雾和气溶胶前向散射对消光的影响

光电工程中探测器接收的光强包括透射光和大气前向散射光。雾和大气气溶胶粒子的前向散射增强了透射光,从而导致测量的衰减比实际衰减小。本文采用Mie散射理论,根据气溶胶谱分布以及雾滴的谱分布模型及其与能见度的经验关系,计算了可见光到中波红外波长的前向散射修正因子。详细分析了激光在气溶胶和雾衰减中前向散射修正因子随粒子平均半径、能见度和波长等参数的变化关系,并拟合出前向散射修正因子随粒子平均半径和视场乘积的经验关系式,在10°视场内平均残差小于0.02,可为相关光电工程提供参考。     

大气透射仪与前散射仪在低能见度条件下的测量数据对比分析

从大气透射仪和前散射仪两种能见度的测量仪器的工作原理出发,对大气透射仪和前散射仪两种能见度测量仪器在低能见度天气条件下的数据进行对比,得出在低能见度条件下前散射仪的测量值与大气透射仪测量值存在一定偏差;在不同天气条件下,偏差量又有所不同。     

气溶胶颗粒折射率在光学粒径测量中的影响

针对单颗粒光散射测量方法中被测颗粒折射率会影响测量结果的问题,根据Mie理论和光辐射能通量计算公式,对13种常见气溶胶颗粒,在不同采光中心角θ和采光接收半角β下的散射光辐射能通量F与粒径D关系曲线进行了计算,提出一种基于相对测量误差平均值的评价标准,依据该评价标准定量分析了13种折射率对测量的影响。通过对模拟结果的分析,得出采光结构接收到的光辐射能通量包含前向散射光的条件下,13种颗粒的F-D曲线较为接近,折射率对测量结果的影响相对较小。     

前向散射能见度仪的测量技术研究

用前向散射能见度仪替供透射能见度仪测量能见度时，在不同天气条件下，二者有着不同的函数关系，作者通过研究给出了这种函数工，应用这个关系式可确保前向散射仪的测量精度，从而提高前向散射仪的实用性。     

基于后向光散射的颗粒测量技术研究

颗粒粒径和颗粒折射率是光散射颗粒测量技术中的重要参数。为了实现颗粒粒径的测量及其分档,在广义Mie理论基础上,分析了颗粒粒径及折射率对后向散射光能分布的影响,并得到了后向散射光能分布随颗粒粒径及折射率呈周期变化规律。实验验证结果表明,后向散射光能与颗粒粒径及颗粒浓度有关。研究结果可为后续的颗粒测量研究提供参考。     

自动观测系统RVR值测量方式对比浅析

通过对大气透射仪与前散射仪的测量原理、测量方式的分析和典型天气情况下两套仪器测量数据的对比分析,得出在天气现象复杂的东北地区使用大气透射仪测量能见度时,通过其测量数据计算出的RVR值更为精确,因此能更好地保障飞行安全。     

封闭玻璃管道内液体折射率的非接触测量

为了实时、原位和非接触测量工业生产过程中封闭管道系统内透明、半透明液体折射率,提出了一种简单的基于玻璃管壁光学特性的液体折射率测量方法。该方法通过涂覆在玻璃管壁外表面上的透射散射层,将入射激光束转换为进入玻璃管壁的大角度分布的透射散射光;透射散射光到达玻璃管壁与液体的界面上后,符合全反射条件的散射光反射到透射散射层上,自动形成与玻璃管内液体折射率值相关的椭圆形暗斑图像。根据椭圆形暗斑长轴长度与液体折射率之间的解析关系,即可实现玻璃管内液体折射率的原位、非接触测量。对几种常见的透明、半透明液体的折射率进行了实验测量,结果表明:该测量方法的准确性与目前商用数字阿贝折射仪相当(±2×10-4 RIU)。该测量方法具有成本低、稳定性好、抗干扰且光源稳定等优点,而且在处理与液体折射率相关的光学图像时无需调试,光照即显,有望用于封闭管道在非常温、非常压状态下液体折射率的实时、自动和非接触在线监测。     

细光束扫描测量光纤预制棒折射率分布的研究

聚合物光纤预制棒的折射率决定了光纤的传输特性,精确测量光纤预制棒折射率分布非常必要.本文主要研究了一种新的测量方法--细光束扫描来测量光线预制棒的折射率分布.     

雾天前向散射仪接收信号与能见度关系的确定

本文介绍了前向散射仪测量能见度的基本原理。在对前向散射仪接收信号与能见度理论关系推导的基础上，分析了雾天状态下的一组典型数据，提出了确定接收信号与能见度经验关系的几种方法。     

阶跃折射率多模光纤包层等离子体共振传感器

光纤表面等离子体共振(SPR)传感器通常以纤芯为共振基底,需要采用腐蚀、侧抛、研磨等复杂的加工工艺将光纤包层去除,存在倏逝波不易泄露,传感探针制作困难的问题。本文提出一种以光纤包层为SPR共振基底的阶跃折射率多模光纤包层SPR传感器。采用单模光纤与阶跃折射率多模光纤偏芯熔接结构,将单模光纤纤芯中的光直接注入多模光纤包层,并在阶跃折射率多模光纤包层外镀50nm金膜。在探针传感段,光场能量全部分布在阶跃折射率多模光纤包层中,发生SPR效应充分。与传统光纤包层SPR传感结构相比,该传感器能够获得更深的共振谷,折射率测量范围为1.333～1.385RIU时,传感器的平均灵敏度可达2 307nm/RIU,本文亦对传感段多模光纤纤芯直径与长度不同参数的影响进行了探究。本文提出的阶跃折射率多模光纤包层SPR传感器制作简单,有效解决了光纤包层与空气界面不易获得倏逝波的问题。     

