霧區能見度檢測方法及其設備的製作方法
2023-10-09 13:40:04
專利名稱：霧區能見度檢測方法及其設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種環境信息監測方法及其設備，具體涉及一種用於霧區能見度檢測的方法及其設備。
背景技術：
霧是由於大氣中的水分達到飽和狀態，凝結成小晶滴，漂浮於地面附近的一種天 氣現象。霧天的影響可以用能見度與視距關係來表示。能見度是指即目標物的能見距離， 是指觀測目標物時，能從背景上分辨出目標物輪廓的最大距離，它是物體與背景的對比度 函數。當空氣中充滿了微小水顆粒時，會對光進行散射，從而嚴重影響視距清晰度，造成能 見度降低。能見度的降低對人類交通活動影響非常大。由於霧將使環境能見度大範圍降低， 這對如輪渡、民航、高速公路等交通運輸和電力供應、市民的日常生活都會產生許多不利的 影響，產生重大的安全隱患。霧天對交通安全影響尤為嚴重，處於霧區的司機很難看清前車，存在視覺盲區；看 不清周邊路況，沒有車輛或建築作參照物，導致司機感覺不到車速；司機眼睛對顏色分辨能 力下降，無法看清信號燈及提示牌；無法掌控距離，使司機在路口提前或過晚轉彎等。上述 情況直接導致了交通事故的產生，在高速公路的交通事故中，由於濃霧等惡劣天氣影響造 成的交通事故約佔總數的1/4以上，給國家和人民生命財產造成了重大損失。目前，我國高速公路發展迅速，但我國的霧區檢測系統研究才剛剛起步，雖然已經 開展了霧檢測、預報、霧區交通安全與監控系統、霧天道路交通管理等方面的研究，並建立 了比較好的氣候監控設備站，但尚未形成低成本實時對高速公路霧區進行檢測系統以及理 論和方法，因此，我國高速公路與高等級公路霧天通行管理還是採用人工霧情檢測、人工疏 導等全人工或半人工化的管理技術與措施，規範性、客觀性相對較差。直接封閉等人工管理方法雖然防止了交通事故的發生，卻以犧牲高速公路的通行 能力為代價，同時給高速公路業主造成了巨大的經濟損失，不利於構建和諧交通環境。測量大氣能見度的方法分為人工目測和監測儀測量，能見度監測儀測量方式主要 有透射型、散射型和雷射雷達測量儀。但該類方式存在以下問題大氣透射儀是通過光束透過兩固定點之間的大氣柱直接測量氣柱透射率，以此來 推算能見度的值，這種方法要求光束通過足夠長的大氣柱，測量的可靠性受光源及其他硬 件系統工作穩定性的影響，一般只適用於中等以下能見度的觀測，而在雨、霧等低能見度天 氣，會因水汽吸收等複雜條件造成較大誤差。雷射雷達測量儀系統複雜，價格昂貴。散射型是目前常用的測量霧能見度的方式。常用的能見度儀產品大都進口，如芬 蘭VAISALAD公司型號為FD12的能見度儀，它由光發射器、光接收器和控制器組成，能見度 探測範圍是10-50000米。近年國內也有相關產品銷售，但外形和實現方法與國外產品大體 一致。這類產品存在以下不足儀器分為發射與接收兩部分，體積上較大、安裝不便；儀器價格昂貴，限制了推廣使用；維護成本高。就我國目前情況而言，上述能見度監測儀需依靠進口，這種儀器成本昂貴、維護費 用高、操作複雜，限制了應用範圍，一般一個大區域內只裝1-2套儀器，給我國高速公路的 實際使用帶來諸多的問題。例如一段公路範圍內只有一個檢測點，一般安置在收費口，但由 於霧的形成與變化的無規則性，使得安裝點的霧探測器如同虛設，可能會出現探測點有霧 而幾公裡外卻無霧；或者出現探測點沒有霧，而幾公裡外卻大霧瀰漫的狀況。這將帶來車輛 的通行率與安全性的矛盾，也是多年來困擾高速公路管理與安全的一大難題。
發明內容
本發明提供一種霧區能見度檢測方法及其設備，主要解決了現有霧區能見度檢測 方法及其設備檢測精度低、成本高、操作複雜的問題。本發明的技術解決方案如下該霧區能見度檢測方法包括以下步驟(1)發射探測光探測光源發射出的探測光為雷射，可以對發射出的探測光進行發散或擴束處理； 探測光源可以由太陽能電池板供電；探測光源可以選擇LED或半導體雷射器；雷射器的重 復頻率為0. 5Hz-10Hz，工作波長為530nm、630nm、650nm、808nm或850nm ；所述雷射器的輸出 功率至少為10mW。(2)探測霧能見度探測光進入霧區後經懸浮的微小液滴散射，光路改變，形成散射光；(3)接收散射光散射光被分布在探測光前向四周的光電探測裝置接收，得到光信號量值；光電探 測裝置至少設置3個，且光電探測裝置設置於不同線上；(4)得出霧能見度光信號量值經傳輸系統傳輸至處理系統，處理後得到消光係數，根據柯西密德原 理計算得出霧能見度。以上所述步驟(3)接收散射光中，設置有用於測量環境溫度、溼度等參數的信號 測試單元，測試結果通過步驟(4)得出霧能見度中的傳輸系統傳輸至處理系統。以上所述步驟(4)得出霧能見度中，傳輸系統是無線通訊系統；所述無線通訊系 統是GPRS或GPS。該霧區能見度檢測設備，包括探測光源和殼體，探測光源設置於殼體一端，殼體上 至少設置有3個光電探測器，殼體上設置有至少3個進霧孔。以上所述光電探測器連接有將光信號量值傳輸至處理系統的信號傳輸裝置。以上所述光電探測器是光電池或光電二極體；所述的進霧孔是螺旋排列的圓形或 孔多邊形孔。本發明的優點在於1、本發明可使一些交通領域中大霧的測量預報擺脫依靠肉眼判斷的局面，為交通 指揮保障部門提供精準的能見度信息。2、本發明成本低，擴大了使用範圍，適於產品推廣。
