专利名称：一种能见度仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种能见度仪，特别是一种小型激光能见度仪，属于光学及电子测量技术领域。
背景技术：
能见度测量在航空、航海、高速路等交通领域的安全方面和研究大气污染方面具有重大意义。能见度测量的结果决定了机场、港口和高速路的开放和关闭，是各类运输装备的驾驶人员进行操作所参考的气象要素。较长时间以来，准气象部门由于缺少相关的观测仪器只能通过观察人工预置的黑桩进行能见度的判断，测量结果存在较大误差。近年来出现了各种能够测量能见度的仪器设备，这些设备通过测试能见度的相关参量来推算能见度，其中包括透射式、前向散射式和后向散射式。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。透射式能见度仪可分为分体式和一体式两种。分体式透射式能见度仪，又称双端透射式能见度仪，由发射器和接收器两主要部件构成，发射器位于被测大气水平气柱样本(基线)的一端，接收器位于基线的另一端，发射器发出的光辐射脉冲，通过大气水平气柱而被接收器探测，比较光辐射的初始功率与被接受器探测到的被大气水平柱衰减后的光辐射功率(信号)，即可确定大气透射比，从而算出大气能见度。在低能见度条件下精度较高，但是存在的缺点是:1、发射器和接收器必须分体安装，现场调校比较困难；2、受大气样本基线长度限制，测量范围小。一体式透射式能见度仪，又称单端透射式能见度仪，由发射器、反射器和接收器等主要部件构成，发射器和接收器组合在一体，位于被测大气样本的水平气柱(基线)的同一端，反射器即反射椎体棱镜装在基线的另外一端，不对大气做均匀假设，直接探测大气透过率和消光系数。其存在的缺点是:1、安装调试困难，发射器和接收器很难准确对准反射器中心。2、发射和接受光路往往不同轴，带来测量误差。3、必须要有反射器配合。4、必须要建立基线。散射式能见度仪的工作原理是:仪器的发射器发出红外光辐射，对其临近的大气样本进行照射，大气样本中固、液、气态悬浮粒子对照射光辐射产生散射，散射量大小与悬浮粒子的尺寸和浓度相关，悬浮粒子的尺寸和浓度又与大气能见度相关，散射式能见度仪的接收器探测某一方向的散射信号，并根据具体角度上的散射信号与总散射量的关系确定总散射系数，最后按公式计算大气能见度。前向散射式能见度仪将发射器和接收器组合一体，装在同一支架上，工作角度选取在35 55度散射角域内，在发射和接收光路交汇处形成采样空间，缺点是采样体积非常小。后向散射式能见度仪的发射器向上倾斜与接收器的光轴大约在15米的距离上相交，后向散射式虽然将发射/接收的空间相对位置增加到15米，但采样空气体积加大，气象代表性仍然不够。
发明内容本实用新型的目的是提供一种能见度仪，可以提高能见度测量的准确性，缩小能见度仪的体积，降低能见度仪的功耗，方便安装调试，解决了目前透射式能见度仪不能准确对准目标，需要基线，需要合作目标的问题，还解决了散射式能见度仪采样体积�。拇蟮奈侍狻１臼涤眯滦偷囊恢帜芗纫牵ㄖ魈�、镜头组和显示屏，镜头组贯穿主体，主体侧面上方有显示屏，所述的镜头组包括物镜组、发射及接收装置、分光镜、物镜调焦镜、转像棱镜、分划板、目镜组、45度反射镜、光量衰减机构、内外光路切换机构、发射光聚焦镜、LED发光二级管和APD接收器；所述的物镜组、发射及接收装置、分光镜、物镜调焦镜和转像棱镜依次固定在一水平轴线上，转像棱镜后方有分划板和目镜组；所述的发射及接收装置包括发射棱镜和接收棱镜；所述的45度反射镜、光量衰减机构、内外光路切换机构、发射光聚焦镜和LED发光二级管位于另一条水平轴线上，45度反射镜与发射及接收装置的发射棱镜垂直，Aro接收器布置在内外光路切换机构的发射光路下方，发射及接收装置的接收棱镜的发射光路也汇聚在APD接收器。所述的分光镜反射面镀有跟LED发光管相同波长的半透半反膜，使得激光部分可以全部反射，可见光全部透过。