一種測量霧霾天氣大氣能見度的裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種測量霧霾天氣大氣能見度的裝置，包括同步信號模塊以及依次相連的發(fā)射機模塊、接收機模塊、信號處理模塊，所述同步信號模塊分別與發(fā)射機模塊、接收機模塊相連。在發(fā)射機模塊采用光信號反饋電路，提高發(fā)射管發(fā)射功率的穩(wěn)定，而接收機模塊中同時采用抑制太陽背景光電路及鎖相積分電路，具有高的接收靈敏度及信噪比。本發(fā)明結(jié)構(gòu)設(shè)計簡單，安裝方便，性能工作穩(wěn)定，內(nèi)部設(shè)計中具有防雷擊保護功能，抗雷擊能力強；且應(yīng)用范圍廣，適用于航空、航海、交通，可以起到實時監(jiān)測能見度的功能。
【專利說明】一種測量霧霾天氣大氣能見度的裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種測量霧霾天氣大氣能見度的裝置，屬于大氣科學(xué)【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]能見度作為一個氣象要素，對航空、航海、陸上交通及軍事活動都有重要影響。能見度的定義為:正常視力的人在當(dāng)時天氣條件下，從天氣背景中能看到或辨認(rèn)出目標(biāo)物的最大水平能見距離。引起其降低的主要因素是物體和背景之間對比度的減小，以及細粒子和氣態(tài)污染物對光的吸收和散射，這些因素會使來自物體的光信號減弱影響。
[0003]根據(jù)國際慣例，可見距離VR(Visual Range, m)定義為當(dāng)來自物體輻射只剩2%時，物體與觀測點之間的距離。VR的值可由Koschmiederps公式計算，由于霧對光波的散射衰減是造成能見度降低的因素，并且這種衰減作用與霧的濃度及譜分布有關(guān)(即與大氣中的液體或固態(tài)水含量有關(guān))，這就構(gòu)成了霧的含水量與消光系數(shù)的關(guān)系。
[0004]世界氣象組織(WMO)建議采用一種衡量大氣光學(xué)狀態(tài)的光學(xué)量度，并定義如下:白熾燈在色溫度2700k時發(fā)出的平行光柱，通過大氣時光通量減少到初始值的0.05時的路徑長度，即為氣象光學(xué)視距(M0R)。而氣象光學(xué)視距(MOR)取決于大氣的消光系數(shù)，因此只要精確測定大氣消光系數(shù)，即可得出氣象光學(xué)視距M0R。
[0005]本發(fā)明通過觀測霧、霾、沙塵暴等天氣下能見度的變化，可以反推出霧霾濃度，為氣象實時監(jiān)測提供參考作用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種測量霧霾天氣大氣能見度的裝置，利用光前向散射的原理，通過連接測量有限體積空氣的散射光強，估計大氣消光系數(shù)即確定大氣能見度。本發(fā)明裝置的應(yīng)用范圍廣，適用于航空、航海、交通領(lǐng)域，能夠?qū)崟r監(jiān)測能見度的大小。
[0007]本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案:
本發(fā)明提供一種測量霧霾天氣大氣能見度的裝置，包括發(fā)射機模塊、接收機模塊、同步信號模塊、信號處理模塊；
所述發(fā)射機模塊用于輸出平行紅外脈沖信號，該平行紅外脈沖信號經(jīng)過霧霾后發(fā)生散射光，被接收機模塊接收；
所述接收機模塊用于對接收到的霧霾散射光進行處理，處理得出的頻率信號輸出至信號處理模塊進行信號處理；
所述同步信號模塊提取發(fā)射機模塊中的發(fā)射脈沖調(diào)制信號傳輸至接收機模塊，用于作為接收機模塊中鎖相積分的基準(zhǔn)，從而濾除霧霾散射光信號中的噪聲，提高接收機模塊的信噪比；
所述信號處理模塊用于對接收機模塊輸出的頻率信號進行處理，計算出對應(yīng)能見度值；同時，相隔一定時間向發(fā)射機模塊發(fā)送控制信號，使發(fā)射機模塊相隔一定時間發(fā)射一次紅外脈沖信號，并在停止發(fā)射信號期間，記錄接收機模塊傳輸?shù)念l率信號作為背景噪聲，在信號處理時將背景噪聲信號減掉，從而進一步提高能見度測量精度。
