交替切换连续工作露-霜点仪及露-霜点连续测量方法

交替切换连续工作露
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霜点仪及露
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霜点连续测量方法
技术领域
1.本发明涉及电子信息技术领域，具体的说，涉及一种交替切换连续工作露
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霜点仪及露
‑
霜点连续测量方法。


背景技术：

2.由于传统探空仪使用湿敏电容作为湿度测量传感器，而当前湿敏电容传感器的制作工艺和技术水平，只能保证相当湿度约2%rh的分辨率。对于像达到平流层高空的高度水平，大气中含水量极低，其相对湿度甚至远低于这个分辨率，导致对水汽含量测量的无效。
3.在对流层区域，由于降水、云雾等原因，也往往会引起湿敏电容的过饱和，也会导致测量无效。这种情况虽然不是时常发生，但是在观测中确实偶有碰到。这将造成气象探空资料的数据质量下降，有损气象业务的准确性。
4.国外研制成功的探空型霜点仪（简称cfh），具有低湿状况下测量的能力，但其无法回避过饱和而造成长的时间缺测的弊端。
5.为此，本发明提出一种交替切换连续工作露
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霜点仪，用以解决当前高空水汽含量准确测量的困难。


技术实现要素：

6.本发明针对现有技术存在的不足，解决高空低温、低压、低湿条件下，直接而准确地测量水汽含量的难题。
7.本发明的具体技术方案如下：本发明的一个技术方案是一种交替切换连续工作露
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霜点仪，包括控制处理通信模块、水汽测量模块和冷却模块；所述控制处理通信模块包括三个传感器和主控制器；所述三个传感器用于大气环境状况的采集，分别是空气温度传感器、空气压力传感器以及空气湿度传感器；所述三个传感器均电连接所述主控制器；所述主控制器的一个数据传输接口用于露
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霜点仪在标定阶段与计算机通信，完成标定操作和初始值设置，以及用于将测量到的露
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霜点温度及重要附加资料传送到发射机，以无线形式发送到地面接收机与处理计算机终端；所述主控制器电连接一冷端参考温度测量传感器，用于测量冷镜镜面温度的热电偶传感器冷参考端；所述主控制器连接至少一个驱动模块，用于加热驱动所需；所述水汽测量模块包括两个综合水汽感测传感器，每个综合水汽感测传感器包括光电检测模块、采样通气管道、冷镜部件；所述光电检测模块用于红外发射、接收与数字处理，所述光电检测模块中嵌入用于加热清除水凝物的电热丝，所述电热丝电连接所述驱动模块；所述采样通气管道与大气直通，用于将水汽感测传感器与太空或大气中辐射的光
和热隔离开来，避免影响红外检测效果；所述冷镜部件包括金手指
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镜面支撑结构、无氧铜热交换金手指
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镜面结构、涡流加热线圈以及镜面温度测量传感器；所述涡流加热线圈分别设置于所述金手指
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镜面支撑结构、无氧铜热交换金手指
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镜面结构上，所述涡流加热线圈电连接所述驱动模块，用于将控制处理通信模块输出的交流电流，转换为磁力线通过靠近镜面端的交变磁场，形成涡流，进而产生热量，以迅速加热镜面；所述金手指