所述的发射及接收装置的发射棱镜和接收棱镜都是45度棱镜，其中发射棱镜的斜边在左上方，接收棱镜的斜边在右下方。所述的分划板为十字丝分划板。所述的主体上有数据处理接口及电源口。所述主体的底部设有固定连接支架，固定连接支架由立柱和底座组成,立柱一端固定于主体上，另一端垂直固定于底座上。本实用新型的一种能见度仪，配有液晶显示屏，可以直观的显示当前的能见度和实测距离，另外，具有多种数据接口(RS232，RS485，4-20MA电流输出等)以及GPRS或无线数传�？榻涌诘龋梢允迪衷冻炭刂�。本实用新型的一种能见度仪，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。本实用新型的一种能见度仪的望远镜部分，可以解决目标准确对准的问题，该部分光路需通过物镜组、分光镜、物镜调焦镜、转像棱镜、分划板和目镜组来完成，其中分光镜的反射面镀有半透半反膜，使得激光部分可以全部反射，可见光全部透过，这样就可以使人眼通过目镜组看到目标，通过调整物镜调焦镜，可以将目标调整到最清晰的状态；另外，在目镜组前有分划板，通过调整整机的位置可以使望远镜部分的中心跟目标或反射器中心重
口 o本实用新型的一种能见度仪的发射光路部分，需要物镜组、发射及接收装置、45度反射镜、光量衰减机构、内外光路切换机构、发射光聚焦镜、LED发光二极管及光纤来完成。启动测量时，激光二极管产生光信号(脉冲信号，或者连续的调制信号)，通过发射光聚焦镜，使得点光源变成了平行光，在测量的同时，内外光路切换机构开始工作，光路切换机构的直流马达的轴上固定一个叶片，叶片的一端有镀反射膜，另外一端为透明的，整个叶片及马达与发射光路成45度的位置安装，(或则采用在马达的轴上固定一个两端都有45度镜片的装置，就不需要马达及叶片装成45度了)，测量启动时，马达带动叶片转动，发射光就会被反射到APD接收器，形成内光路，作为参考信号。马达切换到发射光完全通过的位置时，发射光穿过内外光路切换机构，进入到光量衰减机构，光量衰减机构的直流马达的轴上固定有衰减叶片，控制通过的光量，马达的转动是由主板根据目标回光量进行增益控制。发射光通过衰减叶片后，被45度发射镜反射到发射及接收装置的发射棱镜，经发射及接收装置的发射棱镜折射后，在物镜组中心上发射出去。本实用新型的一种能见度仪的接收光路部分，需要物镜组、分光镜、发射及接收装置、Aro接收器及光纤来完成。发射光被目标物或者反射器反射后，透过物镜组到分光镜，反射回来的光从分光镜反射到发射及接收装置的接收棱镜，发射及接收装置的接收棱镜也是45度棱镜，反射回来的光进行聚焦后，送入到APD接收器(雪崩二极管)，完成外光路的信号采集。由于发射的光，在大气中传播，大气气溶胶能吸收和散射光福射，会造成光福射在原传输方向上衰减，所以接收到的是在一定距离上往返衰减后的信号，同时发射的调制信号经在大气中往返后相位产生了变化，由于发射的调制信号是采用多种不同频率(测尺频率)的调制，对应不同的光尺，每种光尺对应相应的距离分辨率，通过调制信号相位的变化，就可以精确的计算出能见度仪到目标的准确距离。本实用新型的一种能见度仪的数据处理部分，是采用单片机控制激光的发射，马达的运转，激光的接收，发射光能量在内光路是作为参考基准，也称为参考信号，光在大气中往返，受到大气的衰减，接收到的能量已经是衰减后的能量了，两个能量相减就是光的衰减量，由于是往返的，所以此衰减量的1/2就是大气单程衰减量，假设单程衰减量为E。由于调制信号的相位变化，可以计算出能见度仪到目标的距离，假设为M，则单位衰减的光能为E/M，当设定光能衰减到一定程度B (应为经验值)为不可见，则能见度距离为(E/B)*M。本实用新型的一种能见度仪，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。本实用新型的一种能见度仪，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�。梢圆捎玫绯毓┑缁蛱裟芄┑纾丝梢怨潭ㄔ谝欢ǖ牡胤匠て诩嗖馔猓箍梢宰魑殖稚璞福嫔硇缘鼻暗胤降哪芗冉胁饬�。本实用新型的有益效果是:本实用新型的一种能见度仪，可以测量距离，所以完全不需要建立基线，使用极其方便，且不受白天夜晚的光线影响，还可以提高能见度测量的准确性，缩小能见度仪的体积，降低能见度仪的功耗，方便安装调试。
