專利名稱：一種能見度儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種能見度儀，特別是一種小型激光能見度儀，屬于光學(xué)及電子測量技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
能見度測量在航空、航海、高速路等交通領(lǐng)域的安全方面和研究大氣污染方面具有重大意義。能見度測量的結(jié)果決定了機場、港口和高速路的開放和關(guān)閉，是各類運輸裝備的駕駛?cè)藛T進(jìn)行操作所參考的氣象要素。較長時間以來，準(zhǔn)氣象部門由于缺少相關(guān)的觀測儀器只能通過觀察人工預(yù)置的黑樁進(jìn)行能見度的判斷，測量結(jié)果存在較大誤差。近年來出現(xiàn)了各種能夠測量能見度的儀器設(shè)備，這些設(shè)備通過測試能見度的相關(guān)參量來推算能見度，其中包括透射式、前向散射式和后向散射式。透射式能見度儀，又稱為透射計、透射表，常被用于機場作為跑道視程的測量手段，透射式能見度儀，以厚度等于“基線”長度的氣柱為樣本。其工作原理是基于光輻射在大氣傳輸中的透射比(透過率)測量。透射式能見度儀可分為分體式和一體式兩種。分體式透射式能見度儀，又稱雙端透射式能見度儀，由發(fā)射器和接收器兩主要部件構(gòu)成，發(fā)射器位于被測大氣水平氣柱樣本(基線)的一端，接收器位于基線的另一端，發(fā)射器發(fā)出的光輻射脈沖，通過大氣水平氣柱而被接收器探測，比較光輻射的初始功率與被接受器探測到的被大氣水平柱衰減后的光輻射功率(信號)，即可確定大氣透射比，從而算出大氣能見度。在低能見度條件下精度較高，但是存在的缺點是:1、發(fā)射器和接收器必須分體安裝，現(xiàn)場調(diào)校比較困難；2、受大氣樣本基線長度限制，測量范圍小。一體式透射式能見度儀，又稱單端透射式能見度儀，由發(fā)射器、反射器和接收器等主要部件構(gòu)成，發(fā)射器和接收器組合在一體，位于被測大氣樣本的水平氣柱(基線)的同一端，反射器即反射椎體棱鏡裝在基線的另外一端，不對大氣做均勻假設(shè)，直接探測大氣透過率和消光系數(shù)。其存在的缺點是:1、安裝調(diào)試?yán)щy，發(fā)射器和接收器很難準(zhǔn)確對準(zhǔn)反射器中心。2、發(fā)射和接受光路往往不同軸，帶來測量誤差。3、必須要有反射器配合。4、必須要建立基線。散射式能見度儀的工作原理是:儀器的發(fā)射器發(fā)出紅外光輻射，對其臨近的大氣樣本進(jìn)行照射，大氣樣本中固、液、氣態(tài)懸浮粒子對照射光輻射產(chǎn)生散射，散射量大小與懸浮粒子的尺寸和濃度相關(guān)，懸浮粒子的尺寸和濃度又與大氣能見度相關(guān)，散射式能見度儀的接收器探測某一方向的散射信號，并根據(jù)具體角度上的散射信號與總散射量的關(guān)系確定總散射系數(shù)，最后按公式計算大氣能見度。前向散射式能見度儀將發(fā)射器和接收器組合一體，裝在同一支架上，工作角度選取在35 55度散射角域內(nèi)，在發(fā)射和接收光路交匯處形成采樣空間，缺點是采樣體積非常小。后向散射式能見度儀的發(fā)射器向上傾斜與接收器的光軸大約在15米的距離上相交，后向散射式雖然將發(fā)射/接收的空間相對位置增加到15米，但采樣空氣體積加大，氣象代表性仍然不夠。