用光子相关光谱法测量多分散颗粒系的颗粒粒度分布

光子相关光谱 ( Photon Correlation Spectroscopy,简称 PCS)技术是测量亚微米及纳米颗粒粒度的有效方法 ,其测量原理始基于颗粒的布朗运动。设计完成了 PCS颗粒粒度测量装置 ,并进行多分散颗粒系的粒度分布测量 ,测量结果与样品标称值相吻合     

The effect of forward scattered light on the extinction of aerosols in a White type optical cell

Photons are traced through a simplified White type cell to determine the adjustment to compensate for detected forward scattered light in measuring aerosol optical depth. Verification is performed by comparing the optical depth determined from optical extinction with that calculated from the measured concentration of monodisperse polystyrene latex (PSL) spheres. As the adjustments derived for representative urban and marine aerosols are similar to or larger than those required for the PSL spheres, forward scattered light needs to be considered for real world conditions with our instrument. Although the described adjustment is specific to this instrument, it is shown that it may be significant for other detection geometries.     

保偏光纤模场直径和数值孔径测试研究

基于光纤测量远场法原理测量光纤远场光强分布。通过改进远场法得到光纤的远场光强分布后,同时计算得到保偏光子晶体光纤的模场直径和数值孔径,使测量装置实现集成化和简便化。通过光束测试仪测量光纤的出射光强分布,光束测试仪测量的是光纤中心最大光强点的两个垂直方向上的光强分布。保偏光子晶体光纤的出射光斑是椭圆的,每个方向的模场直径、数值孔径分布并不相同。传统的测试方法不能解决这个问题。通过旋转光纤测量光纤各个方向上的光强分布,然后计算各个方向上的模场直径,最后通过拟合各个方向上的模场直径得到保偏光子晶体光纤椭圆形的模场分布。实验测得保偏光子晶体光纤椭圆光斑长短轴的模场直径分别为7.5μm和4.2μm,数值孔径分别为0.159和0.276。     

大气透过率的多点移动测量

考虑大气透射仪的光源不稳定性以及光学准直及大气环境的动态变化均会对其测量精度产生影响,本文在高精度导轨上设计了多点移动大气透过率测量系统,以便提高其大气透过率及消光系数的测量精度。该系统采用可移动测试平台,运用多点移动测量的方式测量大气透过率及消光系数。基于理论比较了多点移动大气透过率测量方法与传统大气透射仪测量方法的测量精度,证明了该系统的测量精度高于传统大气透射仪。将该系统与经过良好校正的Skopograph II型大气透射仪在大气环境模拟舱进行了较长时间的对比验证。结果表明,两套系统具有很好的相关性,91.93%的数据对偏差在10%以内,相关系数达0.985 7。在低能见度条件下,多点移动大气透过率测量系统的测量稳定性优于传统大气透射仪。得到的结果显示:该系统能够满足大气透过率和消光系数测量对准确性、稳定性和一致性的要求。     

NO2 双通道光谱成像定量监测技术研究

二氧化氮(NO₂)是危害环境和人类健康的主要污染气体之一,需要对其排放进行监测以实现更好的治理。现有成像监测方法具有大范围实时的优点,但存在重建背景准确性和适用性不足的问题。本文提出了一种利用双通道光谱图像对气体浓度进行定量监测的方法,通过405和470 nm双通道光谱图像反演NO₂浓度,开展了以下理论与实验研究：进行了理论推导,得到气体柱浓度与双通道光强比之间的关系式;分析了双通道曝光时间对标定公式的影响,比较了采集的双通道光强比值与理论值,两者相差0.26%;采集了北纬26.08°不同气象条件的太阳散射辐射光谱,给出了不同太阳天顶角下的双通道光强比经验值;对探测相机系统性能进行了分析,探测限为19.6×10^-6m;浓度标定与反演实验给出了标定函数,反演了扩散中的气体浓度二维分布图,验证了双通道光谱成像方法定量检测气体浓度的可靠性。     

A study of the method for measuring the local size distribution of spherical particles diffusing in a fluid by L.D.A.

This work concerns a method for measuring the local size distribution of spherical particles diffusing in a fluid. It is based on the light scattering theory and makes use of an ordinary Laser Doppler Anemometry apparatus. The required information is obtained by analyzing and processing the signal from the PM, which observes the measuring volume at the angle of 90. The pinhole is replaced by a slit oriented in such a way that the intensity of the scattered light depends only on the diameter of the particle and on a single space variable. A direct calibration of the response of the optical system is used to compute the size distribution from the scattered light probability density.     

光电非接触式表面流速测量

针对水工物理模型试验中尚无简单易行的表面流速测量方法,提出了一种新型光电非接触式表面流速直接测量法。在对光束入射水体后散射光强度公式进行推导的基础上,根据水体浅层泥沙浓度的统计继承效应,得出了经上下游浅层泥沙调制的散射光强成相关特性的结论。根据上下游散射光的相关特性,推导了流速测量公式,并分析了上下游测量间距、水流流速、采样率对测量结果的影响。搭建了实验系统,在6种不同标定流速下,分析了不同含沙量对测量精度的影响。实验结果表明,在0～50kg/m36种不同含沙量情况下,实测流速与标定流速的一致性均较好,但水体在10～50kg/m3适量含沙情况下,测量精度较不含沙情况有所提高,测量绝对误差均小于0.1m/s,相对误差能控制在8%以内。