【摘要】：大氣能見度與大氣湍流強度是氣象學中兩個關鍵的氣象要素,在光通訊,大氣邊界層,海陸空交通以及軍事活動等領域中的作用不可忽視。低能見度造成交通不便甚至威脅人身安全。湍流的存在是光在傳播過程中發(fā)生畸變的重要原因,一直是天文觀測中的阻礙。并且湍流與能見度之間存在著復雜的聯(lián)系,是影響能見度測量的因素之一。因此,為了探測和研究大氣能見度與大氣湍流特征,必須考慮大氣湍流氣團運動與氣溶膠粒子之間存在的復雜關系。但是傳統(tǒng)儀器只單獨地測量能見度或者大氣湍流強度,設計者未能考慮到二者的相互作用。傳統(tǒng)儀器制造復雜,造價昂貴,且不能同步測量湍流與能見度,為了突破這個難關,本課題詳細論述了一個可以同時檢測大氣能見度與大氣湍流的測量系統(tǒng),該系統(tǒng)包括I/V轉換電路,放大濾波電路,數(shù)字控制電路以及上位機軟件設計。具體研究工作如下:(1)首先,對大氣能見度儀器與湍流測量儀器的發(fā)展現(xiàn)狀與常用測量方法進行分析,從大氣輻射傳輸理論與光的波動理論找到這兩個參數(shù)測量的內在聯(lián)系,從理論上證明同步測量的可行性與準確性。(2)在此基礎上提出了硬件模塊電路總體設計方案,包括I/V轉換電路,放大電路,濾波電路,電源電路主控電路與數(shù)字傳輸電路。對各電路單元,仔細對比不同型號的芯片的指標參數(shù),反復比較不同的電路拓撲結構,最終確定出最適合項目要求的電路結構與核心器件。并對整個系統(tǒng)的功能邏輯進行分析,編寫單片機固件程序,控制整個系統(tǒng)運行。(3)接著對上位機軟件需求進行分析,采用C#編寫軟件,結合實際應用需要,設計一款專門為整個系統(tǒng)運作的軟件,以便對數(shù)據(jù)進行顯示、計算、分析與處理。(4)完成電路板設計、制作與焊接調試,進行軟硬件聯(lián)調。最后對整個系統(tǒng)進行場外測試,分析測試結果,并與已有儀器進行比較。結果表明,系統(tǒng)可以在晚間進行工作,測量結果與現(xiàn)有儀器測量結果保持一致。課題設計并成功研制了大氣能見度與湍流強度同步測量系統(tǒng)。采集冬夏兩季測量數(shù)據(jù)進行分析,并與現(xiàn)有儀器進行比較,測量結果表明系統(tǒng)可用,并且相對于傳統(tǒng)儀器設計性價比更高。為今后研究湍流強度對能見度提供了科學依據(jù)。同時,該系統(tǒng)也為研究邊界層湍流與氣溶膠粒子之間的相互作用提供了全新的手段。對于大氣環(huán)境檢測與大氣質量估計有很大的參考價值。
【學位授予單位】：南京大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：P412
【圖文】：

應用于港口、公路、機場等，且有進一步普及的趨勢。逡逑（２）改進的前向散射雙光路方案逡逑國內早就有相關學者深入探討過雙光路方案［２２：。如圖１－２所示是Ｋ／ＸＹＮ０１型能見逡逑度儀，由江蘇無線電廠研發(fā)，圖中可以看到兩個發(fā)射器與兩個探測器呈一定角度對稱放逡逑置，只要兩個發(fā)射器交替發(fā)射？次，探測器１，２分別測量兩次得到的光強，一次透射光逡逑強，一次散射光強，散射系數(shù)可以這四個光強表示出來。這種方案消除了光源不穩(wěn)定的逡逑影響，無需測量原始光功率。理論上不需要對發(fā)射端做非常嚴格的校正，性能比較穩(wěn)定。逡逑４逡逑

＇邐發(fā)射逡逑圖１－１散射原理示意圖逡逑前向散射儀在國外比較典型的有德國的ＩｍｐＷｓｐｈｙｓｉｋ的ＦＳＭ，美國的Ｂｅｌｆｏｒｔ公司逡逑的ＣＡＴ．邋ＮＯ．邋６１〗３，還有芬蘭Ｖａｉｓａｌａ的ＦＤ１２Ｐ。前向散射儀的散射角很多都取在２０°Ｃ逡逑而在國內對于能見度儀器的檢測指標也沒有一個統(tǒng)一的標準，其中洛陽凱邁測控有逡逑限公司對于前向散射式能見度儀器的研制技術較為領先，其研制的ＣＪＹ－１Ｃ型前向散射逡逑能見度儀選用的俄產(chǎn)Ａ川４８二極管，ＯＳＤ３５邋—邋７ＣＱ光電探測器件，可連續(xù)檢測與分析。逡逑由于發(fā)射器光源經(jīng)過調制是一定頻率的脈沖，所以接收器那邊可以很大程度的減少環(huán)境逡逑噪聲的影響。算是目前國內氣象局比較認可并且投入了使用的國內生產(chǎn)的能見度儀器。逡逑前向散射儀種類有許多，有些儀器的散射角可以根據(jù)當?shù)氐哪芤姸惹闆r或者測量環(huán)境的逡逑需要調整

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