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镜面支撑结构、无氧铜热交换金手指
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镜面结构上均设置有镜面温度测量传感器；所述冷却模块包括泡沫绝热盒，所述泡沫绝热盒用于存放液态冷凝剂，所述金手指
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镜面支撑结构、无氧铜热交换金手指
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镜面结构的一端插入于所述泡沫绝热盒中。
8.进一步，所述无氧铜热交换金手指
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镜面结构是采用无氧铜制作成的热交换导体与镀金镜面的一体化结构体。
9.进一步，所述驱动模块设为两个，其中一个驱动模块包括两个通道，作为两个光电检测模块中的电热丝直流驱动；另一个驱动模块也包括两个通道，作为所述金手指
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镜面支撑结构、无氧铜热交换金手指
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镜面结构上所述涡流加热线圈的交流驱动。
10.进一步，所述镜面温度测量传感器则是体积小的热电偶温度传感器，嵌入到所述金手指
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镜面支撑结构、无氧铜热交换金手指
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镜面结构的镜面中或焊接于所述金手指
‑
镜面支撑结构、无氧铜热交换金手指
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镜面结构的镜面上。
11.进一步，所述液态冷凝剂冷凝温度低于
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85℃。
12.本发明的另一技术方案是一种露
‑
霜点连续测量方法，包括以下步骤：采集环境中的空气温度、气压、空气湿度数据；根据采集的空气温度、气压、空气湿度数据预测露霜点温度范围；控制一边进行镜面水凝物清除，另一边进行冷凝控制与露霜点测量获得露霜点，控制两边轮换交替与并行作业，循环往复，获得垂直廓线的大气露霜点温度tdf。
13.作为优选，所述根据采集的空气温度、气压、空气湿度数据预测露霜点温度范围包括以下步骤：按照下式计算露点温度：式中，t
d
为露点温度，ta为采集的温度数值，ha为采集的湿度数值，log为以10为底的对数函数；根据露点温度t
d
计算得到第一控制目标温度t
dht
；根据相对湿度划分若干测量区域，采用露点温度计算式计算每个测量区域的露点温度，该露点温度为第二控制目标温度t
dht1
；
若不是首次测量，根据上次测量的露霜点温度计算得到第三控制目标温度t
dht2
；对第一控制目标温度t
dht
、第二控制目标温度t
dht1
、第三控制目标温度t
dht2
进行最小值计算得到最终测量露霜点的控制目标温度t
dhtm
。
14.作为优选，另一边进行冷凝控制与露霜点测量获得露霜点，包括以下步骤：根据所述最终测量露霜点的控制目标温度，完成镜面冷凝过程；检测镜面由洁净到露霜凝结的时刻的镜面温度，作为当时大气条件下的露霜点温度。
15.作为优选，根据所述最终测量露霜点的控制目标温度，完成镜面冷凝过程包括以下步骤：根据当前大气温度和最终测量露霜点的控制目标温度t
dhtm
，设置冷凝强度和时间，冷凝，检测是否冷凝成功，若否，则继续冷凝至冷凝成功。
16.作为优选，所述控制一边进行镜面水凝物清除，包括以下步骤：智能镜面检测：向镜面发射强度为tx
ir
的检测红外线，根据接收镜面反射的红外线信号计算得到若干反射率信号rx
ir
，将若干反射率信号rx
ir
整理为序列rx
ir (n)，对所述序列rx
ir (n)求导，得到反射率导数系列drx
