基于光腔衰蕩光譜技術(shù)的大氣能見度測量裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及氣象觀測裝置，尤其是設(shè)計一種利用光腔衰蕩光譜技術(shù)對大氣能見度 的測量裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 作為氣象觀測的要素之一，大氣能見度是表征大氣透明度的物理量。大氣能見度 的測量不僅用于日常氣象部門的天氣分析，更廣泛用于高速公路、航空、航海等交通運輸部 門、軍事等領(lǐng)域。同時根據(jù)《QX/T 113-2010霾的觀測和預報等級》，大氣能見度是霧霾等級 的主要判斷依據(jù)，因此研宄大氣能見度測量裝置具有十分重要的意義。
[0003] 能見度作為一個復雜的物理量，主要取決于大氣消光系數(shù)。消光系數(shù)是光波在大 氣傳輸過程中，由于各種因素造成的能量衰減，是由大氣對光輻射吸收、散射所引起的，包 括分子吸收、分子散射、氣溶膠吸收、氣溶膠散射、雨水吸收和雨水散射。
[0004] 目前大氣能見度測量裝置主要有透射式能見度儀和散射式能見度儀。透射式能見 度儀是基于光輻射在大氣傳輸中的透過率測量。透射儀一般分為雙端式和單端式兩種。雙 端式是將發(fā)射器和接收器裝于基線的兩端。單端式是將發(fā)射器和接收器裝于基線的通端， 在基線的另一端裝有反射器，從而使得測量光路變?yōu)橥凳焦獬?。透射式能見度儀直接測 量大氣消光系數(shù)，但是為保證測量準確度，往往需要較長的基線，同時為了能測量低能見度 和高能見度，需要采用雙基線系統(tǒng)，因此透射式能見度儀對場地要求較高。散射式能見度儀 發(fā)出紅外光輻射，并探測某一方向散射信號，并根據(jù)具體角度上散射信號與總散射量的關(guān) 系來確定總散射系數(shù)，最后按公式反演能見度。散射式能見度儀可分為前向散射儀和后向 散射儀。散射式能見度儀是目前使用最廣泛的能見度儀，但是散射式能見度儀只測量大氣 散射系數(shù)，沒有測量大氣吸收系數(shù)；而在我國不同地區(qū)，大氣吸收系數(shù)和大氣散射系數(shù)的比 值都不同的，并且有時候大氣吸收系數(shù)是可與大氣散射系數(shù)相比擬的，因此散射式能見度 儀存在較大的測量誤差。
[0005] 光腔衰蕩光譜技術(shù)可直接測量消光系數(shù)，目前光腔衰蕩光譜技術(shù)已被用于測量 氣溶膠的消光系數(shù)，是通過將大氣中氣溶膠抽入衰蕩腔進行測量。中國專利申請公布號 CN103616334A，申請公布日2014年3月5日，名稱為"一種光腔衰蕩氣溶膠消光儀"和中國 專利申請公布號CN103712914A，申請公布日2014年4月9日，名稱為"一種同時檢測氣溶 膠消光和散射系數(shù)的激光光腔衰蕩光譜儀"的公開方案，都是通過將大氣中氣溶膠抽入衰 蕩腔進行氣溶膠消光系數(shù)的測量的技術(shù)方案。能見度與大氣總的消光系數(shù)相關(guān)，大氣總的 消光系數(shù)不只氣溶膠消光系數(shù)，還應包含氣體分子消光系數(shù)和雨水導致的消光系數(shù)，因此 用氣溶膠消光儀測量能見度存在一定的測量誤差。中國專利申請公布號CN104062236A，申 請公布日2014年9月24日，名稱為"一種基于腔衰蕩技術(shù)的大氣能見度檢測裝置"的發(fā)明 專利公開文件，提供了另外一種裝置。該裝置包括依次設(shè)置的光源、導入光纖、光纖諧振腔、 導出光纖、光電探測器以及用于將光損耗數(shù)據(jù)進行計算得到被探測樣本能見度值的數(shù)據(jù)處 理單元。