[0008]所述發(fā)射機模塊包括第一光學(xué)凸透鏡、發(fā)射脈沖形成電路、光信號反饋電路，其中:
所述發(fā)射脈沖形成電路包括晶振源、分頻器、與非門電路、發(fā)射驅(qū)動電路、紅外發(fā)射管，所述晶振源經(jīng)分頻器形成發(fā)射脈沖調(diào)制信號，發(fā)射脈沖調(diào)制信號經(jīng)過與非門電路傳輸至發(fā)射驅(qū)動電路，從而促使紅外發(fā)射管發(fā)射紅外光信號；
所述光信號反饋電路包括紅外接收管、第一前置放大電路、檢波電路、第一放大電路，所述紅外接收管將接收到的紅外發(fā)射管發(fā)出的紅外光信號轉(zhuǎn)換為電信號后，經(jīng)第一前置放大電路進行放大處理后送入檢波電路，檢波電路將交流信號轉(zhuǎn)換成直流信號，再送入第一放大電路進行放大處理，從而控制發(fā)射驅(qū)動電路，進而控制發(fā)射管的發(fā)射功率，形成負反饋網(wǎng)絡(luò)促使紅外發(fā)射管發(fā)出穩(wěn)定的紅外光信號；
所述紅外發(fā)射管發(fā)射的紅外光信號通過第一光學(xué)凸透鏡聚焦在光學(xué)凸透鏡的焦點上，最終輸出平行的紅外脈沖信號。
[0009]所述接收機模塊包括第二光學(xué)凸透鏡、光電接收二極管、第二前置放大電路、鎖相積分電路、第二放大電路、線性檢波電路、壓頻變換電路、光電隔離電路；霧霾散射光通過所述接收機模塊中的第二光學(xué)凸透鏡聚焦在光學(xué)凸透鏡的焦點上，通過光電接收二極管將霧霾散射光光信號轉(zhuǎn)化為電信號，通過第二前置放大電路將光電接收二極管輸出的電信號進行放大并抑制太陽背景光，通過鎖相積分電路將前置放大后的電信號進行鎖相積分以濾除噪聲，通過第二放大電路將鎖相積分后的電信號進行放大，通過線性檢波電路將放大后的電信號轉(zhuǎn)化為直流信號，通過壓頻變換電路將直流信號轉(zhuǎn)化為頻率信號，通過光電隔離電路將頻率信號傳輸至信號處理模塊進行處理。
[0010]所述同步信號處理模塊與發(fā)射機模塊中的與非門電路相連，提取與非門電路處理后的發(fā)射脈沖調(diào)制信號，傳輸至接收機模塊中的鎖相積分電路，使鎖相積分電路以此電信號為基準(zhǔn)進行鎖相積分，從而濾除霧霾散射光信號中的噪聲。
[0011]所述信號處理模塊包括依次相連的CPLD芯片、單片機、通訊接口，所述CPLD芯片對接收到的接收機模塊所傳輸?shù)念l率信號進行處理，計算出對應(yīng)的能見度值，單片機將能見度值進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換后通過通訊接口實現(xiàn)距離傳輸功能；同時，所述CPLD芯片相隔一定時間向發(fā)射機模塊中的與非門電路發(fā)送控制信號，用以控制發(fā)射機模塊發(fā)射平行紅外脈沖信號。
[0012]作為本發(fā)明的進一步優(yōu)化方案，所述晶振源為6MHz，經(jīng)過所述分頻器后形成
2.3kHz的發(fā)射脈沖調(diào)制信號。
[0013]作為本發(fā)明的進一步優(yōu)化方案，所述一定時間為10s。
[0014]作為本發(fā)明的進一步優(yōu)化方案，所述第一、第二光學(xué)凸透鏡上均鍍有凈水膜。
[0015]作為本發(fā)明的進一步優(yōu)化方案，所述紅外發(fā)射管采用波長為930nm的紅外發(fā)光二極管，其發(fā)光功率為40mw。
[0016]作為本發(fā)明的進一步優(yōu)化方案，所述信號處理模塊還包括數(shù)據(jù)存儲器、日歷時鐘，用以實現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲功能。
