CN112345497B - 大气能见度仪校准系统及其校准方法 - Google Patents

大气能见度仪校准系统及其校准方法 Download PDF

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Abstract

本发明是大气能见度仪校准系统及其校准方法，解决了前散射能见度仪校准及其校准基线过长的技术问题，环境模拟舱设置有多个环境因素模拟系统，环境模拟舱的左端和右端固定有通过光栅原理降低接收端光通量强度从而缩短基线要求的透射式能见度仪发射器和透射式能见度仪接收器，环境模拟舱中间固定前散射能见度仪发射器和前散射能见度仪接收器，本发明以设置在环境模拟舱两端的透射式能见度仪作为标准器，设置在环境模拟舱中心位置的前散射能见度仪为被校器，透射式能见度仪发射光刚好通过前散射能见度仪的测量空间，通过模拟不同能见度，前散射能见度仪得到的能见度值与透射式能见度仪得到的标准能见度值进行比对，从而完成前散射能见度仪的校准。

Description

大气能见度仪校准系统及其校准方法
技术领域
本发明涉及能见度探测校准技术领域，具体的是大气能见度仪校准系统及其校准方法。
背景技术
能见度是气象观测的要素之一，能见度对轮渡、高速公路、航空领域等都会产生较大影响，测量能见度的仪器主要有两类：透射式能见度仪和散射式能见度仪。透射式能见度仪需要几十甚至上百米的基线，对空间、成本要求高，因而应用较少。散射式能见度仪占地空间小，使用方便，价格较低，在气象、交通等领域应用广泛，不同厂家的前向散射能见度仪的观测准确度和稳定性均有差别。
为了解决前向散射能见度仪的检测和校准问题，国内的相关单位建立了能见度环境模拟舱，中国专利申请公布号CN104713852A，申请公布日2015年6月17日，名称为“一种可控能见度大气模拟系统”的发明专利申请，它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，在大气环境模拟舱的另一端设置超净室，在超净室内安装外部显示系统、控制系统，大气模拟环境舱设置气溶胶喷出口，进气口、出气口。该技术方案采用透射式能见度仪作为标准器，模拟舱长度受透射式能见度仪的基线限制，基线长度较长，为（55-65）m。
针对该问题，本发明提供一种新的校准系统及其校准方法来解决此问题。
发明内容
针对上述情况，为克服现有技术之缺陷，本发明提供大气能见度仪校准系统及其校准方法，有效解决了现有技术中能见度仪校准及其校准基线过长的技术问题。
大气能见度仪校准系统，其特征在于，包括环境模拟舱，环境模拟舱内设置有多个环境因素模拟系统，环境模拟舱的左端和右端分别固定有通过光栅原理降低接收端光通量强度从而缩短基线要求的透射式能见度仪发射器和透射式能见度仪接收器，环境模拟舱的中间固定有U型架，U型架的两个上端分别固定有前散射能见度仪发射器和前散射能见度仪接收器；
所述环境模拟舱内固定有水箱，水箱连接有增压泵；
所述环境因素模拟系统包括:
喷淋系统；所述喷淋系统包括固定在环境模拟舱内上端的横向喷淋管，喷淋管上开设有多个喷淋口，喷淋管的端头连接水箱，所述喷淋管上安装有喷淋电磁阀。
优选的，所述环境因素模拟系统还包括：
温度调控系统；所述温度调控系统包括固定在环境模拟舱内的散热器，散热器经温度电磁阀连接有高温供气源；
湿度调控系统；所述湿度调控系统包括置于环境模拟舱内的湿度基体，湿度基体内留有盛水腔，盛水腔经管道连接水箱，湿度基体上安装有雾量控制器和湿度控制器，湿度基体内安装有风机，盛水腔内安装有换能片，盛水腔上端经湿度管连通环境模拟舱内部；
风力系统；所述风力系统包括置于环境模拟舱上端的风力管道，风力管道处安装有风扇，风扇经风扇开关控制，环境模拟舱的两端上开设有进风口和出风口；
除湿系统；所述除湿系统包括置于风力管道内的加热电阻丝，加热电阻丝经电阻丝开关控制；