3、本發明使用LED或半導體雷射器作為光源，既節省成本又可減小環境雜光幹 擾。4、本發明使用發散或擴束的雷射工作方式，可提高散射接收解析度。5、本發明使用前向與後向散射結合探測方案，能夠將接收與發射集成為一體。6、本發明系統功耗低，使用太陽能供電，具有供電方便、節能的優點，不用專門建 立供電系統，能夠適合偏遠地區使用。7、本發明使用無線通信系統，既具有信號傳輸功能，由具備定位和防盜功能；8、本發明系統可24小時工作、使用靈活方便。9、本發明系統自動化程度高，併集多種功能於一體，提高使用價值。
圖1為光電式霧區能見度檢測儀原理結構圖；圖2為光電式霧區能見度檢測儀結構示意圖。
具體實施例方式本發明結合霧的光學特徵，採用基於霧氣對雷射具有散射效應的原理得到。以下 結合圖1、圖2對本發明進行詳述。霧的能見度可通過測量霧空氣消光係數換算獲得。根據柯西密德(Koschmieder) 原理，對以水平天空為背景的黑體目標物，設能見度視距Vm與霧消光係數ο之間滿足以下 經驗關係
權利要求
一種霧區能見度檢測方法，其特徵在於，包括以下步驟(1)發射探測光探測光源發射出探測光，所述的探測光是雷射；(2)探測霧能見度探測光進入霧區後經懸浮的微小液滴散射，光路改變，形成散射光；(3)接收散射光散射光被分布在探測光前向四周的光電探測裝置接收，得到光信號量值；(4)得出霧能見度光信號量值經傳輸系統傳輸至處理系統，處理後得到消光係數，根據柯西密德原理計算得出霧能見度。
2.根據權利要求1所述的霧區能見度檢測方法，其特徵在於所述步驟(3)接收散射 光中，設置有用於測量環境溫度、溼度等參數的信號測試單元，測試結果通過步驟(4)得出 霧能見度中的傳輸系統傳輸至處理系統。
3.根據權利要求1或2所述的霧區能見度檢測方法，其特徵在於所述步驟(1)發射 探測光中，探測光源是LED或半導體雷射器；所述雷射器的重複頻率為0. 5Hz-10Hz，工作波 長為530nm、630nm、650nm、808nm或850nm ；所述雷射器的輸出功率至少為10mW。
4.根據權利要求3所述的霧區能見度檢測方法，其特徵在於所述步驟(3)接收探散 射光中，光電探測裝置至少設置3個。
5.根據權利要求4所述的霧區能見度檢測方法，其特徵在於所述步驟(4)得出霧能 見度中，傳輸系統是無線通訊系統；所述無線通訊系統是GPRS或GPS。
6.根據權利要求5所述的霧區能見度檢測方法，其特徵在於所述步驟(1)發射探測 光中，對發射出的探測光進行發散或擴束處理。
7.根據權利要求6所述的霧區能見度檢測方法，其特徵在於所述步驟(1)發射探測 光中，探測光源由太陽能電池板供電。
8.一種霧區能見度檢測設備，包括探測光源和殼體，所述探測光源設置於殼體一端，其 特徵在於所述殼體上至少設置有3個光電探測器，所述殼體上設置有至少3個進霧孔。
9.根據權利要求8所述的霧區能見度檢測設備，其特徵在於所述光電探測器連接有 將光信號量值傳輸至處理系統的信號傳輸裝置。
10.根據權利要求9所述的霧區能見度檢測設備，其特徵在於所述光電探測器是光電 池或光電二極體；所述的進霧孔是螺旋排列的圓形或孔多邊形孔。
全文摘要
一種霧區能見度檢測方法及其設備，通過測量霧對光的散射強度，獲得消光係數，最終獲得能見度值。採用雷射作為探測光源，利用光電探測器進行接收。不同能見度的霧帶來不同的散射接收結果，當能見度大時，光散射小光電探測器上輸出值小；當霧能見度變小時，光電探測器接收值變大。通過對散射光接收數據通過計算機分析計算，得出霧天能見度值大小。通過多點排布光電接收器及環境溫溼度校正，能夠有效提高測量精度。儀器中裝有無線通信模塊，能夠實現遠距離信號傳輸。該儀器使用簡便，可克服目前相關產品成本高的缺點，非常方便於霧天環境監測。
文檔編號G01N21/49GK101995394SQ200910023570
公開日2011年3月30日 申請日期2009年8月11日 優先權日2009年8月11日
發明者劉志麟, 阮馳 申請人:中國科學院西安光學精密機械研究所;崑山敏通光纖傳感技術研發中心有限公司