专利名称：散射式低能见度预警检测仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及光机电一体精密检测仪器，具体地说是一种散射式低能见度预警检测仪。
背景技术：
“能见度”即是人的正常视觉观测目标物的能见距离；“低能见度”即是从极限远的背景中难以分辨出目标物清晰的形体轮廓。“能见度”的测报不仅是气象部门应用于天气分析的重要参数，同时也能为高速公路、航海、航空等交通运输以及军事、环境监测等领域发挥重要作用。早期的“能见度”测报，主要是依靠架设有线传输的能见度检测仪器，对天气状况进行实时监控，遇低能见度天气时，则通过可变信息牌、路况信息广播等预警方式及时向相关人员发布信息，以便及时采取正确的应对措施，有效减少低能见度天气带来的各种损失。近些年来，我国公路交通、海港、机场等场所使用的能见度检测仪器，主要为进口产品，昂贵的价格局限了它仅能对一些重点区域的天气作出能见度测报，难以覆盖到其它“团雾”多发的局部小范围区域，因此存在能见度预警检测盲区。另一方面，以有线传输为主的能见度检测仪器扩展兼容性差，必须依赖基础建设方面的投入，只能在有线通讯网络建设的地方才能架设使用，因此同样也存在能见度预警盲区。目前，已面市的国产大气能见度检测仪，主要由发接装置、接收端传感器模块、控制模块、预警数据输出模块以及电源模块等组成，系统模块大多以AVR单片机为核心，并采用分体式结构。该大气能见度检测仪又存在着体积大，功能模块分散，功耗高、扩展兼容性较差、预警输出单一且成本较高的不足之处。
发明内容本实用新型针对上述存在问题和不足之处，提出了一种散射式低能见度预警检测仪，目的在于通过对现有能见度预警检测仪的结构进行改进，以实现本机具有低成本、低功耗、扩展兼容性好、能灵活接入现有智能交通监测网络低能见度预警检测前端的功能特性。本实用新型的技术解决方案本实用新型主要由红外光发射装置与红外光接收装置、接收端传感器信号调理模块、控制模块、预警数据输出模块以及电源模块组成。所述的红外光发射装置主要由发射光学系统、红外发光器件、光强稳定器、光源调制器组成。光源调制器连接红外发光器件，红外发光器件为双光路，分别连接发射光学系统和光强稳定器。所述的红外光接收装置主要由接收光学系统、光电接收探头组成。接收光学系统接收散射光，输出至光电接收探头。所述的接收端传感器信号调理模块主要由跨导放大器、带通滤波网络、锁相放大器、低通放大器组成。跨导前置放大器依次与带通滤波网络、锁相放大器、低通放大器连接。所述的控制模块主要由模数转换器、微处理器、调制发生器、数字移相器、SD卡数据存储器组成。模数转换器的输出与微处理器输入连接，微处理器与调制发生器、数字移相器、SD卡数据存储器呈双向输入输出连接。所述的预警数据输出模块包括232总线传输、485总线传输、RF无线数据传输、GPRS公网数据传输，并采用并行输出模式。所述的电源模块包括+12VDC输出电源、+SVDC输出电源、土SVDC输出电源。本实用新型的进一步技术解决方案所述的控制模块的微处理器为ARM Cotex-M3内核架构的LPC17xx系列微处理器。所述的红外光发射装置的发射光源采用940nm波长的红外LED组合。所述的红外光发射装置的红外光发射器件与红外光接收装置的光电接收探头均采用Si4432芯片。另，上述的红外光发射装置与控制模块呈双向输入输出连接；红外光接收装置与接收端传感器信号调理模块呈双向输入输出连接；控制模块与预警数据输出模块呈双向输入输出连接；电源模块与红外光发射装置、红外光接收装置及其它模块均呈双向输入输出连接。本实用新型的有益效果(一)本实用新型属于低能见度预警系统前端智能化设施，其采用的前向散射方式应用光电技术对红外光进行发射调制，将接收到的散射光转换为电信号；又应用微弱信号检测技术进行信号调理，经过A/D转换后进行数据采集和存储，既能发布实时信息，又便于历史数据的查询。(二)本实用新型 同时提供多种数据传输方式，以应对现场复杂的安装条件以及多样化的应用需求；除传统的232或485串行总线数据传输外，还通过ISM频段的RF无线数据传输可方便地与可变信息牌、路标等现场预警执行设备进行无线连接，实时进行数据更新；通过GPRS或CDMA公网数据传输，可与无有线通讯网络建设区域的指挥监控中心建立远程无线连接，提高了预警检测覆盖范围和密度。(三)本实用新型与现有能见度检测仪相比明显提升了仪器的测报精度，有利于提高运行效率和系统性能，便于升级、维护和扩展，具有良好的社会效益和广阔的产业化前
