一种能见度仪光学天线表面清洁度的检测方法

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1、http://www.paper.edu.cn一种能见度仪光学天线表面清洁度的检测方法邓兴成姜宝钧周良福谈亚芳电子科技大学物理电子学院成都（610054）E-mail：dengxc@uestc.edu.cn摘要：能见度仪的光学天线长期曝露在大气之中，光学天线表面会附着尘土和水雾，在进行能见度测试时，必须检测光学天线表面的清洁度，以减小能见度测试的误差。本文介绍了一种采用光电方式检测能见度仪光学天线表面清洁度的方法。通过系统研制，证实了此方法的可行性。关键词：能见度仪，透射法，光学天线1．引言随着交通运输的迅速发展，安全工作也越来越受到

2、人们的重视，而冬天大雾对道路安全带来非常大的影响，因此，公路、机场及港口等场合往往需要对能见度进行实时监测，随之产生了能见度仪。2．能见度的测试方法目前，能见度通常采用的测试方法有前向散射法、后向散射法和透射法。前向散射法是通过测量一小部分大气中颗粒对发射光束的散射来得出气象光学能见度。[1][2]前向散射能见度仪的发射与接收光路如图1所示。光源发射光学天线接收光学天线光检测器前向散射光束大气发射光束图1前向散射能见度仪光路示意图发射光学天线与接收光学天线成一定的角度安装，发射光束在大气中传播时，受到大气中雾的散射，有部分散射光会入射

3、到接收光学天线中，光检测器将其转换成电信号，该信号经处理后可得到气象光学能见距离。前向散射能见度仪存在一定的缺点，观测时的大气采样体积非常小，不能完全代表外部的大气质量状态；其光源的发射功率较大，如果使用可见光光源，在应用于高速公路等场合时，夜晚有可能会影响司机的视野；因此，在散射式能见度[3]仪中，通常使用红外光源，而使用红外光时，计算误差较大。-1-http://www.paper.edu.cn如果要想使对发射光产生散射的大气有效体积大大增加，则应采用后向散射法。后向散射能见度仪通过检测发射光束经过路径上大气中的颗粒对发射光束的后

4、向散射光来获得气[3][3]象光学能见度。后向散射能见度仪的发射、接收光路如图2所示。后向散射能见度仪通常在其壳体的上面、下面或里面彼此并排并且几乎是平行地安装发射和接收光学天线。后向散射能见度仪对大气的采样体积要比其它方法大得多，因此，其测试误差较小。由于后向散射能见度仪的发射与接收光学天线要几乎平行的安装，安装、调试难度较大；此外，也存在着前向散射能见度仪发射功率大的问题。发射光学天线光源发射光束大气光检测器后向散射光束接收光学天线图2后向散射能见度仪光路示意图透射式能见度仪通过测量发射与接收天线间发射光束经过路径上的大气对其衰减

5、量来[3]获得气象光学能见度。透射式能见度仪的安装、调试较简单，发射功率小，一般在几mW～几十mW，可采用可见光源。我们研制的能见度仪采用透射法，其发射与接收系统框图如图3所示。透射法对大气采样的体积介于前向散射和后向散射法之间，其测试误差介于前向散射和后向散射能见度仪之间，但只要采取适当的信号处理方法，仍然可以达到很高的测试精度。光检测器1大气光源光检测器1放大放大12电路2电路1光源驱动透镜电信号接收端光学天线固定支架光功率控制光信号发射端嵌入式数据处理恒温GPRS数据传输图3透射式能见度仪系统框图-2-http://www.pa

6、per.edu.cn3．天线表面清洁度检测原理无论哪一种能见度仪，由于光学天线长期曝露在大气之中，光学天线表面会附着尘土和水雾，在进行能见度测试时，必须检测光学天线表面的清洁度，以减小能见度测试的误差。要减小能见度仪的测试误差，必须提高系统对大气衰减的检测精度，光学天线表面上的尘土、水雾等都将使接收信号被大大衰减，这种衰减造成能见度测试的附加误差。因此，光学天线表面清洁度的检测是能见度仪的一项重要技术内容。目前，我们还未查阅到与下面方法相同或相似的有关文献。能见度仪结构上包括发射端、接收端、信号采集与处理等部分。在对光学天线表面清洁度

7、检测中，分为发射端清洁度检测和接收端清洁度检测两部分，检测信号反映为发射与接收子系统输出的电压信号。光学天线清洁度的检测还必须包括光源发射光功率的自动控制，使光源的发射光功率保持稳定。3．1发射端发射端系统框图如图4所示。为了检测光学天线的表面清洁度，我们在发射与接收光学天线前面都加装了门机构，发射端检测清洁度的光检测器是安装在门机构上的光检测器1，检测清洁度的光源为系统测试能见度时所使用的光源1。发射端光检测的光敏面面积可能大于或小于发射光学天线的有效面积。（1）当发射光学天线的有效面积小等于发射端门机构上的光检测器光敏面面积时。光

8、检测器1光源1光检测器2放大电路112放大电路2光源驱动1透镜光学天线固定支架电信号光功率控制1恒温光信号信号采集与处理图4发射端系统框图在光学天线清洁的情况下，光检测器1安装在发射系统的门机构上，光检测器1产生的光电流