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。

与散射式能见度仪原理相关文文章：

透射式能见度仪概述

和散射式能见度测量仪不同，透射式能见度仪是一种通过测量大气透明度来计算能见度的仪器。作为道路能见度和隧道内烟雾浓度测量的GX反应类便携式测试仪器，透射式能见度仪可实时提供给用户所需道路该区域内的能见度值和隧道内的烟雾浓度，同时具有数据保存及完整的数据后期处理分析功能。

透射式能见度仪特点

透射式能见度仪不用对大气作任何假设以探测大气透过率或消光系数，其采样体积大，测量精度高。当大气能见度较大时，其探测结果对光源的标定误差、透射光的探测误差和镜头的污染非常敏感，并且需要较长的基线，占地面积大。

透射式能见度仪原理

透射式能见度仪，又称为透射计、透射表，常被用于机场作为跑道视程的测量手段，透射式能见度仪，以厚度等于“基线”长度的气柱为样本。其工作原理是基于光辐射在大气传输中的透射比（透过率）测量。

透射式能见度仪测定气象光学视程是根据准直光束的散射和吸收导致光的损失的原理，所以它与气象光学视程的定义密切相关。采用测量发射器和接收器之间水平空气柱的平均消光（透射）系数而算出能见度。

透射式能见度仪结构特点

其光路可分为望远镜部分、激光发射部分和激光接收部分三部分，采用三轴共轴的光学结构，即望远镜光路，发射光路，接收光路完全共轴。 

此能见度仪，突破了目前透射式能见度仪不方便照准目标，而且需要固定基线的问题，另外，本激光能见度仪除了可以采用反射棱镜作为目标外，也可以以道路指示牌（道路指示牌一般都是用反光材料做的），或者固定的建筑物表面作为目标，这样就极大的方便了设备的安装，不会局限在一定的地方，如果用道路指示牌作为目标，则需要用反射棱镜作为基准，将反射棱镜放置在广告路牌的位置，得到回光量，计算出能见度，然后照准道路指示牌，由于道路指示牌的回光量比棱镜的弱，通过两种反射目标不同的回光量比较，得到比例关系，设置到能见度仪内部，则不同大气条件下，就可以计算当前的能见度。 

此能见度仪，可以测量距离，所以完全不需要建立基线，任何一段距离都可以，使用极其方便，由于采用的是激光，所以白天和晚上都不受影响；体积小巧，功耗小，可以采用电池供电或太阳能供电，除了可以固定在一定的地方长期监测外，还可以作为手持设备，随身携带，对当前地方的能见度进行测量。 

与透射式能见度仪原理相关文文章：

作为能见度的观测仪器，能见度测量仪在各个领域都有广泛的应用。在气象上，它可以用来了解大气稳定度，判别气团属xing在国防和国民经济建设方面，它是保证航空、航海、交通运输安全的一个重要因素；在环保方面，它能反映出大气污染的一些基本状况等等。下面具体介绍下能见度仪在各领域的应用。

能见度划分

在实际应用中，一般情况下对能见度还进行如下分类。

有效能见度：指观测点四周一半以上的视野内都能达到的Zda水平距离。目前，ZG民航观测和报告包含有效能见度。

主导能见度：指观测点四周一半或以上的视野内能达到的Zda水平距离。

航空能见度：1、当在明亮的背景下观测时，能够看到和辨认出位于近地面的一定范围内的黑色目标物的Zda距离；2、在无光的背景下，使用1000 cd左右的灯光能够看到和辨认出的Zda距离(国家标准规定新轿车两个前大灯不低于18000 cd)。

跑道能见度：指从机场跑道的一端沿跑道方向可以辨认跑道本身或接近跑道的目标物(夜间为指定的跑道边灯)的Zda距离。

垂直能见度：指浑浊天气中的垂直视程。

倾斜能见度：指从飞行中的飞机驾驶舱观察未被云层遮蔽的地面上的明显目标物(夜间为规定的灯光)时，能够辨认出来的Zda距离。从地面向斜上方观察时能见度也称为倾斜能见度。

