CN114384036A - 一种能见度检测仪 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种能满足高速公路、高等级公路灰尘大、树木光影多变的复杂环境，又具有无人值守、自清洁实时监测大气能见度的一种能见度仪，包括防护外壳，其中部设置有一个固定板，该固定板上固定装配有激光器一和激光器二，且激光器一和激光器二之间相互交叉构成相互交叉的激光源，激光源在防护外壳内部覆盖的范围与大气相通，上述固定板的中心设置有量子膜红外光谱仪。本发明不受大气环境光照、温度等环境因素的影响，不需要标志物作为参照物，不分昼夜、刮风、下雨、雪天的影响可全天候工作，具有测量精度高，稳定性好，结构简单，体积小，成本低、自清洁等优点，适合于高速公路以及高等级公路环境下的能见度实时测量和团雾的监测。
Description
技术领域
本发明涉及大气能见度检测技术领域，尤其涉及一种能见度检测仪。
背景技术
团雾是易发生在高速公路大气环境的大气极端小天气形态之一。团雾对高速公路的运营，驾驶人员、乘客的安全危害性极大。团雾发生时道路的能见度突然降低，给驾驶人员带来极大的不安全因数。近年来，因团雾引发了多起高速公路的重大事故，严重的危害了驾驶者、乘客的生命财产安全，目前国家交通运输部门对高速公路的能见度气象信息的监测技术提出了新的要求。
目前能见度仪的市场一直被国外的能见度仪技术产品所垄断，我国能见度监测设备多数采用前向散射式能见度仪，由于前向散射式能见度仪的光学系统、光源直接对大气，由于高速公路环境灰尘大，树木造成的光影多变复杂，此类的大气环境直接影响前向散射式能见度仪的工作稳定性。在高速公路、高等级公路上采用光学系统开放式的前向散射式能见度仪的运维成本太高，无法实现高速公路、高等级公路大气环境下的能见度及团雾的实时监测的实施，目前我国高速公路大气环境能见度、团雾监测技术滞后高速公路气象能见度监测的需求，为此，我们提出一种能满足高速公路环境条件的能见度检测仪
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种能见度检测仪。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种能见度检测仪，包括防护外壳，其中部设置有一个固定板，该固定板上固定装配有激光器一和激光器二，且所述激光器一和激光器二之间相互交叉构成相互交叉的激光源，所述激光源在防护外壳内部覆盖的范围与大气相通，上述固定板的中心设置有量子膜红外光谱仪，且激光器一和激光器二设置于上述量子膜红外光谱仪的周边，所述固定板上还设置有自动清扫机构；电控箱设置于上述防护外壳的顶部，且电控箱的底部固定安装有蓄电池，该蓄电池的顶部一侧电性连接有一个控制箱，蓄电池的顶部另一侧电性连接有一个电源控制器，信息采集器设置于上述防护外壳的底部内侧，且所述防护外壳的底部外侧安装有至少一个的无线传输器。
在上述的一种能见度检测仪中，所述激光器一和激光器二之间的夹角均为90～110度，且激光器一和激光器二的出光形式均为线性连续激光器，其波长为904～908nm，其激光输出功率为300～600mW。
在上述的一种能见度检测仪中，所述量子膜红外光谱仪包括滤波片及红外光谱传感器，所述滤波片位于所述固定板的中部上侧，所述红外光谱传感器位于固定板的中部下侧。
在上述的一种能见度检测仪中，所述自动清扫机构位于固定板设置有滤波片的光学端面。
在上述的一种能见度检测仪中，所述电控箱采用IP65型箱体，且电控箱分别和信息采集器、电源控制器、激光器一、激光器二及量子膜红外光谱仪电气性连接。
在上述的一种能见度检测仪中，所述量子膜红外光谱仪的光谱带宽为800～910nm。
在上述的一种能见度检测仪中，所述防护外壳采用注塑成型工艺生产的部件组装成型，且部件由不透光的ABS工程塑料注塑成型。
在上述的一种能见度检测仪中，所述自动清扫机构为由电机带动的一个由橡胶条组成的可以左右往返的机构。
在上述的一种能见度检测仪中，所述防护外壳外部形状为多边形，内部为圆形，且所述防护外壳内部为无光黑色，外部为白色。
在上述的一种能见度检测仪中，所述防护外壳上设置有多个立柱。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明克服了现有的前向、后向散射式能见度仪开放式光路不能满足高速公路、高等级公路环境灰尘大、树木光影复杂的工作条件；与现有开放式探测光路的前、后散射单点发射接收式的散射式能见度监测仪、数字摄像能见度测量方法、以及采用红外CCD探测器组成的能见度检测仪在光学结构、检测原理完全不同，完全可以在高速公路及高等级公路恶劣的大气环境下，可靠稳定的工作；
2、本发明采用量子膜红外光谱仪，在800～810nm光谱范围内进行能见度的检测，再此光谱范围内可以降低太阳光的干扰，对汽车的光线有着良好的抗干扰性；使能见度测量结果更为可靠性和稳定性；
3、本发明检测大气气溶胶光谱强度方法，克服了与现有开放式探测光路的前、后单点发射，单点接收式的散射光强度检测模式的能见度监测仪存在检测点小，探测稳定性差，受雨、雪影响问题；
