能見度作為氣象觀測(cè)學(xué)的主要指標(biāo),其測(cè)量的準(zhǔn)確性對(duì)航運(yùn)、航天、航空、路面交通等生產(chǎn)生活有著至關(guān)重要的作用。隨著近幾年我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,霧霾現(xiàn)象愈發(fā)嚴(yán)重,這也對(duì)能見度檢測(cè)設(shè)備提出了更高的要求。傳統(tǒng)透射式能見度檢測(cè)方法因場(chǎng)地要求嚴(yán)格、成本高昂等原因,無法滿足大批量多點(diǎn)布控的需求。本文分析了目前能見度檢測(cè)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(cè)量?jī)x。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(cè)量理論,并根據(jù)能見度的測(cè)量理論設(shè)計(jì)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(hào)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(yīng),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(hào)放大電路將光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào),并放大到合適倍數(shù)。隨后應(yīng)用弱光檢測(cè)常用的鎖相放大電路將接收信號(hào)從噪聲中提取出來,利用PIC單片機(jī)自帶的A/D模塊將兩路電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。其次,設(shè)計(jì)了能見度測(cè)量?jī)x的軟件系統(tǒng)。在下位機(jī)程序里主要進(jìn)行AD采樣、能見度計(jì)算和UART數(shù)據(jù)傳輸,在上位機(jī)程序里,主要使用VC自帶的MFC應(yīng)用程序進(jìn)行編程,利用MSCcomm控件實(shí)現(xiàn)串口發(fā)送和接收,并與硬件系統(tǒng)聯(lián)合工作實(shí)現(xiàn)能見度測(cè)量?jī)x的測(cè)量、計(jì)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(jìn)行了能見度測(cè)量的實(shí)驗(yàn),并對(duì)測(cè)量過程中存在的誤差和干擾提出了解決方法。實(shí)驗(yàn)表明,本能見度測(cè)量?jī)x的技術(shù)指標(biāo)滿足設(shè)計(jì)要求,測(cè)量范圍為(10~10000)m,測(cè)量誤差小于±20%,能夠?qū)崿F(xiàn)基本的能見度測(cè)量功能。
【學(xué)位單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)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(diǎn)：測(cè)量理論。具體有能見度的基本理念、測(cè)量方。儀的硬件設(shè)計(jì)。包括發(fā)射模塊、接收模塊、鎖相電路的設(shè)計(jì)、電源電路的設(shè)計(jì)。儀的軟件設(shè)計(jì)。包括 AD 采樣程序、串口傳輸計(jì)。儀的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。包括發(fā)射端的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、接收構(gòu)設(shè)計(jì)。標(biāo)：圍：(10~10000)m；差：MPE：±20%；壓：± 12VDC；境溫度：(-20~+50)°C；

（6）理想的光源應(yīng)當(dāng)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(jī)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(dǎo)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(jì)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(diǎn)處，使發(fā)射端光線近似平行發(fā)出

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

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2832405