空气净化系统；所述空气净化系统包括置于环境模拟舱上端的循环管道，循环管道内依次安装有活性炭滤网、等离子产生装置、高活性光触煤反应装置、变频UV光源，循环管道上安装有空气净化开关；
照明系统；所述照明系统包括LED光源，LED光源包括能够调节亮度的照明开关；
拍摄系统；所述拍摄系统包括Video摄像拍照设备，Video摄像拍照设备连接拍摄开关；
气压系统；所述气压系统包括置于风力管道处的气压压缩机和气压抽力机，气压压缩机和气压抽力机连接气压开关；
颗粒物监测系统；所述颗粒物监测系统包括气溶胶发生器，气溶胶发生器连通环境模拟舱，气溶胶发生器连接颗粒物监测仪开关；
排水系统；
所述喷淋电磁阀、温度电磁阀、雾量控制器、湿度控制器、风扇开关、电阻丝开关、空气净化开关、照明开关、拍摄开关、气压开关、颗粒物监测仪开关均连接控制系统。
优选的，所述排水系统包括置于环境模拟舱内的水箱，水箱上开设有维修孔，水箱内放置有投入式液位计，水箱的一侧连接有排水阀，所述水箱经管道连接不锈钢阀，不锈钢阀经管道连接增压泵，增压泵连接第一变频电机，增压泵经管道连接流量计，水箱的另一侧经管道连接净水器，净水器经管道连接外接自来水阀，净水器经管道连接排水泵，排水泵连接第二变频电机，排水泵经钢丝软管连接不锈钢快换接头。
优选的，所述水箱底部安装有搅拌装置，搅拌装置连接有驱动电机。
优选的，所述环境模拟舱由多个可拆卸舱体组装而成，所述可拆卸舱体长X宽X高为：1mX1mX2m。
大气能见度仪校准方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、将透射式能见度仪发射器和透射式能见度仪接收器固定在环境模拟舱的左端和右端；
步骤二、将前散射能见度仪发射器和前散射能见度仪接收器固定在环境模拟舱仓中间的前端和后端；
步骤三、使得透射式能见度仪发射器发出的发射光刚好通过前散射能见度仪的测量空间；
步骤四、根据需要模拟的天气情况，选择合适的环境因素模拟系统进行模拟，获得不同的能见度环境；
步骤五、开启透射式能见度仪和前散射能见度仪，获得不同能见度环境下的能见度值；
步骤六、根据透射式能见度仪的能见度值校准前散射能见度仪的能见度值。
本发明以设置在环境模拟舱两端的透射式能见度仪作为标准器，设置在环境模拟舱中心位置的前散射能见度仪为被校器，透射式能见度仪发射光刚好通过前散射能见度仪的测量空间，通过设置不同光照、温湿度（可恒温恒湿）、颗粒物浓度、风速等来改变环境模拟舱内的能见度，前散射能见度仪得到的能见度值与透射式能见度仪得到的标准能见度值进行比对，从而完成前散射能见度仪的校准，本发明采用的透射式能见度仪最短基线可为5m，在校准时，可根据实际需求将环境模拟舱加长。
附图说明
图1为本发明环境模拟舱立体示意图。
图2为本发明环境模拟舱主视示意图。
图3为本发明校准原理示意图。
图4为本发明排水系统原理示意图。
图5为本发明湿度调控系统原理示意图。
附图标记：
1、环境模拟舱；2、透射式能见度仪发射器；3、透射式能见度仪接收器；4、前散射能见度仪发射器；5、前散射能见度仪接收器；6、水箱；7、维修孔；8、投入式液位计；9、排水阀；10、不锈钢阀；11、增压泵；12、第一变频电机；13、流量计；14、净水器；15、外接自来水阀；16、排水泵；17、第二变频电机；18、钢丝软管；19、不锈钢快换接头；20、舱体；21、喷淋管；22、喷淋口；23、散热器；24、湿度基体；25、盛水腔；26、雾量控制器；27、湿度控制器；28、风机；29、换能片；30、湿度管；31、风力管道；32、风扇；33、加热电阻丝；34、循环管道；35、活性炭滤网；36、等离子产生装置；37、高活性光触煤反应装置；38、变频UV光源；39、搅拌装置；40、驱动电机。
具体实施方式
有关本发明的前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考附图1至图5对实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。以下实施例中所提到的结构内容，均是以说明书附图为参考。
