CN101738384A - 双反射镜透射能见度装置及其测量方法 - Google Patents

双反射镜透射能见度装置及其测量方法 Download PDF

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Abstract

一种双反射镜透射能见度装置，包括箱体和箱内的激光器，所述箱体的前壁嵌有玻璃窗，箱顶内面为屏幕，屏幕下方置有摄像头，摄像头与计算机连接；激光器发射的激光束经分光镜分成水平和垂直向上的两束激光，水平向的一束激光穿过箱内前位反射镜的中心孔，经箱外近距离反射镜的反射，激光折回到箱内前位反射镜，垂直向上的一束激光穿过箱内上位反射镜的中心孔，经箱外近距离反射镜的反射，激光折回到箱内斜上位反射镜上，两束激光的反射影像被透射在箱顶的屏幕上，并在镜头视野之内。本发明的能够对能见度进行实时监测，装置工作原理简单，检测的数据稳定、及时、准确，并且对发射装置和采集装置要求不高，安装和调试快捷，便于推广使用。

Description

双反射镜透射能见度装置及其测量方法
技术领域
本发明涉及一种气象检测装置，特别是一种能见度检测装置。
背景技术
传统的测量大气能见度一般用目测的方法，也有使用透射式能见度仪、激光能见度自动测量仪等测量仪器测量。
目前，能见度的观测大都还是以人工目测为主，规范性、客观性相对较差。采用大气透射仪，这种仪器体积大、安装复杂，测量基线长，需要通过光束透过两固定点之间的大气柱直接测量气柱透射率，以此来推算能见度的值，测量的可靠性受光源及其他硬件系统工作稳定性的影响，一般只适用于中等以下能见度的观测，而在雨、雾等低能见度天气，会因水汽吸收等复杂条件造成较大误差。而激光能见度自动测量仪是通过激光测量大气消光系数的方法来推算能见度，相对而言，较为客观和准确，但这种仪器成本昂贵、维护费用高、操作复杂，在雨、雾天也难以进行正常观测。
发明内容
本发明的目的是提供一种双反射镜透射能见度装置及其测量方法，解决并使能见度测量更加简便，降低测量成本。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种双反射镜透射能见度装置，包括箱体和箱内的激光器，
所述箱体的前壁嵌有玻璃窗，箱顶内面为屏幕，屏幕下方置有摄像头，箱后壁开有线孔，线孔内穿过的数据线一端与摄像头的信号输出接口连接，另一端与计算机的数据输入接口连接；
所述激光器位于箱体后部，它与位于箱体中部的分光镜直线排列，分光镜的正前方置有箱内前位反射镜和箱外近距离反射镜，分光镜的正上方置有箱内上位反射镜，箱内上位反射镜的正前方、分光镜的斜上方置有箱内斜上位反射镜和箱外远距离反射镜，所述箱内斜上位反射镜和箱内前位反射镜各有一个孔径为5mm的小孔，激光器发射的激光束经分光镜分成水平和垂直向上的两束激光，水平向的一束激光穿过箱内前位反射镜的小孔，经箱外近距离反射镜的反射，再折回到箱内前位反射镜上，垂直向上的一束激光穿过箱内上位反射镜的小孔，经箱外近距离反射镜的反射，再折回到箱内斜上位反射镜上，两束激光的反射影像被透射在箱顶的屏幕上，所述两束激光的反射影像位于摄像头的镜头视野之内。
所述计算机是台式计算机或便携式计算机。
所述屏幕是箱顶的表面或挂于箱顶的幕布。
一种双反射镜透射能见度装置的能见度测量方法，其特征在于步骤如下：
步骤一，开启激光器、摄像头和计算机；
步骤二，激光器发射的激光束经分光镜分成水平和垂直向上两束激光，水平向的一束激光穿过箱内前位反射镜的小孔，经距离激光器为R2的箱外近距离反射镜的反射，再折回到箱内前位反射镜，垂直向上的一束激光穿过箱内上位反射镜的小孔，经距离激光器为R1的箱外近距离反射镜的反射，再折回到箱内斜上位反射镜，两束激光的反射光束被透射在箱顶的屏幕上；
步骤三，摄像头采集两束激光在屏幕上的反射影像，并通过数据线将两组图像数据输传送至计算机中；