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的是提供一種能見度儀，可以提高能見度測量的準(zhǔn)確性，縮小能見度儀的體積，降低能見度儀的功耗，方便安裝調(diào)試，解決了目前透射式能見度儀不能準(zhǔn)確對準(zhǔn)目標(biāo)，需要基線，需要合作目標(biāo)的問題，還解決了散射式能見度儀采樣體積小，功耗大的問題。本實用新型的一種能見度儀，包括主體、鏡頭組和顯示屏，鏡頭組貫穿主體，主體側(cè)面上方有顯示屏，所述的鏡頭組包括物鏡組、發(fā)射及接收裝置、分光鏡、物鏡調(diào)焦鏡、轉(zhuǎn)像棱鏡、分劃板、目鏡組、45度反射鏡、光量衰減機構(gòu)、內(nèi)外光路切換機構(gòu)、發(fā)射光聚焦鏡、LED發(fā)光二級管和APD接收器；所述的物鏡組、發(fā)射及接收裝置、分光鏡、物鏡調(diào)焦鏡和轉(zhuǎn)像棱鏡依次固定在一水平軸線上，轉(zhuǎn)像棱鏡后方有分劃板和目鏡組；所述的發(fā)射及接收裝置包括發(fā)射棱鏡和接收棱鏡；所述的45度反射鏡、光量衰減機構(gòu)、內(nèi)外光路切換機構(gòu)、發(fā)射光聚焦鏡和LED發(fā)光二級管位于另一條水平軸線上，45度反射鏡與發(fā)射及接收裝置的發(fā)射棱鏡垂直，Aro接收器布置在內(nèi)外光路切換機構(gòu)的發(fā)射光路下方，發(fā)射及接收裝置的接收棱鏡的發(fā)射光路也匯聚在APD接收器。所述的分光鏡反射面鍍有跟LED發(fā)光管相同波長的半透半反膜，使得激光部分可以全部反射，可見光全部透過。所述的發(fā)射及接收裝置的發(fā)射棱鏡和接收棱鏡都是45度棱鏡，其中發(fā)射棱鏡的斜邊在左上方，接收棱鏡的斜邊在右下方。所述的分劃板為十字絲分劃板。所述的主體上有數(shù)據(jù)處理接口及電源口。所述主體的底部設(shè)有固定連接支架，固定連接支架由立柱和底座組成,立柱一端固定于主體上，另一端垂直固定于底座上。本實用新型的一種能見度儀，配有液晶顯示屏，可以直觀的顯示當(dāng)前的能見度和實測距離，另外，具有多種數(shù)據(jù)接口(RS232，RS485，4-20MA電流輸出等)以及GPRS或無線數(shù)傳模塊接口等，可以實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。本實用新型的一種能見度儀，其光路可分為望遠(yuǎn)鏡部分、激光發(fā)射部分和激光接收部分三部分，采用三軸共軸的光學(xué)結(jié)構(gòu)，即望遠(yuǎn)鏡光路，發(fā)射光路，接收光路完全共軸。本實用新型的一種能見度儀的望遠(yuǎn)鏡部分，可以解決目標(biāo)準(zhǔn)確對準(zhǔn)的問題，該部分光路需通過物鏡組、分光鏡、物鏡調(diào)焦鏡、轉(zhuǎn)像棱鏡、分劃板和目鏡組來完成，其中分光鏡的反射面鍍有半透半反膜，使得激光部分可以全部反射，可見光全部透過，這樣就可以使人眼通過目鏡組看到目標(biāo)，通過調(diào)整物鏡調(diào)焦鏡，可以將目標(biāo)調(diào)整到最清晰的狀態(tài)；另外，在目鏡組前有分劃板，通過調(diào)整整機的位置可以使望遠(yuǎn)鏡部分的中心跟目標(biāo)或反射器中心重