下面将参照附图描述本发明的各示例性的实施例。
实施例一，本发明为大气能见度仪校准系统，包括环境模拟舱1，环境模拟舱1内部为空腔，在环境模拟舱1内部的左端和右端分别固定有通过光栅原理降低接收端光通量强度从而缩短基线要求的透射式能见度仪发射器2和透射式能见度接收器3，在环境模拟舱1的中间固定有U型架，在U型架的两个上端分别固定有前散射能见度仪发射器4和前散射能见度仪接收器5。
在这里，需要校准的是前散射能见度仪，而校准参考的标准是透射式能见度仪，另外，U型架也可以选择为两个单独的固定架，其目的是对前散射能见度仪进行固定，透射式能见度仪发射器2发出的发射光通过前散射能见度仪发射器4和前散射能见度仪接收器5之间的测量空间后被透射式能见度仪接收器3接收。
在使用时，先通过设置环境模拟舱内环境因素模拟晴天、多云、雨天、雾霾、大风等多种天气情景，然后开启透射式能见度仪和前散射能见度仪，根据透射式能见度仪的探测值对前散射能见度仪进行校准。
在具体校准时，需要用到真实的模拟环境，在环境模拟舱1内固定有水箱6，水箱6连接有增压泵11，环境因素模拟系统的类型有很多，包括喷淋系统，喷淋系统包括固定在环境模拟舱1上端的多个横向设置的喷淋管21，喷淋管21上开设有多个均布排列的多个朝下的喷淋口22，喷淋管21的端头连接至水箱6，在喷淋管21上安装有喷淋电磁阀，喷淋电磁阀连接控制器。
实施例二，温度调控系统包括固定在环境模拟舱1内的散热器23，散热器23经温度电磁阀连接有高温供气管，通过高温蒸汽对散热器23进行供热，同时配合喷淋系统能产生雾气。
温度调控系统包括置于环境模拟舱1内的湿度基体24，湿度基体24内设置有盛水腔25，盛水腔25经管道连接水箱6，湿度基体24上安装有雾量控制器26和湿度控制器27，雾量控制器26和湿度控制器27均连接控制器，湿度基体24内安装有风机28，盛水腔25内安装有换能片29，风机28对换能片29产生的雾气吹向环境模拟舱1，盛水腔25上端经湿度管30连通环境模拟舱1内部。
风力系统；风力系统包括置于环境模拟舱1上端的风力管道31，风力管道31处安装有风扇32，风扇32经风扇开关控制，风扇开关连接控制器，在环境模拟舱1的两端上开设有进风口和出风口，风扇保证环境模拟舱1内形成风力。
除湿系统包括置于风力管道31内的加热电阻丝33，加热电阻丝33经电阻丝开关控制，电阻丝开关连接控制器。
空气净化系统包括置于环境模拟舱1上端的循环管道34，在循环管道34内依次安装有活性炭滤网35，等离子产生装置36，高活性光触煤反应装置37，变频UV光源38，对环境模拟舱1的空气实现净化，循环管道34上安装有空气净化开关。
照明系统包括为环境模拟舱1提供光照的LED灯源，LED灯源为能够调节光亮强度的照明开关，照明开关连接控制系统。
拍摄系统包括Video摄像拍照设备，Video摄像拍照设备连接拍摄开关，拍摄开关连接控制系统。
气压系统包括在风力管道31处的气压压缩机和气压抽力机，气压压缩机和气压抽力机连接气压开关，气压开关连接控制系统。
颗粒物监测系统包括气溶胶发生器，气溶胶发生器连通环境模拟舱1，气溶胶发生器连接颗粒物监测仪开关。
还包括排水系统，排水系统在下个实施例进行阐述。
环境模拟舱可根据实际天气的情况进行模拟，所要模拟的环境因素模拟系统包括如喷淋系统，用于模拟小雨、大雨等雨天天气，温度调控系统用来模拟春、夏、秋、冬四季以及配合其他系统模拟雾气等天气，湿度调控系统用来模拟空气的潮湿度，风力系统用来模拟带有风的天气，同时也配合其他系统一起进行使用，除湿系统用来模拟干燥的空气环境，空气净化系统用来模拟清新的空气，照明系统用来模拟白天的光照，拍照系统用来记录整个环境模拟舱内的情况，这里面的拍照可以为在环境模拟舱内安装摄像Video，气压系统用来提供环境模拟舱内的气压情况，排水系统用来为喷淋系统排出需要喷淋系统时的水，颗粒物监测系统用于监测模拟雾霾天气时的颗粒物污染情况。