[0017]本發(fā)明采用以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下技術(shù)效果: (1)本發(fā)明的光學(xué)結(jié)構(gòu)設(shè)計，采用光學(xué)透鏡渡凈水膜，在鏡片上沒有水珠，提高信號接收的靈敏度及信噪比；
(2)本發(fā)明的發(fā)射機電路采用光信號反饋電路，提高發(fā)射管發(fā)射功率的穩(wěn)定，提高整機性能的穩(wěn)定性；
(3)本發(fā)明接收機電路設(shè)計中采用抑制太陽背景光抑制電路及鎖相積分電路，具有提高的接收靈敏度及信噪比的特點；
(4)本發(fā)明的整機結(jié)構(gòu)設(shè)計簡單，安裝方便，性能工作穩(wěn)定，內(nèi)部設(shè)計中具有防雷擊保護功能，抗雷擊能力強；
(5)本發(fā)明應(yīng)用范圍廣，適用于航空、航海、交通，實時監(jiān)測能見度的大小。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖 圖2是發(fā)射機模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖3是發(fā)射脈沖形成電路示意圖。
[0020]圖4是光信號反饋電路結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021 ] 圖5是發(fā)射驅(qū)動電路示意圖。
[0022]圖6是接收機模塊結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]圖7是信號處理模塊結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0024]下面詳細描述本發(fā)明的實施方式，所述實施方式的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施方式是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能解釋為對本發(fā)明的限制。
[0025]本【技術(shù)領(lǐng)域】技術(shù)人員可以理解的是，除非特意聲明，這里使用的單數(shù)形式“一”、“一個”、“所述”和“該”也可包括復(fù)數(shù)形式。應(yīng)該進一步理解的是，本發(fā)明的說明書中使用的措辭“包括”是指存在所述特征、整數(shù)、步驟、操作、元件和/或組件，但是并不排除存在或添加一個或多個其他特征、整數(shù)、步驟、操作、元件、組件和/或它們的組。應(yīng)該理解，當(dāng)我們稱元件被“連接”或“耦接”到另一元件時，它可以直接連接或耦接到其他元件，或者也可以存在中間元件。此外，這里使用的“連接”或“耦接”可以包括無線連接或耦接。這里使用的措辭“和/或”包括一個或更多個相關(guān)聯(lián)的列出項的任一單元和全部組合。
[0026]本【技術(shù)領(lǐng)域】技術(shù)人員可以理解的是，除非另外定義，這里使用的所有術(shù)語(包括技術(shù)術(shù)語和科學(xué)術(shù)語)具有與本發(fā)明所屬領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員的一般理解相同的意義。還應(yīng)該理解的是，諸如通用字典中定義的那些術(shù)語應(yīng)該被理解為具有與現(xiàn)有技術(shù)的上下文中的意義一致的意義，并且除非像這里一樣定義，不會用理想化或過于正式的含義來解釋。
[0027]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案做進一步的詳細說明:
本發(fā)明設(shè)計一種測量霧霾天氣大氣能見度的裝置，如圖1所示，包括發(fā)射機模塊、接收機模塊、同步信號模塊、信號處理模塊；其中:
所述發(fā)射機模塊用于輸出平行紅外脈沖信號，該平行紅外脈沖信號經(jīng)過霧霾后發(fā)生散射光，被接收機模塊接收； 所述接收機模塊用于對接收到的霧霾散射光進行處理，處理得出的頻率信號輸出至信號處理模塊進行信號處理；
