散射式能見度測量儀能見度的定義能見度(Visibility)是首先為了氣象目的而定義的通過人工觀測者定量估計的量， 以這種方式進行的觀測現正廣泛地采用。然而，能見度的估計受許多主觀的和物理的因素的影響；基本的氣象量，即大氣透明度，可以客觀地測量，并用氣象光學視程(MOR)表示。氣象光學視程(Meteorological oDtical range)是指由白熾燈發出的色溫為2700K的平行光束的光通量在大氣中削弱至初始值的5所通過的路徑長度。消光系數(Extinction coeficient)(符號： )是色溫為2700K的自熾光源發出的平行光束經過大氣中單位距離的路徑損失的那部分光通量。該系數是對由于吸收和散射造成的衰減的測量。對比閾值(Contrast threshold)(符號：)是人眼能察覺的最小亮度對比，例如，允許目標物從背景中消失的值，對比閾值隨各人而異。國內外發展現狀伴隨著光電子技術的不斷提高,越來越多的國外公司推出精度高,測量范圍廣的前向散射式能見度測量儀:例如美國BELFORT公司生產的商業化的Model 6000 Visibility Sensor能見度測量儀,被廣泛的應用在高速公路,機場港口用于能見度的監控;芬蘭的VAISALA公司制造的FD12P能見度儀對能見度的測量范圍是10-50000m,其不光用于機場,高速公路也常被用于常規氣象觀測對霧的領域,而且此品牌的能見度儀也在我國多個地區被廣泛使用；加拿大的PEP公司研制的PEP00012能見度儀等。國外的公司產品往往價格非常昂貴，如芬蘭 Vaisala 公司的PWD2型低功耗能見度儀，采用散射原理測量氣象能見度值，反射光波為 875nm近紅外光，每臺售價都在10萬人民幣左右。國內的相關科研人員也加強了對國外先進產品的分析,如廣州熱帶海洋研究所對美國Belfort儀器公司所生產的Model 6000型前向散射能見度儀的分析,其重點分析了該能見度測量儀提高信噪比的機理以及測量誤差的來源;南京大學氣象學院與山東地方氣象局的相關工作人員對芬蘭Vaisala公司所生產的PWD22前向散射型能見度儀的研究,對前向散射式能見度儀的安裝與維護以及串口通訊都做了分析;北京奧克希爾公司的研究員馬遠對英國Biral公司的HSS能見度/天氣氣象儀的原理以及設計思路和測量方法都給出了詳實的描述。國內也有多個廠家對能見度測量設備進行生產,如長春氣象研究所和洛陽卓航測控設備有限公司,錦州陽光科技發展有限公司等單位都開發出了相應的透射式和散射式能見度測量儀。其中以洛陽凱邁公司為主導,其生產制造的能見度測量儀己在全國多個城市得到推廣并使用。下表列出國內外部分能見度測量儀生產廠家及其生產的能加度測量儀型號及相關參數:國家公司廠家儀器型號名稱測量原理測量范圍/m測量誤差基線長或散射角/取樣空間工作環境芬蘭Vaisala公司LT31透射表消光10-1000010%30,50m,75m-40 +600100%RHPWD10,PWD20，PWD20w前向散射10-200010-2000010%(10 km) 15%(20 km)45-40 +600100%RH德國Impulsphysik公司Skopograph II消光10-300015-75mVideograp后向散射50-3000AEG 公司AEG/DFVLR散射儀前向散射50-400005%10-20 /780cm3美國Belfort公司Model6000前向散射6-8000010%420-40 +600100%RHNovalynx 公司8330透射表消光10-300010m 75m 150m-30+50C400-SVS1警衛前向散射30-16000土 10%420-40 +600100%RHEG&G公司207前向散射儀前向散射60-6100 5%20-50-30+50C英國Biral公司HSSVPF-73前向散射10-750002%(2km)350左右-50+60C中國洛陽凱邁測控有限公司CJY-IC型前向散射能見度儀前向散射10-1000020%350左右-45 +500100%RHCJY-2B型前向散射能見度儀前向散射5-500010%450左右-45 +500100%RH長春氣象儀器研究所TS能加度儀消光100-30001%50m 75m 150m-45 +500100%RH綜上所述,可以預見隨著光電技術的不斷發展,能見度測量伩有著很大的改進空間。散射式能見度測量儀的工作原理 儀器的發射端發出光輻射對于臨近的采樣空間中的大氣進行照射,大氣樣本中的氣溶膠對照射的粒子產生散射,其散射光強的大小與粒子濃度及其尺度相關,而粒子濃度與與其尺度又能客觀的反應大氣能見度。散射式能見度測量儀通過測量特定角度上的散射光強,并根據其與總散射量之間的關系確定總散射系數,因為光在短距離的氣溶膠中傳播,氣溶膠對其的吸收系數是可以忽略不計的,所以利用總散射系數就可以求得能見度。前向散射式能見度儀工作原理：其發射器以紅外LED作為光源，通過透鏡、經脈沖調制后光源照射到采樣空間，采樣空間內的氣溶膠粒子對光產生散射，散射量大小與氣溶膠粒子的尺寸、濃度相關，氣溶膠粒子的尺寸、濃度又與大氣能見度相關。散射光經濾光片濾出、接收器探測到前向散射信號，并根據一定角度上的散射信號與總散射量的關系確定總散射系數，由CPU通過專門算法轉化為能見度值。