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波恩儀器散射式能見(jiàn)度儀原理

散射式能見(jiàn)度儀簡(jiǎn)介

散射式能見(jiàn)度儀是能見(jiàn)度測(cè)量?jī)x的一種，通過(guò)測(cè)量散射系數(shù)從而估算出氣象光學(xué)視程的儀器。大氣中光的衰減是由散射和吸收引起的，在一般情況下，吸收因子可以忽略，而經(jīng)由水滴反射，折射或衍射產(chǎn)生的散射現(xiàn)象是影響能見(jiàn)度的主要因素。故測(cè)量散射系數(shù)的儀器可用于估計(jì)氣象光學(xué)視程（MOR）。

散射式能見(jiàn)度儀主要用于氣象部門。具有價(jià)格低，安裝維護(hù)簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)。但也有采樣范圍小，準(zhǔn)確性受大氣懸浮粒子特性影響的缺點(diǎn)。

能見(jiàn)度的準(zhǔn)確測(cè)量在電力供應(yīng)、通訊工程、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等眾多領(lǐng)域有著極其重要的意義。在航空、航 海、高速公路等交通運(yùn)輸領(lǐng)域，能見(jiàn)度是關(guān)系到人員和設(shè)備安全的重要?dú)庀笠?；在地球的氣象研究、城市環(huán)境改善和沙塵暴監(jiān)測(cè)治理等部門，能見(jiàn)度也是重要的氣象參數(shù)。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，能見(jiàn)度儀已經(jīng)成為我軍科研、訓(xùn)練、作戰(zhàn)的重要軍事氣象保障裝備?！　?/p>

散射式能見(jiàn)度儀原理

能見(jiàn)度是與人的視覺(jué)因素緊密結(jié)合在一起的一種復(fù)雜的心理-物理現(xiàn)象，表示的是可視距離。根據(jù)柯西密德（Koschmieder）定律，對(duì)以水平天空為背景的黑體目標(biāo)物，目標(biāo)物和背景視亮度對(duì)比可以表示為：

經(jīng)對(duì)光的散射原理和大氣物理光學(xué)特性的進(jìn)一步研究和分析，并執(zhí)行世界氣象組織（WMO）和國(guó)際民航組織（ICAO）的有關(guān)規(guī)定，可以得出：

（a）根據(jù)對(duì)散射線函數(shù)的研究可知，在θ為30o~40o區(qū)間范圍為不敏感區(qū)，消光系數(shù)與散射系數(shù)的比值是不變的。

（b）在一定條件下，光的吸收效應(yīng)可以忽略，因而在工程應(yīng)用上，消光系數(shù)被認(rèn)為等于散射系數(shù)。

（c）對(duì)能見(jiàn)度觀測(cè)來(lái)講，視覺(jué)對(duì)比閾值選用0.05是合適的。

（d）只要能遮蔽來(lái)自其它光源的干擾，能見(jiàn)度觀測(cè)儀器在白天和夜間都可以使用。

前向散射能見(jiàn)度儀就是根據(jù)以上機(jī)理，并選擇合適的光源（波長(zhǎng)、光強(qiáng)）和光路結(jié)構(gòu)，通過(guò)檢測(cè)專用光源在指定大氣體積中的前向散射強(qiáng)度，以求得其散射系數(shù)，進(jìn)而根據(jù)相關(guān)數(shù)學(xué)模型演算出大氣能見(jiàn)度值。

散射式能見(jiàn)度儀分類

根據(jù)散射角度的不同，散射儀又可分為3種：前向散射儀、后向散射儀和總散射儀。前向散射儀以其體積小、性能價(jià)格比高而得到廣泛應(yīng)用，目前普遍應(yīng)用的前向散射儀可分為單光路和雙光路兩種。

波恩儀器公司研制的前向散射能見(jiàn)度儀是繼透射式能見(jiàn)度儀后發(fā)展起來(lái)的新一代大氣能見(jiàn)度檢測(cè)儀器，是我公司應(yīng)用光的大氣散射理論和紅外探測(cè)技術(shù)開(kāi)發(fā)的新產(chǎn)品。該設(shè)備通過(guò)了國(guó)家靶場(chǎng)全面性能考核、使用考核；設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用操作方便，人機(jī)界面友好，測(cè)量數(shù)據(jù)與人工觀測(cè)和國(guó)外同類設(shè)備測(cè)量結(jié)果具有較好的可比性，能對(duì)大氣能見(jiàn)度和機(jī)場(chǎng)跑道視程進(jìn)行快速、準(zhǔn)確、有效的測(cè)量和報(bào)告。

前向散射式能見(jiàn)度儀工作原理：其發(fā)射器以紅外LED作為光源，通過(guò)透鏡、經(jīng)脈沖調(diào)制后光源照射到采樣空間，采樣空間內(nèi)的氣溶膠粒子對(duì)光產(chǎn)生散射，散射量大小與氣溶膠粒子的尺寸、濃度相關(guān)，氣溶膠粒子的尺寸、濃度又與大氣能見(jiàn)度相關(guān)。散射光經(jīng)濾光片濾出、接收器探測(cè)到前向散射信號(hào)，并根據(jù)一定角度上的散射信號(hào)與總散射量的關(guān)系確定總散射系數(shù)，由CPU通過(guò)專門算法轉(zhuǎn)化為能見(jiàn)度值。其具有如下優(yōu)點(diǎn)：鏡頭污染對(duì)于測(cè)量效果的影響較小;探測(cè)范圍廣;結(jié)構(gòu)緊湊,易于調(diào)整等。當(dāng)然由于其也有一些先天的不足,比如因?yàn)椴蓸芋w積不大,所以對(duì)于一定范圍內(nèi)能見(jiàn)度的測(cè)量可能會(huì)出現(xiàn)以點(diǎn)代面的問(wèn)題;由于是用一定角度方向上的散射系數(shù)進(jìn)行比例放大后代替總的散射系數(shù),故在應(yīng)用時(shí)會(huì)引入相對(duì)的誤差。

前向散射能見(jiàn)度儀的發(fā)射器與接收器在成一定角度和一定距離的兩端。接收器不能接收到發(fā)射器直接發(fā)射和后向散射的光，而只能接收大氣的前向散射光。通過(guò)測(cè)量散射光強(qiáng)度，可以得出散射系數(shù)，從而估算出消光系數(shù)。