ir /dt (n)，基于时刻n对序列rx
ir (n)和drx
ir /dt (n)进行逻辑判断：当反射率信号rx
ir
不小于阈值th，且反射率导数drx
ir /dt (n)为正，也不小于阈值thp时，判为镜面干净；当反射率信号rx
ir
小于阈值th，且反射率导数drx
ir /dt (n)为负，也小于阈值thn时，判为镜面有露霜凝结；镜面清理过程：根据当前高度h
v
计算出水的沸点叠加裕量温度tb，根据沸点叠加裕量温度tb计算并设置加热温度，检查是否清理成功，若否，继续加热一段时间，回到上一步骤，若是，镜面清理完成。
17.有益效果在于：本发明根据当前气压粗略估算仪器所在高度，进而获得当前大气粗略温度状况，与当前湿度一起，联合推算当前大气的可能露
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霜点温度范围，从而采用最简洁快速的镜面温度控制、露
‑
霜点检测和露
‑
霜点温度测量模式——策略测量模式，实现快速响应的露
‑
霜点测量；并且，每个镜面的露
‑
霜清除更加干净，高湿过饱和问题得到解决，测量精度和稳定可靠性大为提高。
附图说明
18.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体
实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
19.图1是本发明提供的交替切换连续工作露
‑
霜点仪结构示意图；图2是本发明提供的探空型冷镜式交替工作连续测量露
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霜点仪电原理方块图；图3是本发明实施例提供的智能镜面检测线程；图4是本发明实施例提供的镜面清理流程；图5是本发明实施例提供的智能镜面冷凝线程；图6是本发明实施例提供的镜面冷凝流程；图7是本发明实施例提供的智能镜面热清理线程；图8是本发明实施例提供的测量流程图。
具体实施方式
20.下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
21.需要说明的是，本发明实施例中所有方向性指示（诸如上、下、左、右、前、后
……
）仅用于解释在某一特定姿态（如附图所示）下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
22.另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
23.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定发明。
24.现在结合说明书附图对本发明做进一步的说明。
25.一种交替切换连续工作露
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霜点仪，包括控制处理通信模块、水汽测量模块和冷却模块等三部分。
26.控制处理通信模块，是该露
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霜点仪的智能核心部件，负责测量过程的控制、原始测量数据的处理、测量结果的发送以及仪器测量前的标定等工作。
27.水汽测量模块，是该露
‑
霜点仪的测量执行部件，负责检测露
‑
霜凝结和镜面温度的测量，以及镜面洁净处理等工作。
28.冷却模块，是该露
‑
霜点仪的致冷部件，负责实现露
‑
霜点检测所需要的冷凝机制，实际上通过添加冷凝剂实现该功能。
29.以下详细描述各模块实现方法。
30.控制处理通信模块，如图1右边部分。该模块使用三个暴露于大气的传感器，即空气温度传感器sa、空气压力传感器sp以及空气湿度传感器sh，用于大气环境状况的采集。由于空气温度除了用做预置量值和逻辑判断外，还要用于空气含水量的计算，sa不仅要求高
的准确度、线性度，还要求低的辐射吸收率，因此，可使用10微米左右的细金属丝如钨丝制成。湿度和气压只作为测量控制的预置量值和逻辑判断的依据，并且，露
‑
霜点仪到达一定高度后，它们的测量值将几乎失效，因此，sp和sh不需要太高的准确度和线性度。