步骤四，计算机的图像处理软件将采集到的两个光斑图像进行滤波处理，得出两个光斑的亮度分别为I1和I2，并存入计算机中的存储器中，计算机的运算器通过已设定的计算公式I1＝I2*e-xk/(R2/R1)^2，X＝R2-R1，通过P＝(1/K)Ln(20)计算得出近距离与远距离的光斑的亮度比值，也就是气象光学视程MOR值。计算机中的控制器用于对摄像头、存储器和输出设备的控制。
与现有技术相比本发明具有以下特点和有益效果：
1、采用一个激光器，通过分光镜分出两路光，两路光强度相对稳定。
2、采用一个采用摄像头作为传感器，获取返回来的两路光的光斑图像资料，仅仅测量两路光的亮度，使得测量对象相对稳定。
3、屏幕上反射回来的光斑只要落在摄像头的拍摄图像区内，就能进行拍摄并将图像传至计算机，降低了光源与传感器的位置对准难度。
4、测量气象光学视程仅仅是测量两路光的亮度比值。由于两路光的分光比稳定，测量又采用同一个摄像头，所以能较准确的测量两路光的亮度比值，从而获得更准确的气象光学视程。
5、本装置结构简单，充分发挥了半导体激光器方向性好，能力集中、空气穿透性强的优势，对发射装置和采集装置要求不高，安装和调试快捷，成本低，便于维修和替换。该方法能够对能见度进行实时监测，装置工作原理简单，检测的数据稳定、及时、准确，便于推广使用。
附图说明
下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明的测量方法流程图；
图3是本发明的图像数据处理的基本结构示意图。
附图标记：1-激光器、2-分光镜、3-箱外近距离反射镜、4-箱外远距离反射镜、5-箱内上位反射镜、6-箱内前位反射镜、7-箱内斜上位反射镜、8-激光束、9-摄像头、10-屏幕、11-计算机、12-检测箱体、13-玻璃窗、14-线孔、15-数据线。
具体实施方式
实施例参见图1所示，一种双反射镜透射能见度装置，包括箱体12和箱内的激光器1，所述箱体12的前壁嵌有玻璃窗13，箱顶内面为屏幕10，屏幕下方置有摄像头9，箱后壁开有线孔14，线孔内穿过的数据线15一端与摄像头9的信号输出接口连接，另一端与计算机11的数据输入接口连接；所述计算机11可以是台式计算机或便携式计算机。
所述激光器1位于箱体后部，它与位于箱体中部的分光镜2直线排列，分光镜的分光比为1∶1，分光镜2的正前方置有箱内前位反射镜6和箱外近距离反射镜3，分光镜2的正上方置有箱内上位反射镜5，箱内上位反射镜5的正前方、分光镜2的斜上方置有箱内斜上位反射镜7和箱外远距离反射镜4，所用的所有反射镜的反射率均为99％。所述箱内斜上位反射镜7和箱内前位反射镜6各有一个孔径为5mm的小孔，激光器发射的激光束8(或者是白光)经分光镜2分成水平和垂直向上的两束激光，水平向的一束激光穿过箱内前位反射镜6的小孔，经箱外近距离反射镜3的反射，激光折回到箱内前位反射镜，垂直向上的一束激光穿过箱内上位反射镜5的小孔，经箱外近距离反射镜3的反射，激光折回到箱内斜上位反射镜上，两束激光的反射影像被透射在箱顶的屏幕10上，屏幕可以是箱顶的表面或者是挂于箱顶的幕布。所述两束激光的反射影像位于摄像头9的镜头视野之内。
参见图2、图3，这种双反射镜透射能见度装置的能见度测量方法，步骤如下：
步骤一，开启激光器1、摄像头9和计算机11；
步骤二，激光器发射的激光束8经分光镜2分成水平和垂直向上两束激光，水平向的一束激光穿过箱内前位反射镜6的小孔，经距离激光器为R2的箱外近距离反射镜3的反射，再折回到箱内前位反射镜6上，垂直向上的一束激光穿过箱内上位反射镜5的小孔，经距离器为R1的箱外近距离反射镜3的反射，再折回到箱内斜上位反射镜7上，两束激光的反射光束被透射在箱顶的屏幕10上；
步骤三，摄像头采集两束激光在屏幕上的反射影像，并通过数据线15将两组图像数据输传送至计算机11中；
步骤四，计算机的图像处理软件将采集到的两个光斑图像进行滤波处理，得出两个光斑的亮度分别为I1和I2，并存入计算机中的存储器中，计算机的运算器通过已设定的计算公式I1＝I2*e-xk/(R2/R1)^2，X＝R2-R1，通过P＝(1/K)Ln(20)计算得出近距离与远距离的光斑的亮度比值，也就是气象光学视程MOR值。