口 o本實用新型的一種能見度儀的發(fā)射光路部分，需要物鏡組、發(fā)射及接收裝置、45度反射鏡、光量衰減機構(gòu)、內(nèi)外光路切換機構(gòu)、發(fā)射光聚焦鏡、LED發(fā)光二極管及光纖來完成。啟動測量時，激光二極管產(chǎn)生光信號(脈沖信號，或者連續(xù)的調(diào)制信號)，通過發(fā)射光聚焦鏡，使得點光源變成了平行光，在測量的同時，內(nèi)外光路切換機構(gòu)開始工作，光路切換機構(gòu)的直流馬達(dá)的軸上固定一個葉片，葉片的一端有鍍反射膜，另外一端為透明的，整個葉片及馬達(dá)與發(fā)射光路成45度的位置安裝，(或則采用在馬達(dá)的軸上固定一個兩端都有45度鏡片的裝置，就不需要馬達(dá)及葉片裝成45度了)，測量啟動時，馬達(dá)帶動葉片轉(zhuǎn)動，發(fā)射光就會被反射到APD接收器，形成內(nèi)光路，作為參考信號。馬達(dá)切換到發(fā)射光完全通過的位置時，發(fā)射光穿過內(nèi)外光路切換機構(gòu)，進(jìn)入到光量衰減機構(gòu)，光量衰減機構(gòu)的直流馬達(dá)的軸上固定有衰減葉片，控制通過的光量，馬達(dá)的轉(zhuǎn)動是由主板根據(jù)目標(biāo)回光量進(jìn)行增益控制。發(fā)射光通過衰減葉片后，被45度發(fā)射鏡反射到發(fā)射及接收裝置的發(fā)射棱鏡，經(jīng)發(fā)射及接收裝置的發(fā)射棱鏡折射后，在物鏡組中心上發(fā)射出去。本實用新型的一種能見度儀的接收光路部分，需要物鏡組、分光鏡、發(fā)射及接收裝置、Aro接收器及光纖來完成。發(fā)射光被目標(biāo)物或者反射器反射后，透過物鏡組到分光鏡，反射回來的光從分光鏡反射到發(fā)射及接收裝置的接收棱鏡，發(fā)射及接收裝置的接收棱鏡也是45度棱鏡，反射回來的光進(jìn)行聚焦后，送入到APD接收器(雪崩二極管)，完成外光路的信號采集。由于發(fā)射的光，在大氣中傳播，大氣氣溶膠能吸收和散射光福射，會造成光福射在原傳輸方向上衰減，所以接收到的是在一定距離上往返衰減后的信號，同時發(fā)射的調(diào)制信號經(jīng)在大氣中往返后相位產(chǎn)生了變化，由于發(fā)射的調(diào)制信號是采用多種不同頻率(測尺頻率)的調(diào)制，對應(yīng)不同的光尺，每種光尺對應(yīng)相應(yīng)的距離分辨率，通過調(diào)制信號相位的變化，就可以精確的計算出能見度儀到目標(biāo)的準(zhǔn)確距離。本實用新型的一種能見度儀的數(shù)據(jù)處理部分，是采用單片機控制激光的發(fā)射，馬達(dá)的運轉(zhuǎn)，激光的接收，發(fā)射光能量在內(nèi)光路是作為參考基準(zhǔn)，也稱為參考信號，光在大氣中往返，受到大氣的衰減，接收到的能量已經(jīng)是衰減后的能量了，兩個能量相減就是光的衰減量，由于是往返的，所以此衰減量的1/2就是大氣單程衰減量，假設(shè)單程衰減量為E。由于調(diào)制信號的相位變化，可以計算出能見度儀到目標(biāo)的距離，假設(shè)為M，則單位衰減的光能為E/M，當(dāng)設(shè)定光能衰減到一定程度B (應(yīng)為經(jīng)驗值)為不可見，則能見度距離為(E/B)*M。本實用新型的一種能見度儀，突破了目前透射式能見度儀不方便照準(zhǔn)目標(biāo)，而且需要固定基線的問題，另外，本激光能見度儀除了可以采用反射棱鏡作為目標(biāo)外，也可以以道路指示牌(道路指示牌一般都是用反光材料做的)，或者固定的建筑物表面作為目標(biāo)，這樣就極大的方便了設(shè)備的安裝，不會局限在一定的地方，如果用道路指示牌作為目標(biāo)，則需要用反射棱鏡作為基準(zhǔn)，將反射棱鏡放置在廣告路牌的位置，得到回光量，計算出能見度，然后照準(zhǔn)道路指示牌，由于道路指示牌的回光量比棱鏡的弱，通過兩種反射目標(biāo)不同的回光量比較，得到比例關(guān)系，設(shè)置到能見度儀內(nèi)部，則不同大氣條件下，就可以計算當(dāng)前的能見度。