[发明专利]智能化前散能见度仪及智能化前散能见度测量方法

说明书

本发明提供了一种智能化前散能见度仪及智能化前散能见度测量方法，包括：近红外光源、近红外传感器、处理器和供电单元；处理器高频采样获取发射光强测量值，并对近红外传感器输出的前向散射光强测量值进行高频采样，根据所述前向散射光强测量值与发射光强测量值的比值计算出前向散射值；根据前向散射值随时间变化信息，判断是否存在降水情况、存在降水情况下的降水粒子下降速度、降水粒子类型及降水粒子尺寸；根据降水粒子类型和降水粒子尺寸选择对应的相函数，利用前向散射值计算得到散射系数；进而求得能见度。本发明中前散能见度仪及前散能见度测量方法，根据实际天气情况智能化计算出能见度值，测量精度高，量程大，成本低。

技术领域

本发明涉及一种能见度测量装置和方法，特别涉及一种智能化前散能见度仪及智能化前散能见度测量方法，适用于降水天气下对能见度的精确测量。

背景技术

传统的前向散射能见度仪如图1所示，采用近红外光源发射光束，经过大气采样区的散射在接收端形成一定前向散射光强，根据大气采样区的前向散射能力，按照固定的模型反演计算出消光系数，进而得出能见度。传统的前向散射能见度仪在由前向散射光强测量反演计算消光系数时，主要基于晴空大气分子、球形细小水球的瑞利散射原理，利用前向散射光强分量反演计算出散射系数，进而得出气象能见度信息；对于降水天气，在能见度采样区发生前向散射作用的主要为大颗粒降水粒子形成的米氏散射或无选择性散射，此时前向散射分量迅速增大，传统能见度仪反演计算出的散射系数值被显著高估，造成测量出的能见度值相对实际真值大幅偏低，测量误差严重受不同降水粒子类型影响，部分条件下误差超过100％。

传统的透射能见度仪通过直接测量大气的衰减而得到消光系数，即不需要由前向散射信息反演计算消光系数，但为了能比较准确的测量大气的衰减，就需要发射单元和接收单元分置间隔几十米，对发射-接收光路的安装部署地空间要求高，设备量较大，维护不方便，并且测量量程小。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明人进行了锐意研究，提供了一种智能化前散能见度仪及智能化前散能见度测量方法，以解决传统前向散射能见度仪/能见度测量方法在降水条件下测量误差大，以及透射能见度仪/能见度测量方法对安装部署地空间要求高、设备量较大、维护不方便、并且测量量程小的问题。本发明中的智能化前散能见度仪的近红外传感器接收光路与近红外光源的发射光束交叉重合，形成特定三维形状分布、特定厚度的大气采样区；通过在非降水/降水条件下分别测量大气采样区内粒子的前向散射光强信息，识别出是否发生降水及降水粒子下降速度、降水粒子类型、降水粒子尺寸，基于降水粒子类型和降水粒子尺寸，反演消光系数计算模型，体现了前向散射式能见度仪根据实际天气情况智能化计算出能见度值的特点，测量精度高，量程大，成本低，从而完成本发明。

本发明的目的在于提供以下技术方案：

第一方面，一种智能化前散能见度仪，包括：近红外光源、近红外传感器、处理器和供电单元：

近红外光源，用于向大气中连续发射近红外光束；

近红外传感器，用于接收近红外光源的发射光束在大气中的前向散射光，得到前向散射光强测量值；其中，近红外传感器的光轴与近红外光源的光轴交叉，使发射光束与接收光路交叉重合，形成的大气采样区呈水平放置的菱形方体；

处理器，用于对近红外光源的信号强度进行高频采样获取发射光强测量值，并对近红外传感器输出的前向散射光强测量值进行高频采样，根据所述前向散射光强测量值与发射光强测量值的比值计算出前向散射值；根据前向散射值随时间变化信息，判断是否存在降水情况及存在降水情况下的降水粒子下降速度；根据降水粒子下降速度计算降水粒子尺寸，根据降水粒子下降速度结合前向散射值阶跃变化频率识别出降水粒子类型；根据降水粒子类型和降水粒子尺寸选择对应的相函数，利用前向散射值计算得到散射系数；根据散射系数近似为消光系数，利用能见度与消光系数的关系式，求得能见度；

供电单元，用于向近红外光源、近红外传感器和处理器提供电能，或者将外部电能转化为所需电能。