Z小能见度指能见度因方向而异时，其中Z小的能见距离。

能见度仪在各领域的应用

航空业务观测

在航空业务观测方面，能见度的准确测量，对保证飞机安全着陆和起飞是极为重要的。与气象因子有关的飞行事故中有19.2%是低能见度所造成的。在所有的航报站上都专门进行了应用于飞行业务的天气观测，必须经常报告快速变化的天气情况，特别是关于低云高度和低能见度。

大气污染监测

能见度反映大气浑浊程度，是表征近地表大气污染程度的一个重要物理量。能见度的好坏能够直接反映出一个地区的大气环境质量，因为城市排放的大量污染物悬浮在空中，对太阳辐射产生吸收和散射作用，降低了大气透射率，并削弱了到达地面的太阳直接辐射，使大气能见度降低。与空气污染有关的能见度工作中，特别强调人对空气质量的视觉感受和发展与目测非常相似的仪器。

陆地交通安全

在陆上交通方面，大气能见度的优劣是保证超速干道、高速公路等公路系统畅通的重要的条件之··，较差的大气能见度影响车辆的正常行驶，而且极易出现交通事故。国内外的许多高速公路上的一些恶xing交通事故都是在低能见度天气条件下发生的。在能见度不足100m的情况下，道路通常会被封锁，自动警示灯和警示牌会被激活以提醒汽车驾驶员，这些警示牌通常放在经常xing出现低能见度的区域，尤其是发生了重大的交通事故比如汽车连环撞击事件的地方。

舰船行情

在舰船安全航行、边防安全、舰载光电装备的使用过程中，大气能见度是一个重要的参数，其实时、精确的获取对目标的准确快速识别、探测和打击起着重要的作用。

其它领域

能见度的准确测址在电力供应、通信工程、工农业生产等众多领域都有着极其重要的意义。在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。为了保证交通安全和改善大气环境质量，开展大气能见度的研究尤为重要。

大气能见度观测

测量大气能见度一般可用目测的方法，也可以使用大气透射仪、激光能见度自动测量仪等测量仪器测量。目前，能见度的观测大都还是以人工目测为主，规范xing、客观xing相对较差。大气透射仪是通过光束透过两固定点之间的大气柱直接测量气柱透射率，以此来推算能见度的值，这种方法要求光束通过足够长的大气柱，测量的可靠xing受光源及其他硬件系统工作稳定xing的影响，一般只适用于中等以下能见度的观测，而在雨、雾等低能见度天气，会因水汽吸收等复杂条件造成较大误差。

而激光能见度自动测量仪是通过激光测量大气消光系数的方法来推算能见度，相对而言，较为客观和准确，但这种仪器成本昂贵、维护费用高、操作复杂，而且，在雨、雾天也难以进行正常观测，因而难以推广。

摄像法自动测量能见度的仪器系统，可通过数字化摄像机直接摄取选定目标物及其背景的图象，然后将图象从图象采集卡传到计算机，通过对所获取的图象进行分析处理，能自动获取能见度的数值。这种方法测量得到的能见度数值和用激光雷达观测的能见度值比较接近。一般能见度按如下划分标准：

与能见度仪应用相关文文章：

一、能见度仪介绍

世界上许多国家由于公路、航空、军事和生活等方面的需求,都在对大气使用能见度观测仪进行实验研究,并已取得相当大的进展。那么能见度测量仪是如何安装使用的呢，下面我们一起看一下。

人工观测能见度，一般指有效水平能见度，是指台站四周视野中二分之一以上的范围能看到的目标物的Zda水平距离。白天能见度是指视力正常的人，在当时天气条件下，能够从天空背景中看到和辨认的目标物(黑色、大小适度)的Zda水平距离；夜间能见度则是指：假定总体照明增加到正常白天水平，适当大小的黑色目标物能被看到和辨认出的Zda水平距离；中等强度的发光体能被看到和识别的Zda水平距离。