本實用新型的一種能見度儀，可以測量距離，所以完全不需要建立基線，任何一段距離都可以，使用極其方便，由于采用的是激光，所以白天和晚上都不受影響；體積小巧，功耗小，可以采用電池供電或太陽能供電，除了可以固定在一定的地方長期監(jiān)測外，還可以作為手持設(shè)備，隨身攜帶，對當(dāng)前地方的能見度進(jìn)行測量。本實用新型的有益效果是:本實用新型的一種能見度儀，可以測量距離，所以完全不需要建立基線，使用極其方便，且不受白天夜晚的光線影響，還可以提高能見度測量的準(zhǔn)確性，縮小能見度儀的體積，降低能見度儀的功耗，方便安裝調(diào)試。

圖1是本實用新型一種能見度儀的結(jié)構(gòu)示意圖圖2是本實用新型一種能見度儀的光路示意圖其中，I是物鏡組2是發(fā)射及接收裝置3是分光鏡4是物鏡調(diào)焦鏡5是轉(zhuǎn)像棱鏡6是分劃板7是目鏡組8是45度反射鏡9是光量衰減機構(gòu)10是內(nèi)外光路切換機構(gòu)11是發(fā)射光聚焦鏡12是LED發(fā)光二極管13是AH)接收器14是主體15是鏡頭組16是顯示屏17是固定連接支架
具體實施方式
下面結(jié)合具體實施方式
，進(jìn)一步闡述本實用新型。如圖1和2所示，本實用新型的一種能見度儀，包括主體14、鏡頭組15和顯示屏16，鏡頭組15貫穿主體14，主體14側(cè)面上方有顯示屏16，所述的鏡頭組15包括物鏡組1、發(fā)射及接收裝置2、分光鏡3、物鏡調(diào)焦鏡4、轉(zhuǎn)像棱鏡5、分劃板6、目鏡組7、45度反射鏡8、光量衰減機構(gòu)9、內(nèi)外光路切換機構(gòu)10、發(fā)射光聚焦鏡11、LED發(fā)光二級管12和APD接收器13 ;所述的物鏡組1、發(fā)射及接收裝置2、分光鏡3、物鏡調(diào)焦鏡4和轉(zhuǎn)像棱鏡5依次固定在一水平軸線上，轉(zhuǎn)像棱鏡5后方有分劃板6和目鏡組7 ;所述的發(fā)射及接收裝置2包括發(fā)射棱鏡和接收棱鏡；所述的45度反射鏡8、光量衰減機構(gòu)9、內(nèi)外光路切換機構(gòu)10、發(fā)射光聚焦鏡11和LED發(fā)光二級管12位于另一條水平軸線上，45度反射鏡8與發(fā)射及接收裝置2的發(fā)射棱鏡垂直，APD接收器13布置在內(nèi)外光路切換機構(gòu)10的發(fā)射光路下方，發(fā)射及接收裝置2的接收棱鏡的發(fā)射光路也匯聚在APD接收器13。所述的分光鏡3反射面鍍有跟LED發(fā)光管相同波長的半透半反膜。所述的發(fā)射及接收裝置2的發(fā)射棱鏡和接收棱鏡都是45度棱鏡，其中發(fā)射棱鏡的斜邊在左上方，接收棱鏡的斜邊在右下方。所述的分劃板6為十字絲分劃板。所述的主體上有數(shù)據(jù)處理接口及電源口。所述主體的底部設(shè)有固定連接支架17，固定連接支架17由立柱和底座組成，立柱一端固定于主體上，另一端垂直固定于底座上。本實用新型的一種能見度儀，其光路可分為望遠(yuǎn)鏡部分、激光發(fā)射部分和激光接收部分三部分，采用三軸共軸的光學(xué)結(jié)構(gòu)，即望遠(yuǎn)鏡光路，發(fā)射光路，接收光路完全共軸。