4、本发明防护外壳结构可以完全阻断外界光的干扰、避免下雨、雪的影响，避免蜘蛛等昆虫的干扰，满足野外长期工作的要求；采用模块化设计，其结构简单、现场安装更换方便、成本低、易组网等功能满足道路交通、高速公路环境能见度检测需求。
综上所述，本发明结构设计合理，针对我国交通道路、高速公路运营安全管理的需要，研发适用交通道路、高速公路环境能见度的检测仪器，以解决交通道路、高速公路环境团雾的实时监测，有效提升高速公路环境能见度的安全预警防范的手段，对降低道路、航运重大事故的发生率，保障人民的生命财产安全，促进我国公路交通、海防气象安全整体技术与管理水平的提高有着重大意义。
附图说明
图1为本发明提出的一种能见度检测仪的示意图；
图2为本发明提出的一种能见度检测仪的主视图；
图3为本发明提出的一种能见度检测仪的A-A处的剖视图；
图4为本发明提出的一种能见度检测仪的固定板处的结构示意图；
图5为本发明提出的一种能见度检测仪的B-B处的剖视图；
图6为本发明提出的一种能见度检测仪的电控箱结构示意图；
图7为本发明提出的一种能见度检测仪的C-C处的剖视图。
图中：1、防护外壳；11、立柱；2、固定板；21、激光器一；22、激光器二；3、自动清扫机构；31、橡胶条；32、电机；4、量子膜红外光谱仪；41、滤波片；42、红外光谱传感器；5、信息采集器；6、电控箱；61、控制箱；62、电源控制器；7、蓄电池；8、无线传输器。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
部分说明：
依据散射原理，确定了在一定条件下测定大气能见度的原理；即能见度值等同于大气消光系数(或大气光衰减系数)A，根据国际认同的柯什密得(Koschmder)原理，精确测量大气的消光系数A值，就可计算得到MOR值，MOR与A的关系为：
MOR表示气象光学视距：即白炽灯发出色温为2700K的平行光柱，通过大气，光亮减少到其初始的0.05时的路径长度，即为MOR，能见度检测仪的工作原理主要是依据对大气消光系数(或大气的光衰减系数)的精确测量；
消光系数σ是由于大气气溶胶和分子的散射和吸收作用而造成的光的衰减，它等于散射系数b与吸收系数c之和，即：
σ＝b+c
根据柯什密得(Koschmider)原理，气象光学视距MOR与消光系数σ之间存在函数关系。只要精确测定σ，就可计算得到MOR值。WT-1能见度仪采用前向散射法测大气消光系数，通过公式换算得出能见度，委员会(CIMO)于1957年提出了“气象光学距离(MOR)”的定义。
参照图1-7，一种能见度检测仪，包括具有多层防雨遮光结构构成的防护外壳1，防护外壳1中部设置有一个固定板2；
上述值得注意的有以下几点：
1、固定板2为一个可以固定量子膜红外光谱仪4、激光光源、自动清扫机构3的中格，在量子膜红外光谱仪的周边固定两个相同的激光光源(激光器一21和激光器二22)；
2、激光器一21和激光器二22之间相互交叉构成相互交叉的激光源，激光源在防护外壳1内部覆盖的范围与大气相通，具有遮光、防虫、防尘、防雨、雪功能，且激光器一21和激光器二22设置于量子膜红外光谱仪4的周边；
3、激光器一21和激光器二22的激光出光口的夹角为90～110度，激光器出光的激光线为线性且相互交叉，两个激光器输出的激光线覆盖防护外壳1内部；
4、激光器一21和激光器二22的出光形式均为线性连续激光器，其波长为904～908nm，其激光输出功率为300～600mW。
固定板2的中心设置有量子膜红外光谱仪4，电控箱6设置于防护外壳1的顶部，且电控箱6的底部固定安装有蓄电池7，该蓄电池7的顶部一侧电性连接有一个控制箱61，蓄电池7的顶部另一侧电性连接有一个电源控制器62；
上述值得注意的有以下几点：
1、量子膜红外光谱仪4的光谱带宽为800～910nm，量子膜红外光谱仪4包括滤波片41及红外光谱传感器42，滤波片41位于固定板2的中部上侧，红外光谱传感器42位于固定板2的中部下侧，自动清扫机构3位于固定板2设置有滤波片41的光学端面；
2、自动清扫机构3为由电机32带动的一个由橡胶条31组成的可以左右往返的机构；
3、电控箱6采用IP65型箱体，且电控箱6分别和信息采集器5、电源控制器62、激光器一21、激光器二22及量子膜红外光谱仪4电气性连接。
信息采集器5设置于防护外壳1的底部内侧，且防护外壳1的底部外侧安装有至少一个的无线传输器8，防护外壳1上设置有多个立柱11；
上述值得注意的有以下几点：
1、防护外壳1采用注塑成型工艺生产的部件组装成型，且部件由不透光的ABS工程塑料注塑成型；
2、防护外壳1外部形状为多边形，内部为圆形，且防护外壳1内部为无光黑色，外部为白色。
本发明中，蓄电池7能够为整个仪器实现供电，激光器一21和激光器二22是激发大气气溶胶产生散射的光源，激光器出光的激光线为线性且相互交叉，两个激光器输出的激光线覆盖防护外壳1内部，激光器一21和激光器二22工作产生的多激光束在防护外壳1内构成一个空间的高密度的激光场，大气中微弱的气溶胶粒子进入激光场受其激发产生散射形成散射态气溶胶层，红外光谱传感器42检测其散射强度值，信息采集器5采集大气气溶胶散射的强度值数据，并依据大气消光系数与能见度之间的关联性，遵照“MOR气象光学视距”规则计算出大气能见距离(见上述说明)；
