基于红外前向散射能见度仪的研制

摘要

能见度是重要的气象要素之一，它对人类生活、生产、交通等都有着很大的影响，在当今经济高速发展的过程中，受到的影响更为明显。近年来，由于能见度低导致了众多的交通事故的发生。随着科技的发展，在一些发达国家，各种形式的能见度自动测量设备已被广泛应用。随着我国经济水平的提高，对能见度测量设备的需求量也在逐年增多。在多种方式的能见度测量设备中，前向散射式能见度仪以其良好的性价比，灵活的安装方式，可靠的性能等优点，越来越受到客户的青睐。
　　本文以前向散射能见度仪为研究对象，详细研究了前向散射式能见度仪器的相关技术，研制了一台基于前向散射式的能见度仪，此仪器将发射与接收探头安装在同一壳体一侧，发射与接收探头与壳体成22度角，散射角45度。仪器整体外观设计小巧，安装方便灵活。本仪器的发射单元部分采用了自动光功率控制电路设计，通过采集发射光源光功率的变化，来调节发光光源的电流，已达到发光光源输出稳定的目的。同时对发射光源进行了调制，以减小背景光对信号的干扰。接收单元通过信号调理电路对信号进行滤波，同时应用相敏检波的方法对小信号进行提取。通过设计的气路系统有效的减小了灰尘对发射接收探头的污染问题，同时加装了相应过滤装置以保证气路中气体的洁净度。避免了对发射接收探头的污染问题。为了有效的避免强光干扰，设计了相应的遮光罩，通过遮光罩外形的设计以及遮光罩内壁的处理达到了减小杂散光干扰的目的。仪器同时具有通讯与模拟量输出的接口方式。对于温度的影响通过拟合公式进行了补偿。编写了单片机程序以及上位机调试软件。制作了原理样机，并且样机在野外进行了长时间的试验，工作稳定。目前仪器已经产品化，进行了小批量生产并形成了销售。

目录

声明

摘要

第一章 前言

1．1 研究本课题的意义和目标

1．2 国际上能见度仪的相关研究发展与成果

1．3 本课题要做的主要工作

第二章 系统整体设计

2．1 大气的吸收与散射

2．2 光的散射理论

2．3 气象光学视程与能见度

2．4 公式的推导修正与标定

2．5 仪器整体结构设计

2．6 发射接收探头设计

2．7 发射光源的分析与选取

2．8 接收传感器的选择

第三章 系统硬件设计

3．1 电源单元模块设计

3．2 发射自动光功率控制电路设计

3．3 接收单元模块设计

3．3．1 光电转换电路

3．3．2 滤波电路设计

3．3．3 锁相放大电路设计

3．3．4 相关检测原理

3．3．5 锁相放大电路简介

3．3．6 基于AD630锁相放大电路

3．3．7 数据采集单元设计

3．4 控制单元模块设计

3．5 输出单元模块设计

3．5．1 4-20ma输出模块

3．5．2 RS485输出设计

第四章 c8051f040软件设计流程

4．1 主MCU程序流程设计

4．1．1 设备初始化

4．1．2 A／D数据采集

4．1．3 数据处理

4．2 从MCU相位调整程序设计

4．3 人机交互界面设计

第五章 系统调试及数据分析与干扰问题

5．1 系统数据分析

5．1．1 误差分析

5．2 干扰问题与解决

5．2．1 抗干扰相应措施

第六章 全文总结与展望

6．1 全文总结

6．2 展望

附录

参考文献

致谢