本實用新型的一種能見度儀的望遠(yuǎn)鏡部分，可以解決目標(biāo)準(zhǔn)確對準(zhǔn)的問題，該部分光路需通過物鏡組1、分光鏡3、物鏡調(diào)焦鏡4、轉(zhuǎn)像棱鏡5、分劃板6和目鏡組7來完成，其中分光鏡3的反射面鍍有半透半反膜，使得激光部分可以全部反射，可見光全部透過，這樣就可以使人眼通過目鏡組7看到目標(biāo)，通過調(diào)整物鏡調(diào)焦鏡4，可以將目標(biāo)調(diào)整到最清晰的狀態(tài)；另外，在目鏡組7前有分劃板6，通過調(diào)整整機的位置可以使望遠(yuǎn)鏡部分的中心跟目標(biāo)或反射器中心重合。本實用新型的一種能見度儀的發(fā)射光路部分，需要物鏡組1、發(fā)射及接收裝置2、45度反射鏡8、光量衰減機構(gòu)9、內(nèi)外光路切換機構(gòu)10、發(fā)射光聚焦鏡IULED發(fā)光二極管12及光纖來完成。啟動測量時，激光二極管產(chǎn)生光信號(脈沖信號，或者連續(xù)的調(diào)制信號)，通過發(fā)射光聚焦鏡11，使得點光源變成了平行光，在測量的同時，內(nèi)外光路切換機構(gòu)10開始工作，光路切換機構(gòu)10的直流馬達(dá)的軸上固定一個葉片，葉片的一端有鍍反射膜，另外一端為透明的，整個葉片及馬達(dá)與發(fā)射光路成45度的位置安裝，(或則采用在馬達(dá)的軸上固定一個兩端都有45度鏡片的裝置，就不需要馬達(dá)及葉片裝成45度了)，測量啟動時，馬達(dá)帶動葉片轉(zhuǎn)動，發(fā)射光就會被反射到AH)接收器13，形成內(nèi)光路，作為參考信號。馬達(dá)切換到發(fā)射光完全通過的位置時，發(fā)射光穿過內(nèi)外光路切換機構(gòu)10，進(jìn)入到光量衰減機構(gòu)9，光量衰減機構(gòu)9的直流馬達(dá)的軸上固定有衰減葉片，控制通過的光量，馬達(dá)的轉(zhuǎn)動是由主板根據(jù)目標(biāo)回光量進(jìn)行增益控制。發(fā)射光通過衰減葉片后，被45度發(fā)射鏡8反射到發(fā)射及接收裝置2的發(fā)射棱鏡，經(jīng)發(fā)射及接收裝置2的發(fā)射棱鏡折射后，在物鏡組I中心上發(fā)射出去。本實用新型的一種能見度儀的接收光路部分，需要物鏡組1，分光鏡3，發(fā)射及接收裝置2，APD接收器13來完成。發(fā)射光被目標(biāo)物或者反射器反射后，透過物鏡組I到分光鏡3，反射回來的光從分光鏡3反射到發(fā)射及接收裝置2的接收棱鏡，發(fā)射及接收裝置2的接收棱鏡也是45度棱鏡，反射回來的光進(jìn)行聚焦后，送入到APD接收器13 (雪崩二極管)，完成外光路的信號采集。由于發(fā)射的光，在大氣中傳播，大氣氣溶膠能吸收和散射光輻射，會造成光輻射在原傳輸方向上衰減，所以接收到是在一定距離上往返衰減后的信號，同時發(fā)射的調(diào)制信號經(jīng)在大氣中往返后相位產(chǎn)生了變化，由于發(fā)射的調(diào)制信號是采用多種不同頻率(測尺頻率)的調(diào)制，對應(yīng)不同的光尺，每種光尺對應(yīng)相應(yīng)的距離分辨率，通過調(diào)制信號相位的變化，就可以精確的計算出能見度儀到目標(biāo)的準(zhǔn)確距離。經(jīng)試驗證明，本實用新型的一種能見度儀可以提高能見度測量的準(zhǔn)確性，縮小能見度儀的體積，降低能見度儀的功耗，方便安裝調(diào)試，確實能夠解決目前透射式能見度儀不能準(zhǔn)確對準(zhǔn)目標(biāo)，需要基線，需要合作目標(biāo)的問題，還解決了散射式能見度儀采樣體積小，功耗大的問題，彌補了現(xiàn)有技術(shù)的不足。