二、安装位置的选择

(1)所在位置的测量值应能代表周围的天气状况。至少在所在位置的100m内没有大的建筑物和其它产生热和(或)阻碍降水的物体。树的阴影也应避免，因为树木可能会造成微观气候的改变。

(2)这个地点应该没有影响光学测量的障碍物和反射表面,也没有明显的污染源。建议在发射机和接收机的视线内没有障碍物。如果发射机光束从障碍物上反射到接收机上，传感器将会指示很低的MOR值，因为它无法分辨反射信号和真正的散射信号。通过旋转传感器横杆可以检测有害反射。任何反射都会根据横杆的方位而变化，能见度读数也将相应改变。

接收机和发射机的光学部件不能指向强光源，不能在强日光下，不能指向象雪或砂这样的反射表面。建议在北半球将接收机指向北，在南半球将接收机指向南。在强光下接收机线路可能会饱和，内置诊断程序将会显示警告。强光会导致从发射机单元产生错误的污染警告。强日光还会提高接收机内的噪音水平。

发射机和接收机应背对任何明显的污染源，如途径车辆的尾气。脏的透镜会造成传感器报告太高的能见度值,传感器能自动检测过度污染。

接收机应该避免面向行驶车辆。shou选方向为沿着道路方向。接收机指向Z近的车道的去向。

(3)必须有可利用的电源和通讯线路。当选址时，必须考虑是否有可利用的电源和通讯线路，因为这将影响所需的工作量和附件，从而影响安装成本。

三、接地和防雷电保护

设备接地保护了电力单元免受闪电损害，并防止无线电频率的干扰。通过接地电缆进行PWD10/20的设备接地。接地原则为:将接地杆安装得离风杆尽可能近，使接地电缆的长度Z短化。接地电缆也可以铸入水泥基座内。接地杆长度取决于当地地下水水位。接地杆的下端应持续接触潮湿土壤。接地质量可以用摇表(测地电阻用)来检测。电阻必须小于10Ω。

能见度测量仪电子元件箱利用供电/数据电缆保护套接地。传感器的其它部分都是互相通电接触。

将远程设备如PC数据记录器、显示器等接地，保护它们免受闪电的损害也是必须的。如果远程设备没有正确接地，通过通讯线路的闪电袭击可能在远程站产生危及生命的冲击电压。

四、初始设置

在自动气象观测系统中能见度观测仪能见度仪通常与主机或数据记录仪相连。在进行完物理连接后,可以在软件中配置通信细节。合适的通信设置取决于整个系统的执行情况。

按缺省设置，传感器处于查询模式，也就是说，只有在主机用特殊命令查询时，数据信息才发送。传感器也可以在自动信息模式下应用。自动信息模式自动通过串口传送一条新的ASCII数据信息。

五、开机验证

在连接能见度观测仪至一个气象站或者其它主机

之前,建议进行一个快速启动程序。

(1)通过RS-232串口将一个终端连接到传感器上。

(2)设置终端波特速率为9 600 bps,数据框架包括7 data bits, 1 stop bit, even parity.

(3)打开电源开关。

(4)启动后PWD10/20输出:VAISALA PWdxx V x.xx YYYY-MM-DD SN:XXXXXX(如果ID被配置,则包括:VAISALA PWDxx Vx. xx YYYY - MM - DD SN: XXXXXX IDSTRING:1)。如果没有上述输出，检查服务终端(程序)的连线和波特率。如果显示错误的字符，尝试其它波特率，如:300,1 200,2 400和4 800。