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附图1为本实用新型组成构件的结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，本实用新型主要由红外光发射装置I与红外光接收装置2、接收端传感器信号调理模块3、控制模块4、预警数据输出模块4以及电源模块6组成。本实用新型的红外光发射装置I的发射光学系统配置成双光路，用于前向散射和光强稳定参考，发射光源采用940nm波长的红外LED组，用固定的低频率方波进行调制发射，经一定体积空气柱散射进入红外光接收装置2的接收端其中，光强稳定器采用负反馈比较测量法，通过监测发射装置参考光路的光强，对温度变化以及器件老化效应造成的光强不稳定现象进行补偿和校准，减小系统测量误差。将红外光转换为稳定的电信号，[0026]红外光接收装置2将红外光转换为稳定的电信号，保证测量的准确度。接收端传感器信号调理模块3所接收的电信号，实际上是深埋在噪声和干扰中的纳安级的交流电流信号，需要应用微弱信号检测技术进行调理转换为幅度范围合适的直流电压信号送给AD进行采样和数值读取。此中，跨导前置放大器将电流转换为电压并进行前级放大，通过带通滤波器滤除50Hz工频干扰和高频干扰信号，进行交流放大后送入锁相放大器，采用相敏检波的方式从背景噪声中提取出有用的调制信号，并调理成具有合适幅度的直流电平。控制模块4的模数转换器为微处理器提供数字信号，SD卡数据存储器完成与微处理器数据存储与交换，微处理器进行编程分别连接调制发生器和数字移相器，完全避免了元器件温度漂移造成的移相误差。然后，根据前向散射测量法的理论公式由微处理器计算得到大气能见度值。由于发射器的参考光路中布置有光电接收器件，通过监测发射装置参考光路的光强，采用负反馈比较测量法进行稳定校准，补偿因温度变化以及器件老化效应等原因造成的发射光强不稳定的问题，减小系统测量误差。又基于控制模块采用具有较高的运行速度和丰富的外设接口的ARM Cotex-M3内核架构的LPC17xx系列微处理器为核心的硬件平台，可满足系统低成本、低功耗、高性能等方面的设计要求，可实现光源调制、数字移向、数值计算、实时时钟、总线驱动、数据存储、温度监测等全部控制功能。预警数据输出模块5实现了多种方式的数据传输，以应对现场复杂的安装条件以及多样的应用需求，能够将本检测仪所得低能见度预警信息灵活方便地接入到预警监测网络。综上，本实用新型可达到预期的发明目的。
权利要求1.散射式低能见度预警检测仪，其特征在于:它主要由红外光发射装置与红外光接收装置、接收端传感器信号调理模块、控制模块、预警数据输出模块以及电源模块组成；所述的红外光发射装置主要由发射光学系统、红外发光器件、光强稳定器、光源调制器组成，光源调制器连接红外发光器件，红外发光器件为双光路，分别连接发射光学系统和光强稳定器；所述的红外光接收装置主要由接收光学系统、光电接收探头组成，接收光学系统接收散射光，输出至光电接收探头；所述的接收端传感器信号调理模块主要由跨导前置放大器、带通滤波网络、锁相放大器、低通放大器组成，跨导前置放大器依次与带通滤波网络、锁相放大器、低通放大器连接；所述的控制模块主要由模数转换器、微处理器、调制发生器、数字移相器、SD卡数据存储器组成，模数转换器的输出与微处理器输入连接，微处理器与调制发生器、数字移相器、SD卡数据存储器呈双向输入输出连接。
2.根据权利要求1所述的散射式低能见度预警检测仪，其特征在于:所述的预警数据输出模块包括232总线传输、485总线传输、RF无线数据传输、GPRS公网数据传输，并采用并行输出模式。
3.根据权利要求1所述的散射式低能见度预警检测仪，其特征在于:所述的电源模块包括+12VDC输出电源、+SVDC输出电源、土SVDC输出电源。
4.根据权利要求1所述的散射式低能见度预警检测仪，其特征在于:所述的控制模块的微处理器为ARM Cotex-M3内核架构的LPC17xx系列微处理器。
5.根据权利要求1所述的散射式低能见度预警检测仪，其特征在于:所述的红外光发射装置的发射光源采用940nm波长的红外LED组合。
6.根据权利要求1所述的散射式低能见度预警检测仪，其特征在于:所述的红外光发射装置的红外光发射器件与红外光接收装置的光电接收探头均采用Si4432芯片。
7.根据权利要求1所述的散射式低能见度预警检测仪，其特征在于:所述红外光发射装置与控制模块呈双向输入输出连接；红外光接收装置与接收端传感器信号调理模块呈双向输入输出连接；控制模块与预警数据输出模块呈双向输入输出连接；电源模块与红外光发射装置、红外光接收装置及其它模块均呈双向输入输出连接。
专利摘要本实用新型为一种散射式低能见度预警检测仪。该检测仪主要由红外光发射装置与红外光接收装置、接收端传感器信号调理模块、控制模块、预警数据输出模块以及电源模块组成。红外光发射装置的光源调制器实现电信号到光信号的转换；接收端传感器信号调理模块的滤波、放大器提取有用信号；控制模块采用LPC17xx系列微处理器；预警数据输出模块包括有线、无线传输。本实用新型为低能见度预警系统前端智能化设施，可同时提供多种有线无线数据传输方式，提高了预警检测覆盖范围、密度和测报精度；有利于提高运行效率和系统性能，便于升级、维护和扩展，具有良好的社会效益和广阔的产业化前景。
文档编号G01N21/35GK203053860SQ20132005506
公开日2013年7月10日 申请日期2013年1月31日 优先权日2013年1月31日
发明者宋毅, 杨裕翠, 鲍恩波, 范洁慧 申请人:淮阴师范学院