图1是本实用新型一种能见度仪的结构示意图图2是本实用新型一种能见度仪的光路示意图其中，I是物镜组2是发射及接收装置3是分光镜4是物镜调焦镜5是转像棱镜6是分划板7是目镜组8是45度反射镜9是光量衰减机构10是内外光路切换机构11是发射光聚焦镜12是LED发光二极管13是AH)接收器14是主体15是镜头组16是显示屏17是固定连接支架
具体实施方式
下面结合具体实施方式
，进一步阐述本实用新型。如图1和2所示，本实用新型的一种能见度仪，包括主体14、镜头组15和显示屏16，镜头组15贯穿主体14，主体14侧面上方有显示屏16，所述的镜头组15包括物镜组1、发射及接收装置2、分光镜3、物镜调焦镜4、转像棱镜5、分划板6、目镜组7、45度反射镜8、光量衰减机构9、内外光路切换机构10、发射光聚焦镜11、LED发光二级管12和APD接收器13 ;所述的物镜组1、发射及接收装置2、分光镜3、物镜调焦镜4和转像棱镜5依次固定在一水平轴线上，转像棱镜5后方有分划板6和目镜组7 ;所述的发射及接收装置2包括发射棱镜和接收棱镜；所述的45度反射镜8、光量衰减机构9、内外光路切换机构10、发射光聚焦镜11和LED发光二级管12位于另一条水平轴线上，45度反射镜8与发射及接收装置2的发射棱镜垂直，APD接收器13布置在内外光路切换机构10的发射光路下方，发射及接收装置2的接收棱镜的发射光路也汇聚在APD接收器13。所述的分光镜3反射面镀有跟LED发光管相同波长的半透半反膜。所述的发射及接收装置2的发射棱镜和接收棱镜都是45度棱镜，其中发射棱镜的斜边在左上方，接收棱镜的斜边在右下方。所述的分划板6为十字丝分划板。所述的主体上有数据处理接口及电源口。所述主体的底部设有固定连接支架17，固定连接支架17由立柱和底座组成，立柱一端固定于主体上，另一端垂直固定于底座上。本实用新型的一种能见度仪，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。本实用新型的一种能见度仪的望远镜部分，可以解决目标准确对准的问题，该部分光路需通过物镜组1、分光镜3、物镜调焦镜4、转像棱镜5、分划板6和目镜组7来完成，其中分光镜3的反射面镀有半透半反膜，使得激光部分可以全部反射，可见光全部透过，这样就可以使人眼通过目镜组7看到目标，通过调整物镜调焦镜4，可以将目标调整到最清晰的状态；另外，在目镜组7前有分划板6，通过调整整机的位置可以使望远镜部分的中心跟目标或反射器中心重合。本实用新型的一种能见度仪的发射光路部分，需要物镜组1、发射及接收装置2、45度反射镜8、光量衰减机构9、内外光路切换机构10、发射光聚焦镜IULED发光二极管12及光纤来完成。启动测量时，激光二极管产生光信号(脉冲信号，或者连续的调制信号)，通过发射光聚焦镜11，使得点光源变成了平行光，在测量的同时，内外光路切换机构10开始工作，光路切换机构10的直流马达的轴上固定一个叶片，叶片的一端有镀反射膜，另外一端为透明的，整个叶片及马达与发射光路成45度的位置安装，(或则采用在马达的轴上固定一个两端都有45度镜片的装置，就不需要马达及叶片装成45度了)，测量启动时，马达带动叶片转动，发射光就会被反射到AH)接收器13，形成内光路，作为参考信号。马达切换到发射光完全通过的位置时，发射光穿过内外光路切换机构10，进入到光量衰减机构9，光量衰减机构9的直流马达的轴上固定有衰减叶片，控制通过的光量，马达的转动是由主板根据目标回光量进行增益控制。