量子膜红外光谱仪4的感光度远高于单点光电管(PIN)，采样池(敏感池)的容积大于前向、后向散射式能见度仪的采样池，采用本发明的能见度检测方式，加大气溶胶空间气溶胶的激发量，提高了能见度检测的灵敏度和分辨率，改变了传统的前向、后向散射式能见度的工作原理和方法，大大提高能见度检测的灵敏度和分辨率。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
Claims (10)
1.一种能见度检测仪，其特征在于，包括：
防护外壳(1)，其中部设置有一个固定板(2)，该固定板(2)上固定装配有激光器一(21)和激光器二(22)，且所述激光器一(21)和激光器二(22)之间相互交叉构成相互交叉的激光源，所述激光源在防护外壳(1)内部覆盖的范围与大气相通，上述固定板(2)的中心设置有量子膜红外光谱仪(4)，且激光器一(21)和激光器二(22)设置于上述量子膜红外光谱仪(4)的周边，所述固定板(2)上还设置有自动清扫机构(3)；
电控箱(6)，设置于上述防护外壳(1)的顶部，且电控箱(6)的底部固定安装有蓄电池(7)，该蓄电池(7)的顶部一侧电性连接有一个控制箱(61)，蓄电池(7)的顶部另一侧电性连接有一个电源控制器(62)；
信息采集器(5)，设置于上述防护外壳(1)的底部内侧，且所述防护外壳(1)的底部外侧安装有至少一个的无线传输器(8)。
2.根据权利要求1所述的一种能见度检测仪，其特征在于，所述激光器一(21)和激光器二(22)之间的夹角均为90～110度，且激光器一(21)和激光器二(22)的出光形式均为线性连续激光器，其波长为904～908nm，其激光输出功率为300～600mW。
3.根据权利要求1所述的一种能见度检测仪，其特征在于，所述量子膜红外光谱仪(4)包括滤波片(41)及红外光谱传感器(42)，所述滤波片(41)位于所述固定板(2)的中部上侧，所述红外光谱传感器(42)位于固定板(2)的中部下侧。
4.根据权利要求3所述的一种能见度检测仪，其特征在于，所述自动清扫机构(3)位于固定板(2)设置有滤波片(41)的光学端面。
5.根据权利要求1所述的一种能见度检测仪，其特征在于，所述电控箱(6)采用IP65型箱体，且电控箱(6)分别和信息采集器(5)、电源控制器(62)、激光器一(21)、激光器二(22)及量子膜红外光谱仪(4)电气性连接。
6.根据权利要求1所述的一种能见度检测仪，其特征在于，所述量子膜红外光谱仪(4)的光谱带宽为800～910nm。
7.根据权利要求1所述的一种能见度检测仪，其特征在于，所述防护外壳(1)采用注塑成型工艺生产的部件组装成型，且部件由不透光的ABS工程塑料注塑成型。
8.根据权利要求1所述的一种能见度检测仪，其特征在于，所述自动清扫机构(3)为由电机(32)带动的一个由橡胶条(31)组成的可以左右往返的机构。
9.根据权利要求1所述的一种能见度检测仪，其特征在于，所述防护外壳(1)外部形状为多边形，内部为圆形，且所述防护外壳(1)内部为无光黑色，外部为白色。
10.根据权利要求1所述的一种能见度检测仪，其特征在于，所述防护外壳(1)上设置有多个立柱(11)。
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| CN115629046A (zh) * | 2022-10-14 | 2023-01-20 | 合肥中科光博量子科技有限公司 | 一种带自标定的大范围团雾快速监测系统 |
-
2022
- 2022-03-01 CN CN202210194811.4A patent/CN114384036A/zh not_active Withdrawn
-
2023
- 2023-02-10 CN CN202310094074.5A patent/CN116429719A/zh active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115629046A (zh) * | 2022-10-14 | 2023-01-20 | 合肥中科光博量子科技有限公司 | 一种带自标定的大范围团雾快速监测系统 |
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| Publication number | Publication date |
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| CN116429719A (zh) | 2023-07-14 |
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