權(quán)利要求1.一種能見度儀，包括主體、鏡頭組和顯示屏，鏡頭組貫穿主體，主體側(cè)面上方有顯示屏，其特征是:所述的鏡頭組包括物鏡組、發(fā)射及接收裝置、分光鏡、物鏡調(diào)焦鏡、轉(zhuǎn)像棱鏡、分劃板、目鏡組、45度反射鏡、光量衰減機構(gòu)、內(nèi)外光路切換機構(gòu)、發(fā)射光聚焦鏡、LED發(fā)光二級管和APD接收器；所述的物鏡組、發(fā)射及接收裝置、分光鏡、物鏡調(diào)焦鏡和轉(zhuǎn)像棱鏡依次固定在一水平軸線上，轉(zhuǎn)像棱鏡后方有分劃板和目鏡組；所述的發(fā)射及接收裝置包括發(fā)射棱鏡和接收棱鏡；所述的45度反射鏡、光量衰減機構(gòu)、內(nèi)外光路切換機構(gòu)、發(fā)射光聚焦鏡和LED發(fā)光二級管位于另一條水平軸線上，45度反射鏡與發(fā)射及接收裝置的發(fā)射棱鏡垂直，Aro接收器布置在內(nèi)外光路切換機構(gòu)的發(fā)射光路下方，發(fā)射及接收裝置的接收棱鏡的發(fā)射光路也匯聚在APD接收器。
2.按權(quán)利要求1所述的一種能見度儀，其特征在于，所述的分光鏡反射面鍍有跟LED發(fā)光管相同波長的半透半反膜。
3.按權(quán)利要求1所述的一種能見度儀，其特征在于，所述的發(fā)射及接收裝置的發(fā)射棱鏡和接收棱鏡都是45度棱鏡，其中發(fā)射棱鏡的斜邊在左上方，接收棱鏡的斜邊在右下方。
4.按權(quán)利要求1所述的一種能見度儀，其特征在于，所述的分劃板為十字絲分劃板。
5.按權(quán)利要求1所述的一種能見度儀，其特征在于，所述的主體上有數(shù)據(jù)處理接口及電源口。
6.按權(quán)利要求1所述的一種能見度儀，其特征在于，所述主體的底部設(shè)有固定連接支架，固定連接支架由立柱和底座組成，立柱一端固定于主體上，另一端垂直固定于底座上。
專利摘要本實用新型涉及一種能見度儀，包括主體、鏡頭組和顯示屏，鏡頭組貫穿主體，主體側(cè)面上方有顯示屏，所述的物鏡組、發(fā)射及接收裝置、分光鏡、物鏡調(diào)焦鏡和轉(zhuǎn)像棱鏡依次固定在一水平軸線上，轉(zhuǎn)像棱鏡后方有分劃板和目鏡組；45度反射鏡、光量衰減機構(gòu)、內(nèi)外光路切換機構(gòu)、發(fā)射光聚焦鏡和LED發(fā)光二級管位于另一條水平軸線上，45度反射鏡與發(fā)射及接收裝置的發(fā)射棱鏡垂直，APD接收器布置在內(nèi)外光路切換機構(gòu)的發(fā)射光路下方，發(fā)射及接收裝置的接收棱鏡的發(fā)射光路也匯聚在APD接收器。本實用新型的一種能見度儀，可以提高能見度測量的準(zhǔn)確性，縮小能見度儀的體積，降低功耗，方便安裝調(diào)試，彌補了現(xiàn)有技術(shù)的不足。
文檔編號G01N21/41GK202928954SQ20122065504
公開日2013年5月8日 申請日期2012年12月3日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月3日
發(fā)明者楊越三 申請人:楊越三