同时透射到第二组光路下方的第二保护玻璃（12），经45°第二三角棱镜（11）折射为平行光，平行光经第二分光棱镜（10））分光为90°垂直光进入P2功率测量系统（5）；另一部分激光束被从第一保护玻璃（22）反射，反射光依次经过第一三角棱镜（23）、第一分光棱镜（16）、第一λ/4波片（17）、第四分光棱镜（18）反射到P1功率测量系统（6），第二组光路上的第二激光器（1）出射的激光束与第一组出射的光路通过相似的传输途径分别进入P4功率测量系统和P3功率测量系统，从而测量得到上述四项不同的功率值，通过计算测量得到的功率值量之间的数值关系，得到基线气柱的大气消光系数，经过迭代计算后得到能见度值。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：赵琦，樊红英，蒋泽伟，孟庆安，张浩，胡绍云，
申请(专利权)人：西南技术物理研究所，
类型：发明
国别省市：
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