[发明专利]一种多功能高精度大气能见度仪及能见度测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及能见度仪技术领域，具体涉及一种多功能高精度大气能见度仪及能见度测量方法。

背景技术

随着社会经济的发展，能源消耗的增多，环境污染日益加剧，近年来，我国的灰霾天气频发，呈现出爆发频次高、过程发展快、持续时间长、影响范围广等特点。频繁的灰霾天气导致能见度降低，显著提高了飞机迷航、航班延误、车辆碰擦等事件的发生概率，造成了重大的经济损失和极为恶劣的社会影响。灰霾问题已日趋成为当前社会公众普遍重视的灾害性天气现象。能见度仪的诞生，极大地缓解了灰霾天气下人们出行和交通运输中存在的困难。采用仪器测量能见度的方式取代传统人工目测的方法，不仅保证了能见度监测的准确性，还可确保监测的即时性和长效性，是保障出行安全的一大重要举措。

随着光电子技术的发展与机械工艺的进步，越来越多的高精度、宽量程能见度仪被设计出来。如美国Belfort公司的Model6000能见度测量仪，采用前向散射技术，主要应用于港口等场所；芬兰VAISALA公司的FD12P能见度仪，同样采用前向散射技术，不仅用于交通领域，还作为常规的气象学科学监测仪器得到广泛的应用。国内从上个世纪六十年代开始进行能见度测量仪器的研究，1991年，中科院大气物理研究所成功研制了一台激光雷达式能见度仪。随后，洛阳迈凯公司、安徽光学精密机械研究所、锦州阳光科技公司等都相继有能见度探测仪器问世。现今市面上的能见度探测设备大都采用透射式或者前向散射式，而基于这两种探测机制，会造成探测位置固定、量程小、现场调试困难和探测误差较大等问题，限制了能见度仪的使用范围和推广应用；且其体积较大和安装过程复杂。同时，能见度的反演多采用Collis、Klett和Fernald这三种基本的反演算法：Collis斜率法的反演前提是大气均匀分布，而实际的大气情况往往不是均匀的，反演结果必定存在较大的偏差；Klett法和Fernald法可用于实际大气消光系数的反演，但都需要首先确定消光系数边界值，边界值的选取关系到最终能见度的求解精度。因此，研制体积小、重量轻、低成本和高精度的大气能见度仪，对拓展其应用前景、实现市场化具有重要意义，并对陆地交通、航海、航空、气象等方面具有重要的指导意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足提供一种多功能高精度大气能见度仪及能见度测量方法，本发明体积小、重量轻、多功能、低成本和测量精度高。

为实现上述技术目的，本发明采取的技术方案为：

一种多功能高精度大气能见度仪，包括外壳，所述外壳的内部设有电源、电源控制器、望远镜、激光触发器、激光器、耦合器、第一聚焦透镜、第二聚焦透镜、窄带滤光片、FPGA核心控制与数据处理模块、光电探测器和外部环境探测模块，所述外壳的右侧表面设有安装孔，所述望远镜的镜头固定在外壳的安装孔内，所述外壳的前侧表面设有激光触发器按键和液晶显示屏，所述电源通过电源控制器分别与所述激光触发器、激光器、光电探测器、FPGA核心控制与数据处理模块、外部环境探测模块和液晶显示屏电连接，所述激光触发器按键和FPGA核心控制与数据处理模块电连接，所述FPGA核心控制与数据处理模块和激光触发器电连接，所述激光触发器和激光器电连接且激光器用于产生激光束并发射激光束到耦合器，所述耦合器的焦点处设置有收发一体同轴光纤束的发射端，所述收发一体同轴光纤束的公共端位于望远镜的焦点处，所述收发一体同轴光纤束的接收端位于第一聚焦透镜的焦点处，所述窄带滤光片安装在第一聚焦透镜和第二聚焦透镜之间，所述第二聚焦透镜安装在窄带滤光片和光电探测器之间，所述光电探测器和FPGA核心控制与数据处理模块电连接，所述外部环境探测模块和FPGA核心控制与数据处理模块电连接，所述FPGA核心控制与数据处理模块和液晶显示屏电连接。

作为本发明进一步改进的技术方案，所述FPGA核心控制与数据处理模块包括A/D模数转换模块、FIFO存储器、能见度反演数据处理系统、液晶显示屏控制模块、按键控制模块、存储器和串行通信模块，所述A/D模数转换模块分别与外部环境探测模块和FIFO存储器电连接，所述FIFO存储器与能见度反演数据处理系统电连接，所述能见度反演数据处理系统分别与存储器和液晶显示屏控制模块电连接，所述存储器与串行通信模块电连接，所述液晶显示屏控制模块与液晶显示屏电连接，所述激光触发器按键通过按键控制模块与激光触发器电连接。