所述同步信號模塊提取發(fā)射機模塊中的發(fā)射脈沖調(diào)制信號傳輸至接收機模塊，用于作為接收機模塊中鎖相積分的基準(zhǔn)，從而濾除霧霾散射光信號中的噪聲，提高接收機模塊的信噪比；
所述信號處理模塊用于對接收機模塊輸出的頻率信號進行處理，計算出對應(yīng)能見度值；同時，相隔一定時間向發(fā)射機模塊發(fā)送控制信號，使發(fā)射機模塊相隔一定時間發(fā)射一次紅外脈沖信號，并在停止發(fā)射信號期間，記錄接收機模塊傳輸?shù)念l率信號作為背景噪聲，在信號處理時將背景噪聲信號減掉，從而進一步提高能見度測量精度。
[0028]所述發(fā)射機模塊如圖2所不,包括第一光學(xué)凸透鏡、發(fā)射脈沖形成電路、光信號反饋電路。發(fā)射機模塊用于發(fā)射紅外光脈沖信號，其光學(xué)部分中采用第一光學(xué)凸透鏡，并在第一光學(xué)凸透鏡上渡有凈水膜，將紅外發(fā)射管的發(fā)光點置于凸透鏡的焦點上，使發(fā)出的紅外光為一平行光束。紅外發(fā)射管米用波長為930nm的紅外發(fā)光二極管,發(fā)光功率40mw。
[0029]所述發(fā)射脈沖形成電路包括所述發(fā)射脈沖形成電路包括晶振源、分頻器、與非門電路、發(fā)射驅(qū)動電路、紅外發(fā)射管，所述晶振源經(jīng)分頻器形成發(fā)射脈沖調(diào)制信號，發(fā)射脈沖調(diào)制信號經(jīng)過與非門電路傳輸至發(fā)射驅(qū)動電路，從而促使紅外發(fā)射管發(fā)射紅外光信號。
[0030]所述光信號反饋電路包括紅外接收管、第一前置放大電路、檢波電路、第一放大電路，所述紅外接收管將接收到的紅外發(fā)射管發(fā)出的紅外光信號轉(zhuǎn)換為電信號后，經(jīng)第一前置放大電路進行放大處理后送入檢波電路，檢波電路將交流信號轉(zhuǎn)換成直流信號，再送入第一放大電路進行放大處理，從而控制發(fā)射驅(qū)動電路，進而控制發(fā)射管的發(fā)射功率，形成負反饋網(wǎng)絡(luò)促使紅外發(fā)射管發(fā)出穩(wěn)定的紅外光信號。
[0031]所述紅外發(fā)射管發(fā)射的紅外光信號通過第一光學(xué)凸透鏡聚焦在光學(xué)凸透鏡的焦點上，最終輸出平行的紅外脈沖信號。
[0032]本發(fā)明中發(fā)射脈沖形成電路的一實施例如圖3所示，其中，6MHz晶振、與非門芯片74HC00、電阻R1、電容Cl、電容C2構(gòu)成6MHz晶振源；十進制計數(shù)器芯片74HC390、八分頻芯片74HC393、與非門芯片74HC00構(gòu)成分頻器；與非門芯片74HC00構(gòu)成與非門電路。PCON為信號處理電路發(fā)出的控制信號，由與非門電路中74HC00芯片的引腳13輸入，控制發(fā)射機模塊紅外脈沖信號的發(fā)射與停止。與非門電路中74HC00芯片的引腳11將輸出2.3kHz的紅外發(fā)射脈沖調(diào)制信號。
[0033]本發(fā)明中光信號反饋電路的一實施例如圖4所示，紅外接收二極管VDl實現(xiàn)對發(fā)射信號中的光信號進行取樣的功能。集成運放ICA電路和集成運放ICB電路構(gòu)成前置放大電路I，將紅外二極管VDl取樣后的信號進行放大，然后送入檢波電路。集成運放ICA電路包括型號為LM385的集成運放芯片ICA、電阻R3、電阻R4、電阻R9，其中，電阻R3和電阻R4相互串聯(lián)，其公共端接集成運放ICA的正輸入端，ICA負輸入端連接自身輸出端，電阻R9連接在ICA的輸出端以及集成運放ICB的正輸入端；集成運放ICB電路包括型號為LM385的集成運放芯片、電阻R7、電阻R8、電容C4，其中，電阻R7和R8相互串聯(lián)，連接在集成運放ICA的輸出端同集成運放ICB的輸出端之間，電容C4并聯(lián)在電阻R8兩端。
