[发明专利]一种基于腔衰荡技术的大气能见度检测装置及应用方法

权利要求书

1.一种基于腔衰荡技术的大气能见度检测装置，其特征在于：包括依次设置的光源、谐振腔、光电探测器以及用于将光损耗数据进行计算得到被探测环境中的能见度值的数据处理单元。

2.根据权利要求1所述的基于腔衰荡技术的能见度检测装置，其特征在于：所述检测装置还包括设置在光源和谐振腔之间的导入光纤以及设置在谐振腔和光学探测器之间的导出光纤。

3.根据权利要求2所述的基于腔衰荡技术的能见度检测装置，其特征在于：所述谐振腔为光学谐振腔；所述导入光纤与光学谐振腔之间设置有导入准直器；所述光学谐振腔和导出光纤之间设置有导出准直器。

4.根据权利要求1所述的基于腔衰荡技术的能见度检测装置，其特征在于：所述谐振腔为光纤谐振腔；所述光纤谐振腔包括第一耦合器、特种光纤以及第二耦合器；所述第一耦合器的输入端与导入光纤连接，第一耦合器的输出端与特种光纤的输入端连接；所述特种光纤的输出端与第二耦合器的输入端连接；所述第二耦合器的输出端分别于第一耦合器的输入端和光学探测器连接；所述特种光纤用于使光波与外界环境中的待测样本接触和吸收。

5.根据权利要求3或4任一权利要求所述的基于腔衰荡技术的能见度检测装置，其特征在于：所述导入光纤和导出光纤均采用单模光纤。

6.根据权利要求5所述的基于腔衰荡技术的能见度检测装置，其特征在于：所述特种光纤为光子晶体光纤，D型光纤。

7.基于权利要求1所述的基于腔衰荡技术的能见度检测装置的应用方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)光电探测器接收光源发射出的经过谐振腔衰减处理后的光信号；

2)光电探测器将步骤1)中光信号转换为电信号，并将电信号传输至数据处理单元；

3)数据处理单元对步骤2)中的电信号进行处理，得到被测环境中的能见度数值；具体步骤如下：

3.1)测量谐振腔的输出光信号强度随时间的变化关系；根据物理光学的理论，其关系一定具有如下形式：

I(t)=I0exp(-tτ)]]>

式中：τ为衰荡时间常数；I₀为t＝0时刻的光强；I(t)为光强；t为时间；

3.2)根据步骤3.1)，利用光强I(t)随时间变化的数据计算出衰荡时间常数τ，具体计算如下所示：

τ=nLC(αL-lnR)]]>

式中：n为被测样本的折射率，L为谐振腔的腔长，C为真空中光速，R为谐振腔内两个反射镜的反射率(假设相等)，α为被测样本的吸收系数；

3.3)根据步骤3.2)中得到的衰荡时间常数τ，反推出谐振腔内被测样本的吸收系数α，具体关系式如下：

α=1L(nLCτ+lnR)]]>

3.4)根据步骤3.3)被测样本的吸收系数等效于大气消光系数，再根据标准大气能见度与大气消光系数之间的关系式，确定能见度与衰荡常数的关系，如下：

V=3.9121L(nLCτ+lnR)]]>

式中：V代表被测样本的能见度数值。