由于天气情况不是单一的，有时候一种天气情况需要光照、温湿度、风力等多种环境因素综合形成，因此环境因素模拟系统根据实际情况选择上述一个或多个进行环境模拟。
实施例三，环境模拟舱1内设置的喷淋系统等所需要的水最终需要排出，排水系统包括置于环境模拟舱1内的水箱6，在水箱6上开设有维修孔7，水箱6内放置有投入式液位计8，用来检测水箱6内水的深度，在水箱6的一侧连接有排水阀9，水箱6经管道还连接有不锈钢阀10，不锈钢阀10经管道连接增压泵11，而增压泵11连接有第一变频电机12，增压泵11经管道连接流量计13，在水箱6的另一侧经管道连接净水器14，净水器14经管道连接外接自来水阀15，净水器17经管道连接排水泵16，排水泵16连接第二变频电机17，排水泵16经钢丝软管18连接不锈钢快换接头19。
增压泵11用于为喷淋系统、颗粒物监测系统等提供动力，而当环境模拟舱1内的水位达到一定高度时，启动排水泵16，将环境模拟舱1内的水抽回到水箱6，和增压泵11形成循环，控制环境模拟舱1内水不能过多。
水箱采用SUS304材质，容量为1.5吨，空间大小为1000X1000X1500mm，不锈钢阀规格为DN40，增压泵规格为8t/h,32m，增压泵处的管道采用DN40SUS304，排水泵规格为13t/h,7m，钢丝软管采用规格DN50PVC，排水泵的管道采用规格DN50SUS304。
实施例四，在水箱6底部安装有搅拌装置39，搅拌装置39选择为搅拌轴，搅拌轴上安装有搅拌叶，搅拌装置39连接有驱动电机40，搅拌装置39用于后面将投加颗粒物搅拌均匀，具体为自来水经净化后再根据需要投加颗粒物粉末。
实施例五，环境模拟舱1由多个可拆卸舱体20组成，其连接为可拆卸连接，可拆卸舱体20的长宽高为：1mx1mX2m，可根据需要增加可拆卸舱体20的数量，本发明中环境模拟舱1的长度为5m，由5个可拆卸舱体20组成，基线长度为5米。本发明的透射式能见度仪基线短，主要依靠采用通过光栅原理降低接收端光通量强度从而缩短基线要求的透射式能见度仪作为标准能见度仪，选用的型号可为佐格 LT3100透射式能见度仪。
大气能见度仪校准方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、将透射式能见度仪发射器和透射式能见度仪接收器固定在环境模拟舱的左端和右端；
步骤二、将前散射能见度仪发射器和前散射能见度仪接收器固定在环境模拟舱仓中间的前端和后端；
步骤三、使得透射式能见度仪发射器发出的发射光刚好通过前散射能见度仪的测量空间；
步骤四、根据需要模拟的天气情况，选择合适的环境因素模拟系统进行模拟，获得不同的能见度环境；
步骤五、开启透射式能见度仪和前散射能见度仪，获得不同能见度环境下的能见度值；
步骤六、根据透射式能见度仪的能见度值校准前散射能见度仪的能见度值。
本发明以设置在环境模拟舱两端的透射式能见度仪作为标准器，设置在环境模拟舱中心位置的前散射能见度仪为被校器，透射式能见度仪发射光刚好通过前散射能见度仪的测量空间，通过设置不同光照、温湿度（可恒温恒湿）、颗粒物浓度、风速等来改变环境模拟舱内的能见度，前散射能见度仪得到的能见度值与透射式能见度仪得到的标准能见度值进行比对，从而完成前散射能见度仪的校准，本发明采用的透射式能见度仪最短基线可为5m，在校准时，可根据实际需求将环境模拟舱加长。

Claims (4)

1.大气能见度仪校准系统，其特征在于，包括环境模拟舱(1)，环境模拟舱(1)内设置有多个环境因素模拟系统，环境模拟舱(1)的左端和右端分别固定有通过光栅原理降低接收端光通量强度从而缩短基线要求的透射式能见度仪发射器(2)和透射式能见度仪接收器(3)，环境模拟舱(1)的中间固定有U型架，U型架的两个上端分别固定有前散射能见度仪发射器(4)和前散射能见度仪接收器(5)；
所述环境模拟舱(1)内固定有水箱(6)，水箱(6)连接有增压泵(11)；
所述环境因素模拟系统包括:
