雾天多次散射对激光透射仪能见度测量的影响

为了分析雾天多次散射引起的激光透射仪能见度测量误差，结合激光大气透射仪的系统参量，基于平流雾和辐射雾分布模型，采用蒙特卡洛法对激光在雾中的传输特性进行了理论分析和数值模拟，获得了雾天透过率数据，并计算得到了多次散射引起的能见度误差。结果表明，在雾天气下随着空气中含水量的增多，多次散射越明显，透过率测量误差越大，辐射雾的透过率相对误差高达116.76%；同等条件下，当接收机直径为100cm时，辐射雾多次散射引起的能见度测量误差为19.30%；同时选取较小的接收机直径可以减小多次散射引起的能见度测量误差。因此, 在雾天应用激光透射仪进行能见度测量时，需考虑多次散射的影响。此研究结果对实际雾天气下激光大气透射仪能见度的测量具有重要的指导意义。     

基于积分球分光与接收的透射式能见度测量系统

介绍了一种新型透射式能见度测量系统,积分球在光源能量监控和光信号接收中起到重要作用。光源采用白色LED,外部高频脉冲调制,信号测量端同步解调,有效消除外界光干扰。积分球分光实时监控光源发射能量的变化,消除光源自身不稳定带来的误差。准直和扩束透镜组将光源发散角控制在1 mrad。反射镜组反射光路实现了有限空间光程的增加,同时增加了采样体积,缩短了透射系统的安装基线。积分球配合望远镜接收光束减小了光路调节的压力。系统研制完成后开展了实验室内模拟能见度测量实验,与现有测量大气散射系数的设备积分浊度计进行对比分析,通过积分浊度计传递定标参数。结果表明:两个系统在1.7~20 km测试区间相对偏差小于4%。     

多次散射影响下激光大气透射仪测量误差研究

针对多次散射影响激光大气透射仪的测量精度问 题,提出了不同能见度条件下的激光大气透射仪受 基线长度、接收机视场角以及多次散射影响的误差分析模型。首先,通过Monte Carlo 法和 Bouguer-Lamber 定律计算了消除和未消除多次散射的大气透过率;其次,根据仿真结果,对不同能见度条 件下多次散射 影响程度进行分析;最后,结合可变基线与可变接收机视场角的透射仪工作原理,给出能见 度误差分析模 型。结果表明,应用激光大气透射仪进行能见度测量时,能见度越低,多次散射对测量精度 的影响越严重, 选取适当的基线长度和接收机视场角对减小多次散射引起的测量误差有重要意义。     

利用前向散射实现的双光路能见度激光测量系统

文中介绍的能见度测量系统 ,通过测量 0 .81μm激光光束在前向 30°方向的散射能及在直射方向的透射能 ,计算大气的散射系数 ,测量了能见度。该系统包括光学发射与接收、信号放大与处理及结果显示三部分。光学发射与接收部分主要由半导体激光器、准直镜、扩束镜、接收镜、截止滤光片、窄带干涉滤光片、PIN光电管等组成 ;信号放大与处理部分主要由电压跟随放大电路、采样保持电路、多路模拟开关电路、模 数转换电路、80 31单片机等组成 ;结果显示部分主要由显示器、打印设备、输出端口等组成。简述了该系统的工作原理及基本结构 ,对测量的稳定性、测量精度以及光、电干扰的抑制等技术难点进行了讨论 ,并给出相应的解决方案     

综合散射法与透射法测量水浊度的研究

介绍了水浊度常用的两种测量方法散射法和透射法的原理、特点及其适用范围。结合散射法、透射法特点,提出一种适用于大范围变化浊度测量的综合式探测方法-比值法,并采用了基于比值法的天健TTS浊度计,以及自制的实验平台对福尔玛荆标准液进行测量。列出了TTS浊度计和自制实验平台的测量数据,同时推导了自制实验平台数据处理的公式,并计算出使用不同方法的浊度值。对实验结果的分析和比较表明比值法能有效提高水浊度的测量精度,扩大水浊度的量程。     

