【摘要】：大氣能見度與大氣湍流強(qiáng)度是氣象學(xué)中兩個(gè)關(guān)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(dòng)等領(lǐng)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(cè)中的阻礙。并且湍流與能見度之間存在著復(fù)雜的聯(lián)系,是影響能見度測(cè)量的因素之一。因此,為了探測(cè)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(tuán)運(yùn)動(dòng)與氣溶膠粒子之間存在的復(fù)雜關(guān)系。但是傳統(tǒng)儀器只單獨(dú)地測(cè)量能見度或者大氣湍流強(qiáng)度,設(shè)計(jì)者未能考慮到二者的相互作用。傳統(tǒng)儀器制造復(fù)雜,造價(jià)昂貴,且不能同步測(cè)量湍流與能見度,為了突破這個(gè)難關(guān),本課題詳細(xì)論述了一個(gè)可以同時(shí)檢測(cè)大氣能見度與大氣湍流的測(cè)量系統(tǒng),該系統(tǒng)包括I/V轉(zhuǎn)換電路,放大濾波電路,數(shù)字控制電路以及上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)。具體研究工作如下:(1)首先,對(duì)大氣能見度儀器與湍流測(cè)量?jī)x器的發(fā)展現(xiàn)狀與常用測(cè)量方法進(jìn)行分析,從大氣輻射傳輸理論與光的波動(dòng)理論找到這兩個(gè)參數(shù)測(cè)量的內(nèi)在聯(lián)系,從理論上證明同步測(cè)量的可行性與準(zhǔn)確性。(2)在此基礎(chǔ)上提出了硬件模塊電路總體設(shè)計(jì)方案,包括I/V轉(zhuǎn)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(duì)各電路單元,仔細(xì)對(duì)比不同型號(hào)的芯片的指標(biāo)參數(shù),反復(fù)比較不同的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),最終確定出最適合項(xiàng)目要求的電路結(jié)構(gòu)與核心器件。并對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的功能邏輯進(jìn)行分析,編寫單片機(jī)固件程序,控制整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行。(3)接著對(duì)上位機(jī)軟件需求進(jìn)行分析,采用C#編寫軟件,結(jié)合實(shí)際應(yīng)用需要,設(shè)計(jì)一款專門為整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)作的軟件,以便對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示、計(jì)算、分析與處理。(4)完成電路板設(shè)計(jì)、制作與焊接調(diào)試,進(jìn)行軟硬件聯(lián)調(diào)。最后對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行場(chǎng)外測(cè)試,分析測(cè)試結(jié)果,并與已有儀器進(jìn)行比較。結(jié)果表明,系統(tǒng)可以在晚間進(jìn)行工作,測(cè)量結(jié)果與現(xiàn)有儀器測(cè)量結(jié)果保持一致。課題設(shè)計(jì)并成功研制了大氣能見度與湍流強(qiáng)度同步測(cè)量系統(tǒng)。采集冬夏兩季測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,并與現(xiàn)有儀器進(jìn)行比較,測(cè)量結(jié)果表明系統(tǒng)可用,并且相對(duì)于傳統(tǒng)儀器設(shè)計(jì)性價(jià)比更高。為今后研究湍流強(qiáng)度對(duì)能見度提供了科學(xué)依據(jù)。同時(shí),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(duì)于大氣環(huán)境檢測(cè)與大氣質(zhì)量估計(jì)有很大的參考價(jià)值。
【學(xué)位授予單位】：南京大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：P412
【圖文】：

應(yīng)用于港口、公路、機(jī)場(chǎng)等，且有進(jìn)一步普及的趨勢(shì)。逡逑（２）改進(jìn)的前向散射雙光路方案逡逑國(guó)內(nèi)早就有相關(guān)學(xué)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(gè)發(fā)射器與兩個(gè)探測(cè)器呈一定角度對(duì)稱放逡逑置，只要兩個(gè)發(fā)射器交替發(fā)射？次，探測(cè)器１，２分別測(cè)量?jī)纱蔚玫降墓鈴?qiáng)，一次透射光逡逑強(qiáng)，一次散射光強(qiáng)，散射系數(shù)可以這四個(gè)光強(qiáng)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(cè)量原始光功率。理論上不需要對(duì)發(fā)射端做非常嚴(yán)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(guó)外比較典型的有德國(guó)的ＩｍｐＷｓｐｈｙｓｉｋ的ＦＳＭ，美國(guó)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(guó)內(nèi)對(duì)于能見度儀器的檢測(cè)指標(biāo)也沒有一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，其中洛陽凱邁測(cè)控有逡逑限公司對(duì)于前向散射式能見度儀器的研制技術(shù)較為領(lǐng)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(cè)器件，可連續(xù)檢測(cè)與分析。逡逑由于發(fā)射器光源經(jīng)過調(diào)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(guó)內(nèi)氣象局比較認(rèn)可并且投入了使用的國(guó)內(nèi)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(dāng)?shù)氐哪芤姸惹闆r或者測(cè)量環(huán)境的逡逑需要調(diào)整

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本文編號(hào)：2734044