31.sa对温度的感应以单电阻阻值大小的形式响应大气温度的高低，通过温度传感器数字接口电路，转换成数字形式，最后翻译成大气温度值。
32.sp对大气压力的感应以电阻电桥差模阻值变化多寡的形式响应大气压强的大小，通过气压传感器数字接口电路，转换成数字形式，最后翻译成大气压强值。
33.sh对大气湿度的感应以电容值大小的形式响应大气湿度的高低，通过湿敏电容传感器数字接口电路，转换成数字形式，最后翻译成大气湿度值。
34.这三个温压湿值，由主控制器经过订正后使用。订正数据是由标定过程获得的。
35.一个数据传输接口负责露
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霜点仪在标定阶段与计算机通信，完成标定操作和初始值设置；更重的的工作是负责将测量到的露
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霜点温度及重要附加资料传送到发射机，以无线形式发送到地面接收机与处理计算机终端。
36.本部分还包括一个热电偶测温的参考冷端以及冷端参考温度测量传感器sr，用做测量冷镜（在水汽测量模块中）镜面温度的热电偶传感器冷参考端。
37.两个驱动模块是加热驱动所需，驱动i包括两个通道，为加热光学模块ic1和ic2（在水汽测量模块中，避免发光和感光区域冷凝结露
‑
霜形成阻隔）的电热丝直流驱动；驱动ii也包括两个通道，为加热镜面（在水汽测量模块中，清除镜面凝结露
‑
霜污染物）的涡流加热线圈l1和l2（在水汽测量模块中）进行交流驱动。
38.控制处理通信模块的独立方块图描述如图2。与水汽测量模块交联部分的技术细节后叙。
39.水汽测量模块，如图1中间部分。该部分是本露
‑
霜点仪最具特色的综合机电结构设计，由两个综合水汽感测传感器（图1的虚线划出方块部分）组成。每个综合水汽感测传感器包括光电检测模块、采样通气管道、冷镜部件三部分。
40.光电检测模块为集成了红外发射、接收与数字处理的综合功能；同时，为避免在探空应用中，空气低温时，空气中的水汽在该模块可能形成露
‑
霜凝结（出现水凝物）而造成红外光路的阻隔——影响光电检测性能，模块中嵌入了加热清除水凝物的电热丝，由控制处理通信模块根据当前大气条件，决定加热的时机和程度。
41.采样通气管道（图1中的空气流通管）是与大气直通的管道，其作用是将水汽感测传感器与太空或大气中辐射的光和热隔离开来，避免影响红外检测效果；同时，露
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霜点仪随探空气球匀速上升，空气由上端管口进入、下端管口流出，完成对大气进行采样，通过水汽测量模块，由控制处理通信模块实现对大气的水汽含量检测。
42.冷镜部件则由金手指
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镜面支撑结构、无氧铜热交换金手指
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镜面结构、涡流加热线圈以及镜面温度测量传感器组成。
43.金手指
‑
镜面支撑结构由工程塑料制成，探空型露霜点仪属于一次性使用仪器，这种材料和构造，足以支持35km以上的高空探测过程所要求的机械性能，而重量极轻，达到减少重量，确保无氧铜热交换金手指
‑
镜面能够牢靠地固定等目的。
44.无氧铜热交换金手指
‑
镜面结构是采用无氧铜制作成的热交换导体（金手指）与镀金镜面的一体化结构体。图1示出了其形状为宽圆柱体
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窄圆柱体
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扁平镜面的结构。这种结
构利于冷凝剂对镜面进行适当速率和强度的冷却，以及加热线圈的热量主要传递至镜面而尽量减少对冷凝剂的加热，延长仪器工作时间，从而提高测量高度。镜面镀金工艺则是为了保证镜面的温度一致性，提高测量准确度。