[0034]檢波電路的功能是將前置放大電路I輸出的交流信號轉(zhuǎn)換成直流信號，由反向放置的二極管D1、二極管D2、電阻R10、電阻R11、可變電阻R17、電容C5、電容C6構(gòu)成。電容RlO連接在集成運放ICB的輸出端和三極管Ql的發(fā)射極之間，電容C5、二極管D1、可變電阻R17依次串聯(lián)后并聯(lián)于電阻RlO的兩端，二極管D2反向端連接電容C5和二極管Dl的公共端，電容C6 —端連接二極管D2的正向端，另一端接可變電阻R17同電阻RlO的公共端，電阻Rll —端接二極管D2的正向端，另一端接信號VD2，電阻R14—端接電容C6和電阻Rll的公共端，另一端接集成運放I⑶的正輸入端。
[0035]集成運放ICC電路和集成運放I⑶電路構(gòu)成對放大電路I，用于將檢波電路輸出的的直流信號進行放大，從而將集成運放ICD的輸出信號ACON發(fā)送至至發(fā)射驅(qū)動電路。集成運放ICC電路包括型號為LM385的集成運放芯片ICC、電阻R12、電阻R13、二極管D3，電阻R12和R13相互串聯(lián)，其公共端接集成運放ICC的正輸入端，二極管D3的正向端接電阻R13的非公共端，反向端接集成運放ICC的輸出端；集成運放I⑶電路包括型號為LM385的集成運放芯片I⑶、電阻R15、電阻R16、電容C7，電容C7和電阻R16相互并聯(lián)在集成運放I⑶的負輸入端和輸出端之間，電阻R15連接在集成運放ICD的負輸入端和集成運放ICC的輸出端之間。
[0036]本發(fā)明中發(fā)射驅(qū)動電路的一實施例如圖5所示，發(fā)射驅(qū)動電路由電阻R18、電阻R19、電阻R20、電阻R21、電阻R22、電容C8、電容C9、三極管Q2、三極管Q3、三極管Q4構(gòu)成，用于促使紅外發(fā)射二極管VD2發(fā)射紅外光信號。ACON為電路的輸入信號，電容C8和電阻R18串聯(lián)后連接在三極管Q2的基極和三極管Q3的發(fā)射極之間；三極管Q2的集電極和紅外二極管VD2的正向端相連接，由+5V電源供電；電阻R3和電阻R4串聯(lián)后連接在三極管Q2的發(fā)射極和三極管Q3基極之間，電阻R19和電阻R21的公共端接三極管Q3的集電極，三極管Q3的發(fā)射極接電阻R20的一端，電阻R20的另一端接發(fā)射脈沖形成電路的輸出信號VDl ；三極管Q4的集電極接紅外發(fā)射二極管VD2的反向端以及電容C9的一端，電容C9的另一端接三極管Q4的基極，電阻R22串接在三極管Q4的發(fā)射極以及三極管Q3的發(fā)射極之間。
[0037]本發(fā)明中所述接收機模塊如圖6所示，第二光學(xué)凸透鏡、光電接收二極管、第二前置放大電路、鎖相積分電路、第二放大電路、線性檢波電路、壓頻變換電路、光電隔離電路；霧霾散射光通過所述接收機模塊中的第二光學(xué)凸透鏡聚焦在光學(xué)凸透鏡的焦點上，通過光電接收二極管將霧霾散射光光信號轉(zhuǎn)化為電信號，通過第二前置放大電路將光電接收二極管輸出的電信號進行放大并抑制太陽背景光，通過鎖相積分電路將前置放大后的電信號進行鎖相積分以濾除噪聲，通過第二放大電路將鎖相積分后的電信號進行放大，通過線性檢波電路將放大后的電信號轉(zhuǎn)化為直流信號，通過壓頻變換電路將直流信號轉(zhuǎn)化為頻率信號，通過光電隔離電路將頻率信號傳輸至信號處理模塊進行處理。
[0038]本發(fā)明中所述同步信號處理模塊與發(fā)射機模塊中的與非門電路相連，提取與非門電路處理后的發(fā)射脈沖調(diào)制信號，傳輸至接收機模塊中的鎖相積分電路，使鎖相積分電路以此電信號為基準(zhǔn)進行鎖相積分，從而濾除霧霾散射光信號中的噪聲。
[0039]本發(fā)明中所述信號處理模塊包括CPLD芯片、單片機、通訊接口，所述CPLD芯片對接收到的接收機模塊所傳輸?shù)念l率信號進行處理，計算出對應(yīng)的能見度值，單片機將能見度值進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換后通過通訊接口實現(xiàn)距離傳輸功能；同時，所述CPLD芯片相隔一定時間向發(fā)射機模塊中的與非門電路發(fā)送控制信號，用以控制發(fā)射機模塊發(fā)射平行紅外脈沖信號。