其具有如下優點:鏡頭污染對于測量效果的影響較小;探測范圍廣;結構緊湊,易于調整等。當然由于其也有一些先天的不足,比如因為采樣體積不大,所以對于一定范圍內能見度的測量可能會出現以點代面的問題;由于是用一定角度方向上的散射系數進行比例放大后代替總的散射系數,故在應用時會引入相對的誤差。能見度測量儀優缺點比較前向散射式結構緊湊,體積小, 方便安裝與維護,測量范圍廣,光學鏡頭的污染對于測量所造成的誤差較小采樣體積小,需對大氣做出均勾的假設,光輻射強度與散射系數的比例關系的引入也會帶來想對應的誤差,測量精度較之透射型比較低后向散射式解決了前向散射能見度測量儀采樣體積小的缺點設備體積增大,對于發射和接受端的設備要求增大HW-N1型能見度儀機械結構設計一套完整能見度儀系統主要由機械結構、光學系統、硬件、軟件程序等構成。HW-N1型能見度儀機械結構主要包括：能見度傳感器、太陽能板、立桿、蓄電池等(如圖1所示)。能見度傳感器作為大氣能見度儀主要的部件之一，它由發射器、接收器、橫臂支架等組成(如圖2所示)。能見度傳感器橫臂支架、斜塊均選用5A05航空鋁材，經機械加工、鋁釬焊焊接而成。橫臂支架是保證發射器、接收器相互位置及角度的基礎。分別通過發射器、接收器的端蓋與焊接式橫臂支架上斜塊裝配定位后形成一套完整能見度傳感器。按照光學系統設計要求、保證圖2所示僅1=2、等參數是關鍵。選用厚度6ram鍍鋅鋼板焊接成蓄電池盒作為底座，底座再與直徑為89mm鍍鋅鋼管焊接，制成能見度儀立桿，并對其表面進行熱浸鋅、噴塑工藝處理。立桿具有耐腐蝕、美觀的特點。太陽能板、蓄電池、光伏控制器組成了太陽能供電系統，該系統可保證連續兩周陰雨天情況下、設備正常供電。光學系統HW-N1型前向散射能見度儀屬于光電測量儀器，其構造離不開光學系統。光學系統設計任務包括：確定工作角度、發射器光路設計與接收器光路設計(如圖3)。接收器光軸與發射器光軸相交的銳角0為其工作角度。選擇工作角度原則是方向散射量較大、以保證測量信號足夠大、信噪比足夠高，同時，應避免發射器的輻射光束直接射入接收器。實踐證明，在向前方向3O。一50。散射角域內，具有更強散射光、且角散射系數與總散射系數的比例因子更加穩定。基于上述原則，系統選用35。工作角度。發射器光路系統由光源、透鏡組成。系統選用880nm紅外發光二極管作為光源，透鏡我們選取火石光學玻璃并將透鏡的表面加鍍增透薄膜。透鏡作用是將紅外發光二極管發出的紅外光束的發散角壓窄，使發射光束能量體積密度增加。加鍍增透薄膜可減少透射光能的發射損失，提高工作光譜帶的透過率。接收器光路系統由探測光電管、透鏡、濾光片組成。探測光電管作用是探測被發射器發射、大氣散射的部分紅外光脈沖，輸出與這部分紅外光脈沖成正比的模擬電源信號。系統選用離子著色選擇性吸收玻璃為濾光片。參考文獻：前向散射能見度儀研制 張世松 張月亮(安徽藍盾光電子股份有限公司，安徽 銅陵 244000) Belfort Model 6000能見度儀工作原理前向散射能見度儀的發射器與接收器在成一定角度和一定距離的兩處。接收器不能接收到發射器直接發射和后向散射的光，而只能接收大氣的前向散射光。通過測量散射光強度，可以得出散射系數，從而估算出消光系數。前向散射能見度儀光學原理見圖1。美國Belfort儀器公司生產的Model 6000型前向散射能見度儀，是連續測量能見度的全自動儀器，它由發送器、接收器、采集器構成，結構示意圖見圖2。該觀測儀器的傳感器是利用前向散射測量原理，見圖3。通過對測量一小空氣體積對42。紅外光的前向散射強度，來評估氣象光學范圍能見度。因大氣中光的衰減是由散射和吸收引起的，在一般情況下，吸收因子可以忽略，而經由水滴反射，折射或衍射產生的散射現象構成降低能見度的因子。故消光系數可認為和散射系數相等。從而，通過測量散射系數可用于估計MOR。參考文獻：Belfort Model 6000能見度儀工作原理與使用方法 甘桂華，張小榮 (揭西縣氣象局)CJY-2B型前向散射能見度儀傳統前向散射式能見度測量儀的機械結構：圖3.2是常見的前向散射式能見度測量儀的基本機械結構原理圖,從圖中可以了解到,傳統的前向散射式能見度測量儀由以下三個部分組成,分別是:發射端,接受端,以及控制單元。各自的連接是通過機械立柱,釆樣空間為接收端與發射端之間相隔的大氣。由上圖可以看出傳統的結構在個單元的組裝上是比較復雜的,因為發射端與接受端分別為獨立模塊,所以在安裝的時候需要對其進行空間對準,即發射光源與散射點所組成的空間與接受端與散射點所組成的空間相交,但是由于此種發射與接受端的距離一般在一米左右,所以對于空間對準操作起來相對來說比較復雜。此外由于接受端與發射端均暴露在露天之下。雖然在兩端口前加上了一段防護長管,但是由于背景光相對于散射光非常強,還是會存在非常大的干擾光,而且由于無法做到完全的密閉,對于保護長管的上端會受到陽光的直接照射,這樣又會出現難以隔絕的干擾光強。對于小信號提取裝置來說,背景光的干擾會大大增加后期提取信號的復雜度,也會給電路設計產生不便。以國產前向散射式能見度儀的實體結構為例,CJY-2B是由國內某測控有限公司推出的一款繼傳統機械結構能見度儀后新開發的一種前向散射能見度儀,該儀器被裝配于船舶、高速公路等交通運輸部門。 從圖中可以發現,該國產前向散射式能見度儀改進了