45.涡流加热线圈将控制处理通信模块输出的交流电流，转换为磁力线通过靠近镜面端的窄圆柱体的交变磁场，根据电磁学原理，在窄圆柱体（无氧铜材料）中形成涡流，进而产生热量，以迅速加热镜面。
46.镜面温度测量传感器则是体积小的热电偶温度传感器，嵌入到镜面中或焊接于镜面上，其响应时间短的优势有利于提高仪器的总体响应时间。由于热电偶的线性度不是很理想，使用前需要逐一测量使用温度范围的特性，以进行线性补偿。如果有条件获得小体积的热电阻温度传感器（如0.5毫米直径的铂电阻），由于其线性度较高，可省略线性补偿流程。
47.冷却模块是一个容量适度的泡沫绝热盒（图1的左边部分），存放了冷凝温度低于
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85℃的某种液态冷凝剂的一个密闭结构体。因为没有过高的强度要求，泡沫材料的隔热、质轻和廉价等特点，在球载探空型仪器中是最佳选择。冷凝模块的作用是将插入冷凝盒的两个无氧铜热交换金手指
‑
镜面（在结构上粘接固定），进行冷却，使其最低温度达到
‑
85℃以下，利于空气中水汽冷凝成露或霜。
48.以下描述本发明中的探空型冷镜式交替切换连续工作露
‑
霜点仪详细工作原理。
49.第一步，环境条件感知。
50.空气温度传感器sa、空气压力传感器sp以及空气湿度传感器sh，将它们感测的空气温度、空气压力以及空气湿度，以电阻、差分电阻以及电容的方式，反映出来；控制处理通信模块中的主控制器，通过温度传感器数字转换模块、气压传感器数字转换模块以及湿度传感器数字转换模块，将当前空气温度、压力与湿度转换为数字形式，并换算成习惯上使用量纲℃、hpa以及%rh的数值ta、pa和ha。其中ta为准确值，由于传感器的原因，pa和ha为粗测值。
51.第二步，预测露霜点温度范围。
52.探空气球是按匀速上升设计的。露霜点仪是球载设备，在载球破裂前（实际的测量高度区间），其上升的高度随时间成正比。设自气球升空开始，其经过的时间为t，气球升速为v，按速度考虑，则气球（也是露霜点仪）的大致高度估计为h
v = vt，记为计时高度。
53.大气中的气压随高度的增加而降低，其函数为f。设气压估计高度为h
p
，则表达式可以写成h
p = f(pa) ，记为气压高度。
54.水汽含量随高度的变化是连续的，一般随着高度的增加，水汽含量呈减少的趋势，但也会出现偶尔的相反变化。
55.大气的露霜点温度随湿度的增加而降低，一般情况下，在大气温度0℃以上时，冷凝结露；在大气温度0℃以下时，冷凝结霜。有些特殊条件下，也会出现在大气温度0℃以下时，冷凝结露，即出现过冷水。根据大气物理理论，霜点总是比露点（即出现过冷水的情况）高一点。
56.本发明中的露点温度计算公式为：
‑‑‑‑‑‑ꢀꢀ
(1)式中t
d
为露点温度（℃）；log为以10为底的对数函数。
57.公式（1）可以大概估计某种温度范围和湿度范围条件下的露点温度值。以便确定露霜点仪镜面温度控制和测量的范围。因为霜点总是比露点温度略高一点，因此，以此td作为测量露点的控制温度是合适的，作为霜点的控制温度是有裕量的。实际应用中，为了更为稳妥，将此温度在降低10℃，即以当前环境温度和相对湿度的实际测量值来计算的可能露（霜点）温度最低值t
dht
，即t
dht
= t
d ‑ꢀ
10（℃）作为测量露霜点的控制目标温度。
58.利用气候统计结果，可以归纳出大气含水量与大气高度的大致关系。以相对湿度5%的间隔，划分成20个区域。不考虑绝对准确，计时高度h
v
总是有效的；由于气压传感器的限制，在约300hpa（对于海拔高度约9000m）会出现过载，因此气压高度h
p
在9000m以上自动无效。这样，在9000m以下采用计时高度h
v
与气压高度h
p
的平均值h
a = h
v + h
p
，计时高度h
v
超过9000m，或气压pa低于300hpa时，使用单独的计时高度h
v
。这样，可以获得20个分区的大气湿度区间。同样地，由此湿度区间，可以根据上述方法估计出另一个测量露霜点的控制目标温度，记为t
dht1
。
59.考虑湿度变化的连续性，如果不是首次测量，则将上次测量的露霜点温度（记为td0）减10作为本次测量露霜点的另一个控制目标温度，记为t
dht2
。
