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波恩儀器散射式能見度儀原理

散射式能見度儀簡介

散射式能見度儀是能見度測量儀的一種，通過測量散射系數(shù)從而估算出氣象光學視程的儀器。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，而經由水滴反射，折射或衍射產生的散射現(xiàn)象是影響能見度的主要因素。故測量散射系數(shù)的儀器可用于估計氣象光學視程（MOR）。

散射式能見度儀主要用于氣象部門。具有價格低，安裝維護簡單的優(yōu)點。但也有采樣范圍小，準確性受大氣懸浮粒子特性影響的缺點。

能見度的準確測量在電力供應、通訊工程、工農業(yè)生產等眾多領域有著極其重要的意義。在航空、航 海、高速公路等交通運輸領域，能見度是關系到人員和設備安全的重要氣象要素；在地球的氣象研究、城市環(huán)境改善和沙塵暴監(jiān)測治理等部門，能見度也是重要的氣象參數(shù)。隨著現(xiàn)代科學技術的發(fā)展，能見度儀已經成為我軍科研、訓練、作戰(zhàn)的重要軍事氣象保障裝備。　　

散射式能見度儀原理

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

經對光的散射原理和大氣物理光學特性的進一步研究和分析，并執(zhí)行世界氣象組織（WMO）和國際民航組織（ICAO）的有關規(guī)定，可以得出：

（a）根據(jù)對散射線函數(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，光的吸收效應可以忽略，因而在工程應用上，消光系數(shù)被認為等于散射系數(shù)。

（c）對能見度觀測來講，視覺對比閾值選用0.05是合適的。

（d）只要能遮蔽來自其它光源的干擾，能見度觀測儀器在白天和夜間都可以使用。

前向散射能見度儀就是根據(jù)以上機理，并選擇合適的光源（波長、光強）和光路結構，通過檢測專用光源在指定大氣體積中的前向散射強度，以求得其散射系數(shù)，進而根據(jù)相關數(shù)學模型演算出大氣能見度值。

散射式能見度儀分類

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、性能價格比高而得到廣泛應用，目前普遍應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度儀是繼透射式能見度儀后發(fā)展起來的新一代大氣能見度檢測儀器，是我公司應用光的大氣散射理論和紅外探測技術開發(fā)的新產品。該設備通過了國家靶場全面性能考核、使用考核；設備結構簡單，使用操作方便，人機界面友好，測量數(shù)據(jù)與人工觀測和國外同類設備測量結果具有較好的可比性，能對大氣能見度和機場跑道視程進行快速、準確、有效的測量和報告。

前向散射式能見度儀工作原理：其發(fā)射器以紅外LED作為光源，通過透鏡、經脈沖調制后光源照射到采樣空間，采樣空間內的氣溶膠粒子對光產生散射，散射量大小與氣溶膠粒子的尺寸、濃度相關，氣溶膠粒子的尺寸、濃度又與大氣能見度相關。散射光經濾光片濾出、接收器探測到前向散射信號，并根據(jù)一定角度上的散射信號與總散射量的關系確定總散射系數(shù)，由CPU通過專門算法轉化為能見度值。其具有如下優(yōu)點：鏡頭污染對于測量效果的影響較小;探測范圍廣;結構緊湊,易于調整等。當然由于其也有一些先天的不足,比如因為采樣體積不大,所以對于一定范圍內能見度的測量可能會出現(xiàn)以點代面的問題;由于是用一定角度方向上的散射系數(shù)進行比例放大后代替總的散射系數(shù),故在應用時會引入相對的誤差。

前向散射能見度儀的發(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。通過測量散射光強度，可以得出散射系數(shù)，從而估算出消光系數(shù)。