[0040]在本發(fā)明的一實施例中，如圖7所示，所述CPLD芯片的型號為XC95144，所述單片機的型號為8032，所述通訊接口采用RS485或RS232。其工作過程是:所述接收機模塊輸出的頻率信號通過I/O接口輸入XC95144芯片，XC95144通過信號控制端口輸出一路控制信號，用于控制發(fā)射機模塊發(fā)射平行紅外脈沖信號；XC95144通過運行將接收的頻率值轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的能見度值，當(dāng)能見度越低時，對應(yīng)的頻率越高。該能見度值可以通過同XC95144相連的8032單片機進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換后，通過通訊接口 RS485或RS232，實現(xiàn)距離傳輸功能。此夕卜，能見度值還能通過32K數(shù)據(jù)存貯器和日歷時鐘實現(xiàn)存儲功能，以便隨時調(diào)查歷史記錄。
[0041]以上所述，僅為本發(fā)明中的【具體實施方式】，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉該技術(shù)的人在本發(fā)明所揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可理解想到的變換或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的包含范圍之內(nèi)，因此，本發(fā)明的保護范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書的保護范圍為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種測量霧霾天氣大氣能見度的裝置，其特征在于，該裝置包括發(fā)射機模塊、接收機模塊、同步信號模塊、信號處理模塊； 所述發(fā)射機模塊用于輸出平行紅外脈沖信號，該平行紅外脈沖信號經(jīng)過霧霾后發(fā)生散射光，被接收機模塊接收； 所述接收機模塊用于對接收到的霧霾散射光進行處理，處理得出的頻率信號輸出至信號處理模塊進行信號處理； 所述同步信號模塊提取發(fā)射機模塊中的發(fā)射脈沖調(diào)制信號傳輸至接收機模塊，用于作為接收機模塊中鎖相積分的基準(zhǔn)，從而濾除霧霾散射光信號中的噪聲，提高接收機模塊的信噪比； 所述信號處理模塊用于對接收機模塊輸出的頻率信號進行處理，計算出對應(yīng)能見度值；同時，相隔一定時間向發(fā)射機模塊發(fā)送控制信號，使發(fā)射機模塊相隔一定時間發(fā)射一次紅外脈沖信號，并在停止發(fā)射信號期間，記錄接收機模塊傳輸?shù)念l率信號作為背景噪聲，在信號處理時將背景噪聲信號減掉，從而進一步提高能見度測量精度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種測量霧霾天氣大氣能見度的裝置，其特征在于，所述發(fā)射機模塊包括第一光學(xué)凸透鏡、發(fā)射脈沖形成電路、光信號反饋電路，其中: 所述發(fā)射脈沖形成電路包括晶振源、分頻器、與非門電路、發(fā)射驅(qū)動電路、紅外發(fā)射管，所述晶振源經(jīng)分頻器形成發(fā)射脈沖調(diào)制信號，發(fā)射脈沖調(diào)制信號經(jīng)過與非門電路傳輸至發(fā)射驅(qū)動電路，從而促使紅外發(fā)射管發(fā)射紅外光信號； 所述光信號反饋電路包括紅外接收管、第一前置放大電路、檢波電路、第一放大電路，所述紅外接收管將接收到的紅外發(fā)射管發(fā)出的紅外光信號轉(zhuǎn)換為電信號后，經(jīng)第一前置放大電路進行放大處理后送入檢波電路，檢波電路將交流信號轉(zhuǎn)換成直流信號，再送入第一放大電路進行放大處理，從而控制發(fā)射驅(qū)動電路，進而控制發(fā)射管的發(fā)射功率，形成負反饋網(wǎng)絡(luò)促使紅外發(fā)射管發(fā)出穩(wěn)定的紅外光信號； 所述紅外發(fā)射管發(fā)射的紅外光信號通過第一光學(xué)凸透鏡聚焦在光學(xué)凸透鏡的焦點上，最終輸出平行的紅外脈沖信號。