喷淋系统；所述喷淋系统包括固定在环境模拟舱(1)内上端的横向喷淋管(21)，喷淋管(21)上开设有多个喷淋口(22)，喷淋管(21)的端头连接水箱(6)，所述喷淋管(21)上安装有喷淋电磁阀；
所述环境因素模拟系统还包括：
温度调控系统；所述温度调控系统包括固定在环境模拟舱(1)内的散热器(23)，散热器(23)经温度电磁阀连接有高温供气源；
湿度调控系统；所述湿度调控系统包括置于环境模拟舱(1)内的湿度基体(24)，湿度基体(24)内留有盛水腔(25)，盛水腔(25)经管道连接水箱(6)，湿度基体(24)上安装有雾量控制器(26)和湿度控制器(27)，湿度基体(24)内安装有风机(28)，盛水腔(25)内安装有换能片(29)，盛水腔(25)上端经湿度管(30)连通环境模拟舱(1)内部；
风力系统；所述风力系统包括置于环境模拟舱(1)上端的风力管道(31)，风力管道(31)处安装有风扇(32)，风扇(32)经风扇开关控制，环境模拟舱(1)的两端上开设有进风口和出风口；
除湿系统；所述除湿系统包括置于风力管道(31)内的加热电阻丝(33)，加热电阻丝(33)经电阻丝开关控制；
空气净化系统；所述空气净化系统包括置于环境模拟舱(1)上端的循环管道(34)，循环管道(34)内依次安装有活性炭滤网(35)、等离子产生装置(36)、高活性光触煤反应装置(37)、变频UV光源(38)，循环管道(34)上安装有空气净化开关；
照明系统；所述照明系统包括LED光源，LED光源包括能够调节亮度的照明开关；
拍摄系统；所述拍摄系统包括Video摄像拍照设备，Video摄像拍照设备连接拍摄开关；
气压系统；所述气压系统包括置于风力管道(31)处的气压压缩机和气压抽力机，气压压缩机和气压抽力机连接气压开关；
颗粒物监测系统；所述颗粒物监测系统包括气溶胶发生器，气溶胶发生器连通环境模拟舱(1)，气溶胶发生器连接颗粒物监测仪开关；
排水系统；
所述喷淋电磁阀、温度电磁阀、雾量控制器、湿度控制器、风扇开关、电阻丝开关、空气净化开关、照明开关、拍摄开关、气压开关、颗粒物监测仪开关均连接控制系统；
所述环境模拟舱(1)由多个可拆卸舱体(20)组装而成，所述可拆卸舱体（20）长X宽X高为：1mX1mX2m。
2.根据权利要求1所述的大气能见度仪校准系统，其特征在于，所述排水系统包括置于环境模拟舱(1)内的水箱(6)，水箱(6)上开设有维修孔(7)，水箱(6)内放置有投入式液位计(8)，水箱(6)的一侧连接有排水阀(9)，所述水箱(6)经管道连接不锈钢阀(10)，不锈钢阀(10)经管道连接增压泵(11)，增压泵(11)连接第一变频电机(12)，增压泵(11)经管道连接流量计(13)，水箱(6)的另一侧经管道连接净水器(14)，净水器(14)经管道连接外接自来水阀(15)，净水器(14)经管道连接排水泵(16)，排水泵(16)连接第二变频电机(17)，排水泵(16)经钢丝软管(18)连接不锈钢快换接头(19)。
3.根据权利要求2所述的大气能见度仪校准系统，其特征在于，所述水箱(6)底部安装有搅拌装置（39），搅拌装置（39）连接有驱动电机（40）。
4.一种利用权利要求1所述大气能见度仪校准系统的大气能见度仪校准方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、将透射式能见度仪发射器和透射式能见度仪接收器固定在环境模拟舱的左端和右端；
步骤二、将前散射能见度仪发射器和前散射能见度仪接收器固定在环境模拟舱仓中间的前端和后端；
步骤三、使得透射式能见度仪发射器发出的发射光刚好通过前散射能见度仪的测量空间；
步骤四、根据需要模拟的天气情况，选择合适的环境因素模拟系统进行模拟，获得不同的能见度环境；
步骤五、开启透射式能见度仪和前散射能见度仪，获得不同能见度环境下的能见度值；
步骤六、根据透射式能见度仪的能见度值校准前散射能见度仪的能见度值。
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