雾和气溶胶的光学特性对前向散射和总散射能见度仪性能的影响

建立了完整的散射式能见度仪（SVM）探测方程,搜集整理了典型天气条件下雾和气溶胶的观测资料,在此基础上,运用米散射理论计算并分析了雾和气溶胶的光散射特性及其对前向散射能见度仪（FSVM）和总散射能见度仪（TSVM）探测性能的影响。结果表明:大气散射特性显著影响SVM 的探测误差,且FSVM 受影响程度超过TSVM;雾天气下FSVM 与TSVM 的探测误差基本相当,而气溶胶天气下FSVM 探测误差比TSVM 约大6%;相同天气条件下,TSVM 接收的光通量约为FSVM 的7倍,但TSVM 泄露的散射光仍不能忽略,否则将导致较大的系统误差;若不计光通量测量误差,雾天气下FSVM 与TSVM 的探测误差分别为4.06%、5.54%,气溶胶天气下分别为35.80%、30.33%。所得结果可为SVM 的光路设计、误差分析和比对试验等提供支持。     

利用前向散射方法的跑道能见度激光测量仪

介绍了一种利用交叉型双光路前向散跑道能工激光测量仪。简要介绍了该测量仪的工作原理及基本结构,讨论了其中的技术难点及其相应的解决方法。     

激光后向散射式能见度测量仪的理论分析与实现

文章采用后向散射能见度测量法,通过测量激光在大气传输过程中产生的后向散射信号,计算大气的消光系数,从而得出大气能见度值,从硬件和软件上设计,并进行了实验.     

前向散射能见度仪测量误差的理论分析

前向散射能见度仪(FSVM)是测量能见度的主要仪器.从测量原理和散射理论出发,推导出了FSVM的探测方程,以此为基础,采用模拟计算与统计分析相结合的方法,分析了由于气溶胶性质不确定性和仪器光电机技术性能变化两方面引起的FSVM的8类误差源及其不确定度值.结果及分析表明:现有技术条件下仅考虑光电机性能不确定性而引起的能见度相对不确定度为4%;气溶胶性质不同而引起的相函数变化以及忽略吸收效应是FSVM的主要误差源,考虑到气溶胶性质的不确定性,能见度相对不确定度可达28%;若能识别出气溶胶性质,对于单一的雾、乡村型气溶胶和城市型气溶胶,能见度相对不确定度分别为7%、9%和18%;相函数对散射角的变化比较敏感,由于运输、架设和使用过程会对散射角产生相当的影响,必须对散射角进行校准.研究结果对FSVM的使用、改进和校准提供了理论支持.     

数字摄像能见度系统及其比对实验

传统的光学能见度仪分别存在各自的观测缺陷。数字摄像能见度观测系统是采用先进的数字摄像技术,完全仿照人眼观测能见度的原理,根据能见度的定义研制的新型能见度自动观测仪。本文重点介绍了它的基本原理、系统组成、硬件结构以及软件流程。最后给出了数字能见度仪与传统光学能见度仪及人工观测的比对结果。结果显示三者具有相同的变化趋势,但存在一定的观测差异。在降雨等复杂天气条件下,会有较大差异。     

激光散射理论及其在计量测试中的应用

本文系统地介绍了一门新近发展起来的学科---光散射及其应用技术。文中概述了散射理论的发展历史,详细介绍了瑞利散射定律及米氏理论,分析了散射与粒度、表面轮廓形貌统计特性及晶体内部微缺陷之间的数学关系,给出了激光散射在粒度、表面粗糙度测试及微缺陷检测中的应用实例.     

可精确测量低能见度的折返式跑道能见度激光测量仪的研究

本文介绍了一种可利用激光精确测量低的跑道能见度的仪器。该仪器由光学发射与接收系统、信号放大与处理系统及显示系统三部分组成。其中,光学发射与接收系统主要包括：Ｎｄ：ＹＡＧ激光器、倍频器、准直镜、扩束镜、分束镜、接收镜头、截止滤光片、窄带干涉滤光片及ＰＩＮ光电二极管等;信号放大与处理系统主要包括：电压跟随放大电路、可程控可变增益放大电路、计时电路、模－数转换电路及计算机系统等;显示系统则主要由显示器、     

透射式能见距离激光测量仪的测量精度及受后向散射能的影响

本文研究了透射式能见距离激光测量仪的测量精度及其受后向散射能的影响。导出了能见距离的测量误差、能见距离、仪器与合作目标间的距离三者之间的关系,分别讨论了当仪器与合作目标间的距离确定时,在不同的能见距离下以及当能见距离确定时,在不同的仪器与合作目标间的距离下能见距离的测量精度及其受后向散射能的影响。分析了接收镜头口径大小对能见距离测量精度的影响。     

