[发明专利]一种前向散射式能见度仪及参数确定方法

说明书

本发明公开了一种前向散射式能见度仪及参数确定方法，前向散射式能见度仪的发射单元为像素阵列式光源发射器，接收单元接收采样空间内的散射光强并转化为电信号，控制处理单元根据预设测量方程将电信号转换为能见度；前向散射式能见度仪的参数确定方法，包括：设置发射单元的参数及接收单元的参数；根据发射单元的参数及接收单元的参数建立取样空间模型；计算取样空间模型的取样体积，判断取样体积是否达到根据预设取样体积目标；当不满足时预设取样体积目标时调整发射单元及接收单元的参数，直至取样体积达到预设取样体积目标。本发明以散射取样空间特性参数化表征为中心思想的设计方法，能够极大程度上提高能见度仪的测量性能和仪器的可设计性。

技术领域

本发明涉及传感器技术领域，具体涉及一种前向散射式能见度仪及参数确定方法。

背景技术

通过散射形式测量大气消光系数再计算能见度值，是目前气象领域主流的观测方法。目前，散射式能见度仪为了简化测量方程，方便仪器的设计和理解，通常采用小取样容积设计，目的是使得测量方程中的仪器定标系数能够近似与功率密度和容量的乘积呈线性关系，使得仪器具有相对较好的线性特性。

基于单点光源方案大气散射取样空间特性主要是以取样容积(或取样体积)作为参数来表征特性的，散射取样空间是光与大气介质相互作用的空间，通常用容积来表示，表征了容纳大气的体积。散射式能见度传感器通过检测穿过测量取样容积(也称为采样体积或取样体积)(SV,Sampling Volume)内的大气粒子散射的光来获取大气的消光特性,取样容积是由仪器的发射单元和接收单元光学元件的尺寸、方向及结构决定的。仪器的特性曲线在整个量程范围内存在明显的非线性差异，为了获得近似线性的关系而采取的小取样容积设计并没有很好地消除仪器之间的非线性差异。

目前的散射式能见度的现有方案，无法形成准确的仪器性能指标标准的重要原因就是对仪器测量方程的参数表征不够清晰，没有准确理解测量方程中取样容积与功率密度特性对测量结果的影响特性。虽然采用了近似线性的小取样容积方案，却没有严格规定取样容积标准。基于单点光源的小取样容积方案限制了仪器的信号强度水平、仪器的光源功率利用效率，仪器的寿命，以及仪器的采样代表性。

发明内容

因此，本发明提供一种前向散射式能见度仪及参数确定方法，克服现有技术中前向散射式能见度仪光源功率利用效率低，采样性能差的缺陷。

第一方面，本发明实施例提供一种前向散射式能见度仪，包括：发射单元、接收单元及控制处理单元，其中，所述发射单元为像素阵列式光源发射器，接收单元接收采样空间内像素阵列式光源发射器发送的散射光强，并将散射光强转化为电信号，控制处理单元根据预设测量方程将电信号转换为能见度。

在一实施例中，所述像素阵列式光源发射器包括：准直光学元件及多个像素元件，根据准直光学元件及多个像素元件的集成方式，确定像素阵列式光源的光学合束方式。

第二方面，本发明实施例提供一种前向散射式能见度仪的参数确定方法，包括如下步骤：设置发射单元的参数及接收单元的参数；根据发射单元的参数及接收单元的参数建立取样空间模型；计算所述取样空间模型的取样体积并判断所述取样体积是否达到根据预设取样体积目标；当不满足时预设取样体积目标时调整发射单元及接收单元的参数，直至所述取样体积达到预设取样体积目标。

在一实施例中，设置发射单元的参数包括：根据准直光学元件及多个像素元件的集成方式，确定像素阵列式光源的光学合束方式；根据所述光学合束方式确定准直元件的参数；设置像素的参数及像素阵列的参数；调整所述准直元件的参数、像素的参数及像素阵列的参数，使得像素阵列式光源输出均匀化合束。

在一实施例中，所述准直光学元件及多个像素元件的集成方式包括：单个像素元件与准直光学元件集成一体后，再进行阵列排布，以及多个像素元件进行阵列排布后，再利用准直光学元件进行光束准直。

在一实施例中，像素的参数包括像素的形状及像素个数。