基于气溶胶前向散射的能见度测量仪的研制

发布时间：2020-10-08 15:28

　　能见度作为气象观测学的主要指标,其测量的准确性对航运、航天、航空、路面交通等生产生活有着至关重要的作用。随着近几年我国经济的快速发展,雾霾现象愈发严重,这也对能见度检测设备提出了更高的要求。传统透射式能见度检测方法因场地要求严格、成本高昂等原因,无法满足大批量多点布控的需求。本文分析了目前能见度检测的几种方法,并基于气溶胶前向散射原理,研制了一种体积小巧、适用面广、便于布控、性能稳定的能见度测量仪。首先,本文介绍了能见度仪的研究现状和前向散射能见度仪的测量理论,并根据能见度的测量理论设计了一种前向散射原理的能见度仪。本能见度仪的硬件部分主要由发射端、接收端、信号处理电路以及显示输出部分组成。其基本原理是:发射端发出经过调制的红外光脉冲,由于大气的散射效应,光脉冲经由散射,被与发射端夹角为35°的红外接收器件接收,并通过信号放大电路将光信号转化为电信号,并放大到合适倍数。随后应用弱光检测常用的锁相放大电路将接收信号从噪声中提取出来,利用PIC单片机自带的A/D模块将两路电压信号转换为数字信号。其次,设计了能见度测量仪的软件系统。在下位机程序里主要进行AD采样、能见度计算和UART数据传输,在上位机程序里,主要使用VC自带的MFC应用程序进行编程,利用MSCcomm控件实现串口发送和接收,并与硬件系统联合工作实现能见度测量仪的测量、计算和显示等基本功能。最后,本文在完成光路和电路调试后,进行了能见度测量的实验,并对测量过程中存在的误差和干扰提出了解决方法。实验表明,本能见度测量仪的技术指标满足设计要求,测量范围为(10~10000)m,测量误差小于±20%,能够实现基本的能见度测量功能。
【学位单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2017
【中图分类】：TH765.83
【部分图文】：

能见度仪,前向散射,原理框图

图 1-1 前向散射式能见度仪原理框图要有下列 4 点：测量理论。具体有能见度的基本理念、测量方。仪的硬件设计。包括发射模块、接收模块、锁相电路的设计、电源电路的设计。仪的软件设计。包括 AD 采样程序、串口传输计。仪的结构设计。包括发射端的结构设计、接收构设计。标：围：(10~10000)m；差：MPE：±20%；压：± 12VDC；境温度：(-20~+50)°C；

示意图,发射光

（6）理想的光源应当具备良好的工源的内部系统之间的电路和线路之间的的机械特性和抗震性好坏。经过分析，本文选择了 LED 灯珠作的辐射功率，其使用寿命和发光面积也种半导体元件具有优良的特性，同其他电压和低阻抗性，因此发光二极管在使仅如此，红外 LED 光源具有体积小，重计选取 LED 近红外发光二极管作为能见统示意图如图 3-2 所示，红外 LED 光源的焦点处，使发射端光线近似平行发出

电路图,多谐振荡器,电路,调制电路

LED 置于物镜的焦点处，使发射端光线近似平行发出。图 3-2 发射光学系统示意图3.2.2 调制电路接收端应用到了锁相放大技术来获取微弱的光电信号，因此必须使参考信号和输入信号的频率相同，故需要对红外 LED 进行调制。调制电路由 555 多谐振荡器、双 D 触发器构成。调制电路由 555 定时器构成的多谐振荡器和一个双 D 触发器组成，并利用方波进行调制。555 多谐振荡器电路如图 3-3 所示， 555 定时器的型号为- 19 -

【参考文献】