水中颗粒物大角度范围体散射函数测量方法

针对现有体散射测量系统中激光器与探测器相互遮挡导致探测角度减小的问题,设计了一款新型的水中颗粒物的体散射函数测量系统。首先,通过双潜望式光路结构,将激光发生平面与散射探测平面分离,减小了激光器对探测角度的遮挡;同时,通过潜望式出射棱镜将透射光导出水体,避免了容器的杯壁散射,提高背散射测量的准确性。根据实际工艺,改进出射棱镜,设计系统样机,实现了3°~178°大角度范围体散射函数的测量。结合系统结构与水下光传输原理,根据数据矫正算法,矫正由于测量光程及水体衰减造成的偏差。对比矫正后结果与米散射仿真结果,证明方法的可靠性。     

增进数据准确度的散射辐射融合测量方法

分析了非线性响应特性和发射功率波动对散射测量的联合效应,以及单独的散射测量在这种联合效应作用下产生误差的原因.推导建立了这种联合效应的定标方法的数学模型.利用散射辐射组合系统,构建了一种散射辐射融合测量方法用于实现这一定标方法.数值模拟了该融合测量方法相对于单独的散射测量方法在数据准确度、测量动态范围等性能上的改进效果.     

关于大颗粒Mie散射与Fraunhofer衍射问题的分析比较

利用Mie散射与Fraunhofer衍射理论的数值计算,对球形颗粒的Mie散射和Fraunhofer衍射做了大量的计算和分析比较,提出了大颗粒的Fraunhofer衍射近似替代Mie散射的判据.     

小型Mie散射激光雷达信号校准及能见度测量

详细介绍了小型Mie散射激光雷达近场信号的校准方法;数值模拟了理想情况下的平行光轴以及实际中光轴失调情况下的几何重叠因子,并对光轴失调的原因和影响进行了讨论;同时还介绍了利用多项式拟合确定几何重叠因子的实验方法,这种方法无需假设大气水平均匀.尝试利用Fernald迭代算法确定水平大气的消光系数,并与Vaisala能见度仪和AethalometerTM黑炭仪的测量结果进行了对比,具有很好的相关性,从而证明了上述方法的可靠性.     

毫米波雨雾颗粒环境传输测量系统

毫米波在颗粒环境中传输特性是毫米波通信技术的重要基础性问题。为探索毫米波传输在可控颗粒环境下的测量,基于准光学理论设计了双反射面高斯波束传输系统。该系统包含一对多张角喇叭和两个椭球聚焦反射面。多张角喇叭用于产生高斯度大于96%的高斯波束;聚焦反射面将发射波束重新聚焦,使得输出波束参数与发射波束参数相同。此外,基于矢量网络分析仪加扩频模块的实验方案,对准光传输系统在75~110 GHz频率范围进行了测试,得到该频率范围内整个系统的损耗。测试结果表明系统本身的损耗仅有2~4 dB,表现出良好的传输特性。基于本系统的初步喷水实验为可控颗粒环境下传输测量奠定了基础。     

湿蒸汽参数后向异轴散射测量模型的优化及实验研究

为了能够对汽轮机湿蒸汽各参数的变化进行精准的监测,提高汽轮机内部除湿技术和机组的运行效率,对湿蒸汽参数后向异轴散射测量模型进行了优化和实验研究。基于Mie散射理论建立了湿蒸汽测量模型,对原散射体的几何模型进行优化;通过MATLAB对该模型进行了仿真模拟,计算得到当接收距离d=0.32 m,水滴群质量中间半径r0.5=1 μm,尺寸分布参数K=5和水滴数浓度N=2.5×1011时,散射光强值达到最佳。利用相减消光法和均值滤波法对CCD相机信号进行了提取和处理,并对不同工况下的湿蒸汽参数进行了实验测量计算与反演,实验反演的结果和仿真模拟的结果变化趋势吻合。研究结果验证了基于CCD的后向异轴散射测量模型的准确性和测量汽轮机蒸汽湿度实验研究的可行性,为今后的汽轮机蒸汽湿度测量提供了科学依据。