60.由于湿度测量的迟滞效应较大，以及大气湿度可能出现锐减的情况，综合考虑，最终测量露霜点的控制目标温度设为上述三者的最小值，即min（t
dht
，t
dht1
，t
dht2
），min为取最小值运算。
61.第三步，轮换交替与并行作业图1的左边（冷却模块）和中间（水汽测量模块）的两部分明显地表达了两套完全相同的冷凝控制与露霜点测量系统。因为冷凝式露霜点测量需要完成两个独立的流程，即镜面水凝物清除和冷凝控制与露霜点测量。使用两套系统，可以做到连续地进行露霜点测量，使仪器的响应时间减半，速度加快一倍。
62.不仅如此，在低层大气中常出现的高湿引起仪器过饱和的问题，因为快速的加热和测量过程，使其影响测量的可能性大为减少，出现无效测量数据的可能性大为减少，测量可靠性极大地提高。倍速的测量，也使偶然出现的无效测量数据的影响大为降低。
63.测量控制过程如下：一方面，进行镜面水凝物清除。
64.仪器在探空前，液态冷凝剂是已经灌入密封盒中的。此时电路尚处于关闭状态。升空开始，电路打开。控制处理通信模块（图1的右边部分，在图2更清晰地将各部分有机地表达了出来）将开启冷凝测量1通道，执行镜面水凝物清除程序。如果已经升空，将同时开启冷凝测量2通道，执行冷凝控制与露霜点测量程序。而冷凝测量1或2通道一经开启，分别针对它们的智能镜面检测流程将会启动。
65.如图1中部，两个冷凝测量1和2通道，其结构和工作原理是相同的。如图1中部上面
点划线圆圈包围的部分，表示了基于红外光的露
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霜检测原理示意图。其中，光电模块是一个集成了含驱动的红外发射和含放大和处理的红外接收检测部件，其上还有用于加热清除红外收发界面露霜遮挡物的电热丝（光电模块1，即ic1对应部件的电热丝为r1；光电模块2，即ic2对应部件的电热丝为r2）。
66.如图1中部中下部分黑色实线圆圈表示空气流过通道（姿态是自上而下），内部的左边是无氧铜热交换金手指
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镜面部件，右边是光电模块。
67.基于红外光的露
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霜检测原理如下：控制处理通信模块向光电模块发出命令，光电模块执行命令，向镜面发出脉冲型红外光，如果镜面是洁净的，则反射光很强；此时在接收端获得强的红外反射光，接收功率很大，表明镜面反射率很大。如果镜面有露霜凝结物（水凝物污染而不洁净），则反射光很弱；此时在接收端获得弱的红外反射光，接收功率很小，表明镜面反射率很小。
68.如果镜面从有露霜凝结物（水凝物污染而不洁净）向水凝物污染减小而逐渐洁净方向变化，到最后洁净的过程，则反射光由弱变强，此时在接收端获得的接收功率也由小变大，表明其镜面反射率由小变大，即反射率对时间的导数呈正值，且其绝对值与此过程的快慢成正比。
69.反之，如果镜面从洁净到出现露霜凝结物（水凝物污染而不洁净），则反射光由强变弱，此时在接收端获得的接收功率也由大变小，表明其镜面反射率由大变小，即反射率对时间的导数呈负值，且其绝对值与此过程的快慢成正比。
70.可见，通过光电控制和检测，判断反射率和反射率对时间的导数，可以实现镜面洁净或凝结露霜（不洁净）的智能镜面检测。
71.水超过其沸点温度就会发生蒸发。利用这一原理，加热镜面到沸点温度以上，接可以实现镜面清理的目的。
72.沸点温度主要与大气压力有关。与上述第二步类似，由仪器高度，由h
v
和h
p
通过某种关系（大气压力pa大于300 hpa时使用pa，否则使用h
v
和统计高度与气压的关系得到该高度气压值），将气压换算成沸点温度tb1，预留足够裕量（如10℃），则加热清理镜面的温度为tb = tb1+10。
73.控制处理通信模块以此为目标温度，对涡流加热线圈施加一定的电流至一定的时间，即可完成镜面清理过程。
74.另一方面，进行冷凝控制与露霜点测量。
75.按照第二步获得最终测量露霜点的控制目标温度，控制处理通信模块以此为目标温度，对涡流加热线圈在适当的时刻施加适当的电流，既完成了镜面冷却过程，又保证镜面冷却不至于过度，而造成测量的错误和清理镜面时间过长。
