CN105068158A - 气象光学视程观测环境模拟装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种气象光学视程观测环境模拟装置。它的内壁覆有消光层的模拟舱由顶部的正静压舱(7)、中部的环境模拟舱(9)和底部的负静压舱(13)组成，环境模拟舱(9)中置有行走部件、视频监控摄像头(1)、温度传感器(19)、湿度传感器(20)、气压传感器(21)和参正设备(16)，连通的送风管道(2)、空气过滤器(22)、超声波加湿器(23)和回风管道(18)组成供气循环系统，其中的送风管道(2)和回风管道(18)的另一端分别与正静压舱(7)和负静压舱(13)连通，监控部件(10)与上述各传感器、过滤器、加湿器、行走部件和参正设备电连接。它可广泛地用于标定气象光学视程的观测设备。

Description

气象光学视程观测环境模拟装置

技术领域

本发明涉及一种环境模拟装置，尤其是一种气象光学视程观测环境模拟装置。

背景技术

能见度是反映大气透明度的一个指标，气象上指为具有正常视力的人在当时的天气条件下还能够从天空背景中看到和辨认出目标物的最大水平距离，它可以客观地测量并用气象光学视程来表示。世界气象组织对气象光学视程的定义是色温为2700K的白炽灯的平行光束的光通量削弱为其初始值的0.05时所需通过的大气路径长度。

目前，气象光学视程的观测设备主要有前向散射式能见度仪、透射式能见度仪、激光能见度自动测量仪和照相式能见度仪等。这些不同种类的能见度观测设备随着使用时间的不断延长，其观测的精确度和稳定性也会发生一些变化，使其不再能满足实际使用的要求。为解决能见度观测设备的标定问题，人们试图建立起大气环境近似真实的模拟装置，如中国发明专利申请CN104713852A于2015年6月17日公布的一种可控能见度大气模拟系统。该模拟系统主要由大气环境模拟舱、气溶胶发生系统、供气循环系统、超净室、外部显示系统及控制系统构成。这种模拟系统虽也能实现大气环境的近似模拟，却也存在着欠缺之处，首先，分别位于舱体两端的进、出气口相距过远，虽有横向扰流风扇和纵向轴流风机的紊流作用，但仍难以于舱内获得空气样本均匀的大气环境，尤为气溶胶喷出口还位于舱体的中部，在纵向轴流风机的作用下，舱体两端的气溶胶浓度是极难相同的，致使大气环境模拟的近似程度不高；其次，既未屏蔽可见光进入舱内，也未对舱内的散射光进行消光处理，使待定标设备的接收端极易受到多重杂散光的干扰；最后，系统的体积过大、所需设备较多，如横向扰流风扇、纵向轴流风机和超净室，使制造模拟系统和标定观测设备的成本均难以降低。

发明内容

本发明要解决的技术问题为克服现有技术中的欠缺之处，提供一种结构合理、大气环境模拟近似程度高，用于10m～50km的气象光学视程标定的气象光学视程观测环境模拟装置。

为解决本发明的技术问题，所采用的技术方案为：气象光学视程观测环境模拟装置包括密闭的模拟舱和其内置的滑动轨道、外置的供气循环系统，以及控制系统，特别是，

所述模拟舱的内壁覆有消光层，所述内壁覆有消光层的模拟舱由顶部的正静压舱、中部的环境模拟舱和底部的负静压舱组成，所述正静压舱中置有一根以上的疏气管，并经上多孔板与环境模拟舱分隔，所述负静压舱中置有一根以上的回气管，且与环境模拟舱经下多孔板分隔；

所述环境模拟舱中置有行走部件、视频监控摄像头、温度传感器、湿度传感器、气压传感器和参正设备；

所述滑动轨道为固定于环境模拟舱中的纵向轨，所述纵向轨与所述行走部件连接，所述行走部件由与纵向轨动配合连接的横梁和其上的纵向驱动电机、与横梁固定连接的高低轨，以及与高低轨动配合连接的仪器座和其上的高低驱动电机组成；

所述参正设备置于所述仪器座上；

所述供气循环系统由连通的送风管道、空气过滤器、超声波加湿器和回风管道组成，其中，空气过滤器和超声波加湿器并列设置，送风管道的另一端与所述疏气管连通，回风管道的另一端与所述回气管连通；

所述控制系统为监控部件，所述空气过滤器的控制端、超声波加湿器的控制端、视频监控摄像头的输出端、温度传感器的输出端、湿度传感器的输出端、气压传感器的输出端、参正设备的输出端、纵向驱动电机的控制端、高低驱动电机的控制端均与监控部件电连接。