導入光纖與光纖諧振腔之間設(shè)置有導入準直器，光纖諧振腔和導出光纖之間設(shè)置 有導出準直器，光纖諧振腔包括第一耦合器、特種光纖以及第二耦合器，第一耦合器的輸入 端與導入光纖連接，第一耦合器的輸出端與特種光纖的輸入端連接；特種光纖的輸出端與 第二親合器的輸入端連接；第二親合器的輸出端分別與第一親合器的輸入端和光學探測器 連接；特種光纖用于使光波與外界環(huán)境中的待測樣本接觸和吸收。數(shù)據(jù)處理單元按照諧振 腔的特性得出光波在諧振腔內(nèi)的損耗，通過光損耗最終確定被測樣本的能見度數(shù)值。該裝 置在光源和諧振腔之間、諧振腔和光學探測器之間用光纖連接，并采用特種光纖用于使光 波與外界環(huán)境中的待測樣本接觸和吸收。但是存在以下問題：需要利用特種光纖，不但成本 高，而且使用也不方便；外界環(huán)境中的待測樣本通過特種光纖吸收還是與實際的待測樣本 有偏差，造成測量誤差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的對大氣能見度的測量待測樣本取樣與實際有偏差造成 測量誤差的技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種基于光腔衰蕩光譜技術(shù)的大氣能見度測量裝置，衰 蕩腔為開放式結(jié)構(gòu)，直接與大氣接觸，綜合測量氣體分子、氣溶膠、雨水導致的大氣消光系 數(shù)變化，實現(xiàn)對大氣能見度的準確測量。
[0007] 本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種基于光腔衰蕩光譜技術(shù)的大氣能見度測量裝置，它包 括呈馬鞍狀密封腔體結(jié)構(gòu)的殼體，殼體腔體內(nèi)設(shè)有激光發(fā)射器、偏振片、1/4波片、耦合透 鏡、高反射率腔鏡、光電倍增管和數(shù)據(jù)采集卡，高反射率腔鏡有一對位于殼體凹口兩側(cè)形成 衰蕩腔，激光發(fā)射器發(fā)出的激光依次穿過偏振片、1/4波片和耦合透鏡射入第一面高反射率 腔鏡，激光分成兩路，一路激光由第一面高反射率腔鏡反射通過1/4波片射入偏振片反射 輸出，另一路激光在衰蕩腔中來回振蕩后穿過第二面高反射率腔鏡傳輸給光電倍增管，光 電倍增管通過數(shù)據(jù)采集卡電連接有計算機。采用開放式衰蕩腔，與大氣直接接觸，綜合測量 氣體分子、氣溶膠、雨水導致的大氣消光系數(shù)變化，實現(xiàn)對大氣能見度的準確測量。
[0008] 作為優(yōu)選，殼體還設(shè)有腔鏡盒，腔鏡盒相對應的側(cè)壁分別設(shè)有I透光口和II透光 口，高反射率腔鏡固定腔鏡盒腔體內(nèi)位于I透光口和II透光口之間。避免高反射率腔鏡受 大氣污染，確保測量精確。
[0009] 作為優(yōu)選，腔鏡盒設(shè)有鍍高透膜的窗口片，窗口片覆蓋I透光口。
[0010] 作為優(yōu)選，腔鏡盒頂部靠近II透光口設(shè)有進氣口；通過向進氣口充入高純氮氣，在 高反射率腔鏡表面形成氣簾，保護高反射率腔鏡不受大氣污染。
[0011] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：衰蕩腔為開放式結(jié)構(gòu)，與大氣直接接觸， 可綜合測量氣體分子、氣溶膠、雨水導致的大氣消光系數(shù)變化，實現(xiàn)對大氣能見度的準確測 量。
【附圖說明】
[0012] 附圖1為本發(fā)明示意圖； 附圖2為腔鏡盒剖視圖。
[0013] 圖中：1_激光發(fā)射器；2_反射鏡；3-偏振片；4-1/4波片；5_親合透鏡；6_腔鏡 盒；7-高反射率腔鏡；8-光電倍增管；