[实用新型]一种基于腔衰荡技术的大气能见度检测装置

说明书

技术领域

本实用新型属于光纤传感和能见度测量技术领域，特别涉及一种基于腔衰荡技术的大气能见度检测装置。

背景技术

能见度是一个重要的大气光学特性参数，也是影响人们日常生活和出行的一个重要气象参数。在公路交通、航空、航海、大气污染物监测等领域，都有对能见度测量的需求。对于能见度的定义有多种形式，其中比较科学的定义是所谓气象可见视程。气象可见视程定义为：色温为2700开尔文的白炽灯所发出的平行光在大气中传播，其功率衰减为初始值的5％时所传播的距离。

目前能见度仪主要有透射式能见度仪、散射式能见度仪、激光雷达能见度仪、基于图像处理的能见度仪等。

在先技术之一：透射法

光波在大气中传播时，大气中所含有的各种固体微粒和微小液滴会导致光波的散射和吸收，对某个固定方向的观察者来说，散射和吸收的效应都表现为接收到的光功率的衰减。因此，通过测量光功率的变化，可以得到大气能见度值，如图3a所示。这种方法是基于“气象可见视程”的定义的直接测量，所得到能见度数值最为可靠。透射法的问题在于测量困难，在能见度良好的时候，需要数公里的光程才能够让光波产生比较显著的衰减。对于实际的测量仪器，光程不过一米左右，因而需要极高的测量动态范围。考虑到光源功率波动、探测器效率变化、光源与探测器之间的方向失配、光学窗口的灰尘污染等因素，实际上几乎不可能利用这种原理制作出高精度的能见度仪。

在先技术之二：散射法

大气对光波的损耗主要是大气中所含有的各种固、液微粒的散射造成的，因此，通过测量散射光的功率，可以推算出大气能见度，如图3b所示。散射法的技术难度要低于透射法，是目前能见度测量的主流技术。但是，散射法是一种基于某种近似关系的间接测量，实际上散射法测量到的值与实际能见度的关系并非严格地一一对应。对于大多数情况，散射法的测量值是真实能见度的良好近似，但是对于被严重污染的大气，由于其组成与散射法所用的模型差别较大，因而会产生较大的偏差。此外，散射法也存在诸如光源功率波动、探测器效率变化、光学窗口的灰尘污染等问题。

在先技术之三：激光雷达法

激光雷达法也是某种散射法，测量光束的背向散射。其优点是可以测量较大范围内的能见度数据，缺点是价格昂贵，如果仅用于能见度的测量则是巨大的浪费。同时，也存在光源功率波动、光学窗口的灰尘污染等问题。

在先技术之四：图像处理法

图像处理法基于能见度的另一种定义：在光线充足的条件下，普通视力的观察者能够看清特定图形的最大距离。图像处理法需要使用一个数字摄像机模拟人眼，直接摄取选定目标物进行拍摄，并将图像输入计算机。计算机再对所获取的图像进行分析处理，获取能见度观测值。这种方法需要对远距离的物体成像，在某些应用场合，比如航海领域，并不是总能找到合适的目标物。

实用新型内容

为了解决背景技术中所存在的问题，本实用新型提出一种结构紧凑、精度较高、性能稳定，适用于公路交通、航海、航空、大气污染物监测等领域的基于腔衰荡技术的大气能见度检测装置。

本实用新型的技术方案如下：

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样本能见度值的数据处理单元。

上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。

上述谐振腔为光学谐振腔；所述光源与光学谐振腔之间设置有导入准直器；所述光学谐振腔和光电探测器之间设置有导出准直器。

上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。

上述特种光纤为光子晶体光纤，D型光纤。

上述导入光纤和导出光纤均采用单模光纤。

本实用新型的优点是：

1、本实用新型的利用光学谐振腔对光波的多次反射，极大地增加了吸收光程。这使得该系统的检测灵敏度大大提高。

2、本实用新型的装置仅与谐振腔本身参数的函数有关，与光源功率无关，与探测器的光电转换效率也无关，因此，不易受光源波动等因素的影响：。