[发明专利]能见度定标仪、标校系统及基于其对产品机的标校方法

说明书

技术领域

本发明涉及能见度测量领域，尤其是涉及一种能见度定标仪、标校系统及基于其对产品机的标校方法。

背景技术

能见度仪是通过测量有限距离水平空气柱的消光系数而获得大气能见度值的仪器。而透射式能见度仪是最符合国际气象组织对能见度定义的一种器测能见度仪，其原理是通过采样一定长度L的水平空气柱，测量其消光系数σ来获得大气的气象光学距离MOR。气象光学距离即能见度MOR的定义是由白炽灯发出的色温2700K的平行光束的光通量在大气中削弱至初始值的5％所通过的路径长度，是一个与主观因素无关的物理量。

σ＝-lnT/L

MOR＝ln0.05/σ＝L*ln0.05/lnT

σ：大气消光系数；L为透射仪的测量基线长度；T为透射因子或衰减率或透射率是初始光通量B_0L与经过给定长度L的空气柱衰减后后剩余的光通量的比值T＝B_0L/B₀，实际测量中是通过光电二极管转化为输出电压之比，真空状态下时T＝1。

如图1所示，传统的透射式能见度仪测量光路是有一定发散角的光路，即其发射机1出射的光线为非准直光，具有一定发散角。发射机1与接收机2对准，且间距为基线长L，L一般为20～60米。然而，发射机1出射的光线并不能完全被接收机2的接收透镜21捕捉到，其准确性很难通过第三方得到确认。而目前并不存在一种能够有效通过第三方确认的且数据可靠性强的透射式能见度仪作为定标基准的定标仪及标校系统。

由于光学测量系统在多环节存在系统误差，且能见度仪的光机装配调试误差会造成仪器光路的变化，同时电子元器件及工艺的差异会造成能见度仪的系统偏差，必须对能见度仪进行准确的标定和校准，其中首次定标叫做标定，后期定标一般叫做校准。传统的对透射式能见度仪的标校方式有以下几种方法：

1.工作母机传递法。此方法的代表厂家为洛阳凯迈测控有限公司，方法具体过程为：1)校准能见度定标仪。通过训练后的能见度观测员提供较为准确的能见度数据，标校一台性能相对稳定的能见度仪作为能见度定标仪，俗称工作母机；2)对能见度仪的产品机定标。依据工作母机提供的实时能见度数据对需要标校的能见度仪进行实时标校，即完成对能见度仪产品机的标校。

显然，工作母机，即能见度定标仪的性能是关键因素，其测量准确性直接决定了对产品机是否符合要求的判断。然而此方法的不足在于：1)工作母机自身的精度难以保证，工作母机的精度依赖观测员获得数据对工作母机进行标校，而人对目标物的“能见”与“不能见”界限不明晰，加上视觉的对比视感阈值和照度阈值随照明条件和心理影响变化较大，因此能见度的人工目测来校准工作母机必然存在较大的误差；2)由于校准过程存在较大的人为因素，所以工作母机的准确性很难通过第三方得到确认，难以形成标准；3)工作母机的长期以及在各种气候环境下是否出现数据的漂移无法有效保证，校准过程受到天气、气候及场地环境因素的限制较大；4)笨重的工作母机很难完成对能见度仪的产品机的现场校准工作。

2.标准器标校法。散射式能见度仪的标定常采用标准反射屏的方式进行产品标校，校准装置包括：校准板、堵光板和安装架，标校检查一般是在高能见度端(零散射信号)和低能见度(高散射信号)两极限点抽样检查。堵光板用不透光的橡胶或金属材料制成，可堵塞发射器端头，故无散射信号射入接收器，以模拟零散射信号，用于高能见度测量情况的检查。校准板是用部分透明的玻璃或不透明的塑料材料制成，模拟高散射信号，用于低能见度测量信号的检查。其散射率可等同能见度值。安装架用于标准板的连接安装，校准板是标校的关键。

该方法的不足在于：1)基于散射仪制作的散射标准器和散射仪一样是间接获得能见度数据，存在转换误差，且和空气的散射不一致，空气中的部分气溶胶粒子对测量光束是吸收而不能散射。2)不同反光率的标准反光板等同散射率及能见度数据也缺乏说服力，很难获第三方的认可和监控。

3.自我标校法。此方案的代表厂家为芬兰的维萨拉公司。维萨拉的透射式能见度仪是目前我国国内主要的能见度仪进口机型，为降低设计制作难度，保证测量精度，其集成了透射仪和散射仪，采用双模式工作模式，在低能见度时(0-3000米)用透射模式输出能见度数据，在高能见度时(3000米以上)用散射模式输出能见度数据。标校时，用透射仪有很好精度区间的低能见度数据为散射仪标校，用散射仪有较好精度区间的高能见度数据为透射仪标校。