76.检测镜面由洁净到露霜凝结的关键时刻，读出当时的镜面温度，就是当时大气条件下的露霜点温度。
77.同时，为了露霜检测的有效进行，控制处理通信模块需要根据当前的气温ta和湿度ha，决定是否进行光电模块红外界面水凝污染物的清除，以及清楚的程度（控制施加于电热丝的电流强度和时间长短）。
78.在正常工作后，这两个方面的工作是同时进行的，即冷镜测量1处于镜面水凝物清除阶段，冷镜测量2就处于冷凝控制与露霜点测量阶段；然后转换流程，冷镜测量2处于镜面
水凝物清除阶段，冷镜测量1就处于冷凝控制与露霜点测量阶段。如此循环往复，获得垂直廓线的大气露霜点温度tdf。
79.第四步，数据发送。
80.由控制处理通信模块将大气温度ta、大气湿度ha、大气气压pa以及大气露霜点温度tdf，以合适的格式和速率发送至无线发射机，传送到地面接收和再处理。
81.第五步，重复上述过程。
82.仪器按照图1给出的原理方块图制作电路，以及结构体。控制程序按照图2的脉络编写。关键的几个流程描述如下：第一，智能镜面检测过程。
83.该过程主要完成镜面洁净与露霜凝结（或清理剩余）状态的判断，以启动新一轮露霜点温度测量任务。其中，智能镜面检测是其主要线程。
84.智能镜面检测线程如图3所示，线程执行后，输出参数是冷凝成功标志和清污成功标志：镜面有露霜，冷凝成功标志=1，清污成功标志=0；镜面无露霜，冷凝成功标志=0，清污成功标志=1。运行流程如下：首先发射检测红外线，强度为tx
ir
；在发射的同时，光电模块硬件上接收处理反射率信号rx
ir
，并读入控制处理通信模块。系统工作的连续过程，使反射率信号rx
ir
成为序列rx
ir (n)。对该序列进行求导处理，得到反射率导数系列drx
ir /dt (n)。
85.基于时刻n对序列rx
ir (n)和drx
ir /dt (n)进行逻辑判断。当反射率信号rx
ir
不小于阈值th，且反射率导数drx
ir /dt (n)为正，也不小于阈值thp时，判为镜面干净；当反射率信号rx
ir
小于阈值th，且反射率导数drx
ir /dt (n)为负，也小于阈值thn时，判为镜面有露霜凝结。
86.第二，镜面清理过程。
87.该过程需调用智能镜面热清理线程（图4）：首先根据当前高度hv推断出水的沸点叠加裕量温度tb，然后根据目标温度tb计算并设置金手指加热涡流ih，检查清理成功标志。若无效，需要继续清污，打开加热涡流的驱动模块；若有效，镜面干净，无需打开加热涡流的驱动模块。
88.镜面清理过程示于图5。检查镜面干净与否（清理成功标志）。若镜面干净，清除清理超时计数器，置位清理成功标志，关闭加热涡流的驱动模块，进入下一步骤。
89.若镜面不干净，启动智能镜面热清理线程，同时启动清理超时计数器，检查清理超时计数器，若未超时，重复本清理过程。若已超时，复位清理成功标志，关闭加热涡流的驱动模块，进入下一步骤。
90.第三，镜面冷凝流程。
91.该过程需调用智能镜面冷凝线程（图6）：首先根据当前大气温湿度推断出最终测量露霜点的控制目标温度t
dhtm
，然后根据当前大气温度和t
dhtm
，设置冷却强度（计算并设置金手指加热涡流ih）和时间，检查冷凝成功标志。若无效，需要继续冷凝；若有效，镜面已结露霜，此时记住镜面测量温度，即为当时大气的露霜点温度。
92.镜面冷凝过程示于图7。检查镜面凝结露霜与否（冷凝成功标志）。若镜面已结露霜，清除冷凝超时计数器，置位冷凝成功标志，进入下一步骤。
93.若镜面干净，启动智能镜面冷凝线程，同时启动冷凝超时计数器，检查冷凝超时计
数器，若未超时，重复本冷凝过程。若已超时，复位冷凝成功标志，进入下一步骤。
94.第四，一次测量的程序代码安排，详见图8。
95.自左至右分别表示冷镜测量1通道、冷镜测量2通道、每通道智能镜面检测以及每通道由智能镜面检测触发而记录的露霜点检测温度。
96.通过这种循环，将测量的大气温度ta、大气湿度ha、大气气压pa以及大气露霜点温度tdf，发送至无线发射机，传送到地面进行接收和再处理。这一步骤是隐含于图8，且并行运行的。
97.以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。