作为气象光学视程观测环境模拟装置的进一步改进：

优选地，模拟舱的长度为10m、宽度为3m、高度为3m。

优选地，正静压舱和负静压舱的高度均为0.5m。

优选地，疏气管和回气管均为多孔管，其管直径为10cm、管间距为150cm，管上的孔直径为1cm、孔中心距为2cm。

优选地，上多孔板和下多孔板上的孔直径均为2cm、孔中心距均为3.5cm。

优选地，温度传感器、湿度传感器和气压传感器分别均为4只，其均分布于环境模拟舱中部的四角。

优选地，参正设备为前向散射式能见度仪。

优选地，环境模拟舱中置有其输出端与监控部件电连接的待标定设备，待标定设备为散射式能见度仪，或透射式能见度仪，或激光能见度自动测量仪，或照相式能见度仪。

优选地，空气过滤器和超声波加湿器均为5台。

优选地，监控部件为带有A/D和D/A转换接口的微型计算机。

相对于现有技术的有益效果是：

其一，采用顶部正静压舱、中部环境模拟舱和底部负静压舱的模拟舱结构，以及正静压舱中置有的一根以上的疏气管、负静压舱中置有的一根以上的回气管，再加上正静压舱、负静压舱与环境模拟舱间均经多孔板分隔，使待标定观测设备所处的中部环境模拟舱内空气样本的交换除由正静压舱和负静压舱间的气压差——主动的定向流动来实现之外，还进一步地使中部环境模拟舱内的空气样本，尤其是雾状空气样本得以充分地混合均匀后扩散沉降于待标定观测设备的测量区域，大大地提高了舱内大气环境模拟的近似程度。

其二，模拟舱内壁覆有的消光层杜绝了多重杂散光的干扰，极大地提高了标定的精度。

其三，仅通过结构上的合理调整就不仅提高了大气环境模拟的近似程度，还大大地减小了整体的体积和设备的投入，极大地降低了制造和标定的成本，提高了总体的性价比。

其四，行走部件确保了其上置有的参正设备能测得作为衡量舱内空气样本均匀性依据的环境模拟舱内不同位置的气象光学视程。

其五，环境模拟舱中置有的温度传感器、湿度传感器和气压传感器既确保了实时地监控环境模拟舱内大气环境模拟的近似程度，也可于舱内模拟出不同温度、湿度和气压下的大气环境，拓展了其应用的范围。

其六，本装置通过控制中部环境模拟舱内湿度的大小，实现了在密闭空间中快速、可控地模拟出10m～50km的气象光学视程观测环境；其于1小时内可完成气象光学视程在15m～30km的快速模拟。

附图说明

图1是本发明的一种基本结构示意图。

图2是本发明完成的气象光学视程在10m～50km的变化曲线图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的优选方式作进一步详细的描述。

参见图1，气象光学视程观测环境模拟装置的构成如下：

模拟舱的长度为10m、宽度为3m、高度为3m，其内壁覆有消光层。

内壁覆有消光层的模拟舱由顶部的正静压舱7、中部的环境模拟舱9和底部的负静压舱13组成；其中，高度为0.5m的正静压舱7中置有一根以上的疏气管3，并经上多孔板8与环境模拟舱9分隔，高度为0.5m的负静压舱13中置有一根以上的回气管17，且与环境模拟舱9经下多孔板12分隔。上述的疏气管3和回气管17均为多孔管，其管直径为10cm、管间距为150cm，管上的孔直径为1cm、孔中心距为2cm；上多孔板8和下多孔板12上的孔直径均为2cm、孔中心距均为3.5cm。

环境模拟舱9中置有行走部件、视频监控摄像头1、温度传感器19、湿度传感器20、气压传感器21和参正设备16，以及待标定设备24；其中，温度传感器19、湿度传感器20和气压传感器21分别均为4只，其均分布于环境模拟舱9中部的四角，参正设备16为Vasaila公司的FD12型前向散射式能见度仪，用以提供气象光学视程的约定真值，待标定设备24为散射式能见度仪(或透射式能见度仪，或激光能见度自动测量仪，或照相式能见度仪)。

滑动轨道为固定于环境模拟舱9中的纵向轨4，其与行走部件连接。行走部件由与纵向轨4动配合连接的横梁5和其上的纵向驱动电机6、与横梁5固定连接的高低轨14，以及与高低轨14动配合连接的仪器座11和其上的高低驱动电机15组成。

参正设备16置于仪器座11上。

供气循环系统由连通的送风管道2、空气过滤器22、超声波加湿器23和回风管道18组成；其中，空气过滤器22和超声波加湿器23均为5台且均并列设置，送风管道2的另一端与疏气管3连通，回风管道18的另一端与回气管17连通。

