能見度作為氣象觀測學的主要指標,其測量的準確性對航運、航天、航空、路面交通等生產(chǎn)生活有著至關重要的作用。隨著近幾年我國經(jīng)濟的快速發(fā)展,霧霾現(xiàn)象愈發(fā)嚴重,這也對能見度檢測設備提出了更高的要求。傳統(tǒng)透射式能見度檢測方法因場地要求嚴格、成本高昂等原因,無法滿足大批量多點布控的需求。本文分析了目前能見度檢測的幾種方法,并基于氣溶膠前向散射原理,研制了一種體積小巧、適用面廣、便于布控、性能穩(wěn)定的能見度測量儀。首先,本文介紹了能見度儀的研究現(xiàn)狀和前向散射能見度儀的測量理論,并根據(jù)能見度的測量理論設計了一種前向散射原理的能見度儀。本能見度儀的硬件部分主要由發(fā)射端、接收端、信號處理電路以及顯示輸出部分組成。其基本原理是:發(fā)射端發(fā)出經(jīng)過調(diào)制的紅外光脈沖,由于大氣的散射效應,光脈沖經(jīng)由散射,被與發(fā)射端夾角為35°的紅外接收器件接收,并通過信號放大電路將光信號轉化為電信號,并放大到合適倍數(shù)。隨后應用弱光檢測常用的鎖相放大電路將接收信號從噪聲中提取出來,利用PIC單片機自帶的A/D模塊將兩路電壓信號轉換為數(shù)字信號。其次,設計了能見度測量儀的軟件系統(tǒng)。在下位機程序里主要進行AD采樣、能見度計算和UART數(shù)據(jù)傳輸,在上位機程序里,主要使用VC自帶的MFC應用程序進行編程,利用MSCcomm控件實現(xiàn)串口發(fā)送和接收,并與硬件系統(tǒng)聯(lián)合工作實現(xiàn)能見度測量儀的測量、計算和顯示等基本功能。最后,本文在完成光路和電路調(diào)試后,進行了能見度測量的實驗,并對測量過程中存在的誤差和干擾提出了解決方法。實驗表明,本能見度測量儀的技術指標滿足設計要求,測量范圍為(10~10000)m,測量誤差小于±20%,能夠?qū)崿F(xiàn)基本的能見度測量功能。
【學位單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2017
【中圖分類】：TH765.83
【部分圖文】：

圖 1-1 前向散射式能見度儀原理框圖要有下列 4 點：測量理論。具體有能見度的基本理念、測量方。儀的硬件設計。包括發(fā)射模塊、接收模塊、鎖相電路的設計、電源電路的設計。儀的軟件設計。包括 AD 采樣程序、串口傳輸計。儀的結構設計。包括發(fā)射端的結構設計、接收構設計。標：圍：(10~10000)m；差：MPE：±20%；壓：± 12VDC；境溫度：(-20~+50)°C；

（6）理想的光源應當具備良好的工源的內(nèi)部系統(tǒng)之間的電路和線路之間的的機械特性和抗震性好壞。經(jīng)過分析，本文選擇了 LED 燈珠作的輻射功率，其使用壽命和發(fā)光面積也種半導體元件具有優(yōu)良的特性，同其他電壓和低阻抗性，因此發(fā)光二極管在使僅如此，紅外 LED 光源具有體積小，重計選取 LED 近紅外發(fā)光二極管作為能見統(tǒng)示意圖如圖 3-2 所示，紅外 LED 光源的焦點處，使發(fā)射端光線近似平行發(fā)出

LED 置于物鏡的焦點處，使發(fā)射端光線近似平行發(fā)出。圖 3-2 發(fā)射光學系統(tǒng)示意圖3.2.2 調(diào)制電路接收端應用到了鎖相放大技術來獲取微弱的光電信號，因此必須使參考信號和輸入信號的頻率相同，故需要對紅外 LED 進行調(diào)制。調(diào)制電路由 555 多諧振蕩器、雙 D 觸發(fā)器構成。調(diào)制電路由 555 定時器構成的多諧振蕩器和一個雙 D 觸發(fā)器組成，并利用方波進行調(diào)制。555 多諧振蕩器電路如圖 3-3 所示， 555 定時器的型號為- 19 -

【參考文獻】

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本文編號：2832405