发射光通过衰减叶片后，被45度发射镜8反射到发射及接收装置2的发射棱镜，经发射及接收装置2的发射棱镜折射后，在物镜组I中心上发射出去。本实用新型的一种能见度仪的接收光路部分，需要物镜组1，分光镜3，发射及接收装置2，APD接收器13来完成。发射光被目标物或者反射器反射后，透过物镜组I到分光镜3，反射回来的光从分光镜3反射到发射及接收装置2的接收棱镜，发射及接收装置2的接收棱镜也是45度棱镜，反射回来的光进行聚焦后，送入到APD接收器13 (雪崩二极管)，完成外光路的信号采集。由于发射的光，在大气中传播，大气气溶胶能吸收和散射光辐射，会造成光辐射在原传输方向上衰减，所以接收到是在一定距离上往返衰减后的信号，同时发射的调制信号经在大气中往返后相位产生了变化，由于发射的调制信号是采用多种不同频率(测尺频率)的调制，对应不同的光尺，每种光尺对应相应的距离分辨率，通过调制信号相位的变化，就可以精确的计算出能见度仪到目标的准确距离。经试验证明，本实用新型的一种能见度仪可以提高能见度测量的准确性，缩小能见度仪的体积，降低能见度仪的功耗，方便安装调试，确实能够解决目前透射式能见度仪不能准确对准目标，需要基线，需要合作目标的问题，还解决了散射式能见度仪采样体积�。拇蟮奈侍猓植沽讼钟屑际醯牟蛔�。
权利要求1.一种能见度仪，包括主体、镜头组和显示屏，镜头组贯穿主体，主体侧面上方有显示屏，其特征是:所述的镜头组包括物镜组、发射及接收装置、分光镜、物镜调焦镜、转像棱镜、分划板、目镜组、45度反射镜、光量衰减机构、内外光路切换机构、发射光聚焦镜、LED发光二级管和APD接收器；所述的物镜组、发射及接收装置、分光镜、物镜调焦镜和转像棱镜依次固定在一水平轴线上，转像棱镜后方有分划板和目镜组；所述的发射及接收装置包括发射棱镜和接收棱镜；所述的45度反射镜、光量衰减机构、内外光路切换机构、发射光聚焦镜和LED发光二级管位于另一条水平轴线上，45度反射镜与发射及接收装置的发射棱镜垂直，Aro接收器布置在内外光路切换机构的发射光路下方，发射及接收装置的接收棱镜的发射光路也汇聚在APD接收器。
2.按权利要求1所述的一种能见度仪，其特征在于，所述的分光镜反射面镀有跟LED发光管相同波长的半透半反膜。
3.按权利要求1所述的一种能见度仪，其特征在于，所述的发射及接收装置的发射棱镜和接收棱镜都是45度棱镜，其中发射棱镜的斜边在左上方，接收棱镜的斜边在右下方。
4.按权利要求1所述的一种能见度仪，其特征在于，所述的分划板为十字丝分划板。
5.按权利要求1所述的一种能见度仪，其特征在于，所述的主体上有数据处理接口及电源口。
6.按权利要求1所述的一种能见度仪，其特征在于，所述主体的底部设有固定连接支架，固定连接支架由立柱和底座组成，立柱一端固定于主体上，另一端垂直固定于底座上。
专利摘要本实用新型涉及一种能见度仪，包括主体、镜头组和显示屏，镜头组贯穿主体，主体侧面上方有显示屏，所述的物镜组、发射及接收装置、分光镜、物镜调焦镜和转像棱镜依次固定在一水平轴线上，转像棱镜后方有分划板和目镜组；45度反射镜、光量衰减机构、内外光路切换机构、发射光聚焦镜和LED发光二级管位于另一条水平轴线上，45度反射镜与发射及接收装置的发射棱镜垂直，APD接收器布置在内外光路切换机构的发射光路下方，发射及接收装置的接收棱镜的发射光路也汇聚在APD接收器。本实用新型的一种能见度仪，可以提高能见度测量的准确性，缩小能见度仪的体积，降低功耗，方便安装调试，弥补了现有技术的不足。
文档编号G01N21/41GK202928954SQ20122065504
公开日2013年5月8日 申请日期2012年12月3日 优先权日2012年12月3日
发明者杨越三 申请人:杨越三
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