(5)等候20s，用OPEN命令进入命令模式用STA命令检查，没有硬件故障或警告被检测到。

(6)键入CLOSE离开命令模式，检查自动信息(如果没有被关闭的话)出现在显示中。

六、能见度观测仪的安装使用注意事项

两种能见度观测仪安装要避开常出现地方性烟雾的地方，周围不要有高大的障碍物。发射器和接收器都不能朝着强光源（如太阳光）或强的反射面(如积雪)等，但也可采取屏蔽或挡板达到这种要求。安装高度为1.5m左右，仪器底座要十分牢固。透射能见度仪基线要测准，并对准光轴。电源和通讯电缆要可靠。

平时要注意维护发射器和接收器镜面清洁，如有降水、凝结物或灰尘附着，应及时清除。两种仪器均应定期校准，才能保证测量气象光学视程的准确度。两种能见度观测仪均能自动采样，取平均值输出能见度连续变化。

与能见度仪使用相关文文章：

一、能见度仪介绍

相较于人工观测，能见度仪的观测数据精度更高，采集密度大，实时性强，能够为能见度预测提供更科学的依据。采用能见度仪取代人工观测可以降低台站值守人员的工作强度，提高观测数据的可靠性，但也对操作人员提出了新的要求。为了维持仪器的稳定运行，并在突发故障时做到及时排除，维护人员需要掌握足够的能见度仪的相关知识。

在气象观测自动化的大趋势下，能见度观测仪的普及率越来越高，这也对台站值守人员提出了新的要求。只有了解能见度仪的观测原理，掌握能见度仪的操作技能，才能确保能见度仪正常工作，并在各种突发状况时快速修复，为低能见度事件的预测预报提供准确的科学依据。 

下面就能见度仪的工作原理与维护要点进行梳理介绍，并以一个真实的能见度仪的维修过程为切入点，总结了排除能见度仪故障的方法。

二、日常维护

仪器投入运行以后，应做好日常巡视、维护和现场校准等工作。 

守班期间，每个正点前10分钟应查看能见度自动观测数据。发现数据错误或异常应及时处理，启动维护或维修程序。

每日日出后和日落前巡视能见度仪，发现能见度仪（尤其是采样区）有蜘蛛网、鸟窝、灰尘、树枝、树叶等影响数据采集的杂物，应及时清理。及时清除太阳能板上的灰尘、积雪等。 

无线传输的能见度仪器，每月定期检查无线通讯卡上的费用，提前充值。 

每月检查供电设施，保证供电安全。每三个月要对蓄电池进行充放电一次。 

每年春季对防雷设施进行全面检查，复测接地电阻。 

每两个月对无人值守的能见度站进行现场检查维护。 

一般每两个月定期清洁传感器透镜，可根据设备附近环境的情况，延长或缩短擦拭镜头的时间间隔（遇沙尘、降雪等影响能见度天气现象时，应及时清洁）。 

定期检查、维护的情况应记入值班日志中。对能见度自动观测数据有影响的还要摘入备注栏。检查时应尽量避免用手电筒等光源照射能见度观测设备能见度仪的探头。 

三、故障分析 

以2016年5月吉安市峡江站能见度仪的雷击故障维修过程为例。 

首先检查电源供电是否正常。打开电源箱，依次?z查市电是否接入，空气开关是否打开，线性电源+12V是否正常输出。然后打开电气盒，检查所有电缆连接情况，确认电缆接头是否都已正确连接并插牢后，依次检查控制处理器和采集器板上电源指示灯（绿色）是否点亮，板上JP5插针上的+15V、-15V和+5V供电情况，JP5插针是否插牢，检查板上D4状态指示灯是否点亮，TP1（+15V）、TP2（-15V）和TP3（+5V）测试点是否正常。 

Rs232转rs485模块收到雷击后很容易损坏，检查时用万用表测量该模块各管脚间有无短路断路现象，确认完毕后将其加入到能见度仪与pc端通讯连线之间，检查串口调试工具能否读取到转换好的rs485信号。

排除上述故障后，将能见度仪与采集器恢复连接，如果仍然无法读取到能见度数据，则可能是采集器读取能见度数据的端口损坏，更换采集器。 

与能见度仪维护相关文文章：