散射式能见度仪原理

散射式能见度仪简介

散射式能见度仪是能见度测量仪的一种，通过测量散射系数从而估算出气象光学视程的仪器。大气中光的衰减是由散射和吸收引起的，在一般情况下，吸收因子可以忽略，而经由水滴反射，折射或衍射产生的散射现象是影响能见度的主要因素。故测量散射系数的仪器可用于估计气象光学视程（MOR）。

散射式能见度仪主要用于气象部门。具有价格低，安装维护简单的优点。但也有采样范围小，准确性受大气悬浮粒子特性影响的缺点。

能见度的准确测量在电力供应、通讯工程、工农业生产等众多领域有着极其重要的意义。在航空、航 海、高速公路等交通运输领域，能见度是关系到人员和设备安全的重要气象要素；在地球的气象研究、城市环境改善和沙尘暴监测治理等部门，能见度也是重要的气象参数。随着现代科学技术的发展，能见度仪已经成为我军科研、训练、作战的重要军事气象保障装备。　　

散射式能见度仪原理

能见度是与人的视觉因素紧密结合在一起的一种复杂的心理-物理现象，表示的是可视距离。根据柯西密德（Koschmieder）定律，对以水平天空为背景的黑体目标物，目标物和背景视亮度对比可以表示为：

经对光的散射原理和大气物理光学特性的进一步研究和分析，并执行世界气象组织（WMO）和国际民航组织（ICAO）的有关规定，可以得出：

（a）根据对散射线函数的研究可知，在θ为30o~40o区间范围为不敏感区，消光系数与散射系数的比值是不变的。

（b）在一定条件下，光的吸收效应可以忽略，因而在工程应用上，消光系数被认为等于散射系数。

（c）对能见度观测来讲，视觉对比阈值选用0.05是合适的。

（d）只要能遮蔽来自其它光源的干扰，能见度观测仪器在白天和夜间都可以使用。

前向散射能见度仪就是根据以上机理，并选择合适的光源（波长、光强）和光路结构，通过检测专用光源在指定大气体积中的前向散射强度，以求得其散射系数，进而根据相关数学模型演算出大气能见度值。

散射式能见度仪分类

根据散射角度的不同，散射仪又可分为3种：前向散射仪、后向散射仪和总散射仪。前向散射仪以其体积小、性能价格比高而得到广泛应用，目前普遍应用的前向散射仪可分为单光路和双光路两种。

前向散射能见度仪是继透射式能见度仪后发展起来的新一代大气能见度检测仪器，是我公司应用光的大气散射理论和红外探测技术开发的新产品。该设备通过了国家靶场全面性能考核、使用考核；设备结构简单，使用操作方便，人机界面友好，测量数据与人工观测和国外同类设备测量结果具有较好的可比性，总体技术达到了国际先进水平；能对大气能见度和机场跑道视程进行快速、准确、有效的测量和报告。

前向散射式能见度仪工作原理：其发射器以红外LED作为光源，通过透镜、经脉冲调制后光源照射到采样空间，采样空间内的气溶胶粒子对光产生散射，散射量大小与气溶胶粒子的尺寸、浓度相关，气溶胶粒子的尺寸、浓度又与大气能见度相关。散射光经滤光片滤出、接收器探测到前向散射信号，并根据一定角度上的散射信号与总散射量的关系确定总散射系数，由CPU通过专门算法转化为能见度值。其具有如下优点：镜头污染对于测量效果的影响较小;探测范围广;结构紧凑,易于调整等。当然由于其也有一些先天的不足,比如因为采样体积不大,所以对于一定范围内能见度的测量可能会出现以点代面的问题;由于是用一定角度方向上的散射系数进行比例放大后代替总的散射系数,故在应用时会引入相对的误差。

前向散射能见度仪的发射器与接收器在成一定角度和一定距离的两端。接收器不能接收到发射器直接发射和后向散射的光，而只能接收大气的前向散射光。通过测量散射光强度，可以得出散射系数，从而估算出消光系数。