Claims (4)

1.一种双反射镜透射能见度装置，包括箱体(12)和箱内的激光器(1)，其特征在于：
所述箱体(12)的前壁嵌有玻璃窗(13)，箱顶内面为屏幕(10)，屏幕下方置有摄像头(9)，箱后壁开有线孔(14)，线孔内穿过的数据线(15)一端与摄像头(9)的信号输出接口连接，另一端与计算机(11)的数据输入接口连接；
所述激光器(1)位于箱体后部，它与位于箱体中部的分光镜(2)直线排列，分光镜(2)的正前方置有箱内前位反射镜(6)和箱外近距离反射镜(3)，分光镜(2)的正上方置有箱内上位反射镜(5)，箱内上位反射镜(5)的正前方、分光镜(2)的斜上方置有箱内斜上位反射镜(7)和箱外远距离反射镜(4)，所述箱内斜上位反射镜(7)和箱内前位反射镜(6)各有一个孔径为5mm的小孔，激光器发射的激光束(8)经分光镜(2)分成水平和垂直向上的两束激光，水平向的一束激光穿过箱内前位反射镜(6)的孔，经箱外近距离反射镜(3)的反射，再折回到箱内前位反射镜(6)上，垂直向上的一束激光穿过箱内上位反射镜(5)的小孔，经箱外近距离反射镜(3)的反射，再折回到箱内斜上位反射镜(7)上，两束激光的反射影像被透射在箱顶的屏幕(10)上，所述两束激光的反射影像位于摄像头(9)的镜头视野之内。
2.根据权利要求1所述的双反射镜透射能见度装置，其特征在于：所述计算机(11)是台式计算机或便携式计算机。
3.根据权利要求1所述的双反射镜透射能见度装置，其特征在于：所述屏幕是箱顶的表面或挂于箱顶的幕布。
4.一种应用权利要求1-3所述双反射镜透射能见度装置的能见度测量方法，其特征在于步骤如下：
步骤一，开启激光器、摄像头和计算机；
步骤二，激光器发射的激光束经分光镜分成水平和垂直向上两束激光，水平向的一束激光穿过箱内前位反射镜(6)的小孔，经距离激光器为R2的箱外近距离反射镜(3)的反射，再折回到箱内前位反射镜(6)，垂直向上的一束激光穿过箱内上位反射镜(5)的小孔，经距离激光器为R1的箱外近距离反射镜(3)的反射，再折回到箱内斜上位反射镜(7)，两束激光的反射光束被透射在箱顶的屏幕(10)上；
步骤三，摄像头采集两束激光在屏幕上的反射影像，并通过数据线(15)将两组图像数据输传送至计算机(11)中；
步骤四，计算机的图像处理软件将采集到的两个光斑图像进行滤波处理，得出两个光斑的亮度分别为I1和I2，并存入计算机中的存储器中，计算机的运算器通过已设定的计算公式I1＝I2*e-xk/(R2/R1)^2，X＝R2-R1，通过P＝(1/K)Ln(20)计算得出近距离与远距离的光斑的亮度比值，也就是气象光学视程MOR值。计算机中的控制器用于对摄像头、存储器和输出设备的控制。
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