[发明专利]一种大气能见度与湍流同步测量系统及测量方法

说明书

本发明公开了一种大气能见度与湍流同步测量系统及测量方法，测量系统包括电源模块、模拟电路模块、数字电路模块和上位机，其中，电源模块用于模拟电路模块和数字电路模块的供电，模拟电路模块用于将光信号转换为可靠的电信号，数字电路模块用于连接模拟电路模块和上位机，并控制调节环境温度和湿度；上位机用于对数据进行处理和存储。本发明电路结构简单，便携性好，即插即用，测量精度高，可以实时显示并处理数据，并可直接按时间提取处理数据。

技术领域

本发明涉及能见度与湍流的测量系统及方法，具体的涉及一种大气能见度与湍流同步测量系统及测量方法。

背景技术

能见度与湍流是大气研究中的两个重要参数，是空气质量预报、气候环境模式和边界层研究中重要的气象因子。能见度反映大气的浑浊程度，对近地面污染程度有重要参考价值。大气能见度与大气透明度有关，它反映了大气消光或衰减特性，直接关系到气溶胶的负荷。大气能见度表征了大气污染的严重程度，是大气环境预测和污染监测中的一个重要气象参数。大气湍流是大气中运动的重要形式之一，其强度由大气折射率结构常数定量描述。大气湍流是目前尚未解决的世纪问题，许多科学家们都致力于大气湍流的研究，特别是光在湍流大气中传播的问题是大气光学中最困难的部分之一。

测量大气能见度的仪器主要分为前向散射式能见度仪和透射式能见度仪。前向散射式能见度仪具有安装方便、结构紧凑、体积小、成本低的优点，但是其测量原理导致其测量误差较大。透射式能见度仪直接探测大气的透过率，测量精度比较高，但是并未考虑到大气流场的影响，容易造成测量偏差。造成这种偏差的主要原因是气溶胶粒子与湍流气团之间的相互阻力，从而影响了传输测量。因而一个可以同时测量能见度与湍流的系统非常重要。

仅仅是单独的能见度仪或者闪烁仪成本都非常高，其成本都非常高。成本无非是发射端与接收端的光路设计，还有接收端的传感器，电路，采集模块。其中为了保证测量精度，传感器与采集这块花费了很大的成本。

发明内容

发明目的：为解决现有技术的不足，提供一种测量精度高且成本低的大气能见度与湍流同步测量系统及测量方法。

技术方案：为实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：

一种大气能见度与湍流同步测量系统，包括：电源模块、模拟电路模块、数字电路模块和上位机，其中，电源模块用于模拟电路模块和数字电路模块的供电，模拟电路模块用于将光信号转换为可靠的电信号，数字电路模块用于连接模拟电路模块和上位机，并控制调节环境温度和湿度；上位机用于对数据进行处理和存储。

优选的，所述模拟电路模块包括光电变换电路、I/V转换电路、电压放大电路、滤波电路和电压跟随器，光电变换电路将接收到的入射光转换为电流信号输出给I/V转换电路，I/V转换电路将接收到的电流信号转换为电压信号，然后经过电压放大电路后输出放大信号至滤波电路，经过滤波后的电压信号输入至电压跟随器，然后输出至数字电路模块。

优选的，所述数字电路模块包括单片机、温度湿度感应模块和USB接口模块，其中单片机内置A/D转换模块，模拟电路模块输入的模拟电压信号经过该A/D转换模块后转换为单片机可以处理的数字信号，另一方面，温度湿度感应模块将采集到的大气温度湿度信息传递给单片机，单片机对接收到的电信号和温度湿度信号进行处理后，通过USB接口模块输出信号至上位机；同时，单片机将上位机的指令反馈给温度湿度感应模块，反过来调节测量仪器内的环境温度与环境湿度。

优选的，所述上位机包括数据处理模块、存储模块、显示模块和历史数据处理模块，其中显示模块包括能见度显示、消光系数显示和显示，上位机接收到数字电路模块发送来的数字信号后，经过数据处理模块的处理后一方面储存至存储模块，另一方面通过显示模块进行能见度、消光系数和的显示；历史数据处理模块根据需要直接按时间提取存储模块中的数据并进行数据处理。

本发明另一实施例中，一种采用上述大气能见度与湍流同步测量系统的测量方法，包括以下步骤：