控制系统为监控部件10；其中，监控部件10为带有A/D和D/A转换接口的微型计算机。空气过滤器22的控制端、超声波加湿器23的控制端、视频监控摄像头1的输出端、温度传感器19的输出端、湿度传感器20的输出端、气压传感器21的输出端、参正设备16的输出端、纵向驱动电机6的控制端、高低驱动电机15的控制端、待标定设备24的输出端均与监控部件10电连接。

使用时，只需先将选定的待标定设备24置于环境模拟舱9中，再由监控部件10根据设定的气象光学视程值和参正设备16的输出来控制空气过滤器22和超声波加湿器23的工作状态。如，当需要增大气象光学视程时，启动空气过滤器22工作；当需要减小气象光学视程时，启动超声波加湿器23工作。得到如图2所示的气象光学视程在10m～50km的变化曲线，从而由得到的气象光学视程值来对选定的待标定设备24进行全量程的检测与标校。

显然，本领域的技术人员可以对本发明的气象光学视程观测环境模拟装置进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若对本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种气象光学视程观测环境模拟装置，包括密闭的模拟舱和其内置的滑动轨道、外置的供气循环系统，以及控制系统，其特征在于：

所述模拟舱的内壁覆有消光层，所述内壁覆有消光层的模拟舱由顶部的正静压舱(7)、中部的环境模拟舱(9)和底部的负静压舱(13)组成，所述正静压舱(7)中置有一根以上的疏气管(3)，并经上多孔板(8)与环境模拟舱(9)分隔，所述负静压舱(13)中置有一根以上的回气管(17)，且与环境模拟舱(9)经下多孔板(12)分隔；

所述环境模拟舱(9)中置有行走部件、视频监控摄像头(1)、温度传感器(19)、湿度传感器(20)、气压传感器(21)和参正设备(16)；

所述滑动轨道为固定于环境模拟舱(9)中的纵向轨(4)，所述纵向轨(4)与所述行走部件连接，所述行走部件由与纵向轨(4)动配合连接的横梁(5)和其上的纵向驱动电机(6)、与横梁(5)固定连接的高低轨(14)，以及与高低轨(14)动配合连接的仪器座(11)和其上的高低驱动电机(15)组成；

所述参正设备(16)置于所述仪器座(11)上；

所述供气循环系统由连通的送风管道(2)、空气过滤器(22)、超声波加湿器(23)和回风管道(18)组成，其中，空气过滤器(22)和超声波加湿器(23)并列设置，送风管道(2)的另一端与所述疏气管(3)连通，回风管道(18)的另一端与所述回气管(17)连通；

所述控制系统为监控部件(10)，所述空气过滤器(22)的控制端、超声波加湿器(23)的控制端、视频监控摄像头(1)的输出端、温度传感器(19)的输出端、湿度传感器(20)的输出端、气压传感器(21)的输出端、参正设备(16)的输出端、纵向驱动电机(6)的控制端、高低驱动电机(15)的控制端均与监控部件(10)电连接。

2.根据权利要求1所述的气象光学视程观测环境模拟装置，其特征是模拟舱的长度为10m、宽度为3m、高度为3m。

3.根据权利要求1所述的气象光学视程观测环境模拟装置，其特征是正静压舱(7)和负静压舱(13)的高度均为0.5m。

4.根据权利要求1所述的气象光学视程观测环境模拟装置，其特征是疏气管(3)和回气管(17)均为多孔管，其管直径为10cm、管间距为150cm，管上的孔直径为1cm、孔中心距为2cm。

5.根据权利要求1所述的气象光学视程观测环境模拟装置，其特征是上多孔板(8)和下多孔板(12)上的孔直径均为2cm、孔中心距均为3.5cm。

6.根据权利要求1所述的气象光学视程观测环境模拟装置，其特征是温度传感器(19)、湿度传感器(20)和气压传感器(21)分别均为4只，其均分布于环境模拟舱(9)中部的四角。

7.根据权利要求1所述的气象光学视程观测环境模拟装置，其特征是参正设备(16)为前向散射式能见度仪。

8.根据权利要求1所述的气象光学视程观测环境模拟装置，其特征是环境模拟舱(9)中置有其输出端与监控部件(10)电连接的待标定设备(24)，待标定设备(24)为散射式能见度仪，或透射式能见度仪，或激光能见度自动测量仪，或照相式能见度仪。

9.根据权利要求1所述的气象光学视程观测环境模拟装置，其特征是空气过滤器(22)和超声波加湿器(23)均为5台。

10.根据权利要求1所述的气象光学视程观测环境模拟装置，其特征是监控部件(10)为带有A/D和D/A转换接口的微型计算机。