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種測量霧霾天氣大氣能見度的裝置，其特征在于，所述接收機模塊包括第二光學(xué)凸透鏡、光電接收二極管、第二前置放大電路、鎖相積分電路、第二放大電路、線性檢波電路、壓頻變換電路、光電隔離電路；霧霾散射光通過所述接收機模塊中的第二光學(xué)凸透鏡聚焦在光學(xué)凸透鏡的焦點上，通過光電接收二極管將霧霾散射光光信號轉(zhuǎn)化為電信號，通過第二前置放大電路將光電接收二極管輸出的電信號進行放大并抑制太陽背景光，通過鎖相積分電路將前置放大后的電信號進行鎖相積分以濾除噪聲，通過第二放大電路將鎖相積分后的電信號進行放大，通過線性檢波電路將放大后的電信號轉(zhuǎn)化為直流信號，通過壓頻變換電路將直流信號轉(zhuǎn)化為頻率信號，通過光電隔離電路將頻率信號傳輸至信號處理模塊進行處理。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種測量霧霾天氣大氣能見度的裝置，其特征在于，所述同步信號處理模塊與發(fā)射機模塊中的與非門電路相連，提取與非門電路處理后的發(fā)射脈沖調(diào)制信號，傳輸至接收機模塊中的鎖相積分電路，使鎖相積分電路以此電信號為基準(zhǔn)進行鎖相積分，從而濾除霧霾散射光信號中的噪聲。
5.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的一種測量霧霾天氣大氣能見度的裝置，其特征在于，所述信號處理模塊包括依次相連的CPLD芯片、單片機、通訊接口，所述CPLD芯片對接收到的接收機模塊所傳輸?shù)念l率信號進行處理，計算出對應(yīng)的能見度值，單片機將能見度值進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換后通過通訊接口實現(xiàn)距離傳輸功能；同時，所述CPLD芯片相隔一定時間向發(fā)射機模塊中的與非門電路發(fā)送控制信號，用以控制發(fā)射機模塊發(fā)射平行紅外脈沖信號。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種測量霧霾天氣大氣能見度的裝置，其特征在于，所述晶振源為6MHz，經(jīng)過所述分頻器后形成2.3kHz的發(fā)射脈沖調(diào)制信號。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種測量霧霾天氣大氣能見度的裝置，其特征在于，所述一定時間為10s。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種測量霧霾天氣大氣能見度的裝置，其特征在于，所述第一、第二光學(xué)凸透鏡上均鍍有凈水膜。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種測量霧霾天氣大氣能見度的裝置，其特征在于，所述紅外發(fā)射管米用波長為930nm的紅外發(fā)光二極管,其發(fā)光功率為40mw。
10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種測量霧霾天氣大氣能見度的裝置，其特征在于，所述信號處理模塊還包 括數(shù)據(jù)存儲器、日歷時鐘，用以實現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲功能。
【文檔編號】G01N21/53GK103969223SQ201410159154
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2014年4月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月18日
【發(fā)明者】李祥超, 陳璞陽, 周中山, 何為 申請人:南京信息工程大學(xué)