一种双光路能见度测控装置

1.本实用新型涉及能见度仪技术领域，具体涉及一种双光路能见度测控装置。


背景技术：

2.目前普遍使用的能见度测量方法主要是透射式和散射式。透射式能见度仪的测量原理是通过测量光在空气柱中传播时的透射率，比较光辐射初始强度与通过空气柱衰减后的光强，反演出消光系数，然后计算得到能见度状况。散射式能见度测量仪是发射端对邻近的大气空间发射一束光束，可以通过空气中的颗粒物浓度反映出能见度；通过确定特定方位上的散射光强，确定散射系数，进而可以得出消光系数，最后测量得到能见度。透射式能见度测量仪在低能见度时测量结果较为准确，但在高能见度情况下测量误差较大。散射式能见度仪安装相对方便、体积小、测量范围广、易于调整等优点，可是也有缺点，比如采样面积小，须要对大气做均匀的假设，光辐射强度与散射系数成比例存在系统误差。
3.传统的能见度仪一般都采用单光路的工作方式，直射与散射只取其一，都有一定的优缺点，应用场景都受到了限制。另外，各种型号能见度仪的红外发射频率、散射角度、光路长度都是固定不变的，受环境和位置的影响通常不能达到最好的测量效果，能见度测量精度降低。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于提供一种双光路能见度测控装置，以解决现有技术中能见度仪为单光路的形式。进一步地，本技术还可解决现有技术中能见度仪参数固定，关键参数和能见度不是最佳关系的问题。
5.为达到上述目的，本实用新型是采用下述技术方案实现的：
6.一种双光路能见度测控装置，包括微控制器以及和所述微控制器信号连接的直射光路、散射光路和位移电机；
7.所述直射光路包括直射光路1和直射光路2，所述直射光路1包括发射模块1和接收模块1，所述直射光路2包括发射模块2和接收模块2；
8.所述散射光路包括散射模块1和散射模块2，所述散射模块1包括发射模块1和接收模块2，所述散射模块2包括发射模块2和接收模块1；
9.所述位移电机包括用于使发射模块1移动的发射模块1位移电机、用于使发射模块2移动的发射模块2位移电机、用于使接收模块1移动的接收模块1位移电机和用于使接收模块2移动的接收模块2位移电机。
10.进一步地，所述发射模块1和接收模块1连接在第一直杆上，所述发射模块2和接收模块2连接在第二直杆上；
11.所述第一直杆和所述第二直杆交叉设置。
12.进一步地，还包括和所述微控制器信号连接的角度电机，所述角度电机的输出端和所述第一直杆或第二直杆相连接，以改变所述第一直杆和第二直杆的夹角。
13.进一步地，发射模块1位移电机、发射模块2位移电机、接收模块1位移电机、接收模块2位移电机、角度电机均为减速电机。
14.进一步地，还包括和所述微控制器信号连接的光路长度1检测模块和光路长度2检测模块。
15.进一步地，所述光路长度1检测模块和光路长度2检测模块均为hc_sr04超声波测距模块。
16.进一步地，所述hc_sr04超声波测距模块安装在所述接收模块1和接收模块2上。
17.进一步地，还包括和所述微控制器信号连接的光路夹角检测模块。
18.进一步地，所述光路夹角检测模块为mpu6050姿态传感器。
19.进一步地，所述微控制器为stc8a8k单片机。
20.根据上述技术方案，本实用新型的实施例至少具有以下效果：
21.1、本技术设计的双光路能见度测控装置，通过发射模块1和接收模块1、发射模块2和接收模块2组成两路直射光路，发射模块1和接收模块2、发射模块2和接收模块1组成两路散射光路，解决了目前能见度仪单光路的问题；
22.2、本技术设计了使发射模块1移动的发射模块1位移电机、使发射模块2移动的发射模块2位移电机、使接收模块1移动的接收模块1位移电机和使接收模块2移动的接收模块2位移电机，可改变发射模块和接收模块的位置，可实现光路长度和能见度关系测量；
23.3、本技术通过改变参数进行多次测量，解决目前能见度仪参数固定，关键参数和能见度不是最佳关系的问题。
附图说明
24.图1为本实用新型测控装置的模块连接示意图；
25.图2为本实用新型测控装置的结构布置示意图；
26.图3为本实用控制电路的原理示意图；
27.图4为本实用新型中发射模块的结构框图；
28.图5为本实用新型中接收模块的结构框图。
具体实施方式
29.为使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本实用新型。
30.如图1至图5所示，本技术公开了一种双光路能见度测控装置，包括微控制器以及和微控制器信号连接的直射光路、散射光路和位移电机；直射光路包括直射光路1和直射光路2，直射光路1包括发射模块1和接收模块1，直射光路2包括发射模块2和接收模块2；散射光路包括散射模块1和散射模块2，散射模块1包括发射模块1和接收模块2，散射模块2包括发射模块2和接收模块1；位移电机包括用于使发射模块1移动的发射模块1位移电机、用于使发射模块2移动的发射模块2位移电机、用于使接收模块1移动的接收模块1位移电机和用于使接收模块2移动的接收模块2位移电机。
31.本技术设计的双光路能见度测控装置，通过发射模块1和接收模块1、发射模块2和接收模块2组成两路直射光路，发射模块1和接收模块2、发射模块2和接收模块1组成两路散
射光路，解决了目前能见度仪单光路的问题。
32.图1是本实用新型装置的系统结构示意图，结合附图可见，双光路能见度测控装置，包括直射光路模块1、直射光路模块2散射光路模块1、散射光路模块2、发射模块1位移电机、发射模块2位移电机、接收模块1位移电机、接收模块2位移电机、角度电机、光路1长度测量模块、光路2长度测量模块、光路夹角测量模块、微控制器。
33.如图2所示，发射模块1与接收模块1固定在一根直杆上，发射模块2与接收模块2固定在另一根直杆上。发射模块1位移电机与发射模块1相连，发射模块2位移电机与发射模块2相连，接收模块1位移电机与接收模块1相连，接收模块2位移电机与接收模块2相连。发射模块1位移电机可以改变发射模块1的位置；发射模块2位移电机可以改变发射模块2的位置；接收模块1位移电机可以改变接收模块1的位置；接收模块2位移电机可以改变接收模块2的位置；从而实现光路长度的改变。
34.在进一步的实施例中，位移电机可通过传动装置，如齿轮齿条组件、丝杠组件或滑轨组件等直线运动机构带动发射模块和接收模块移动。
35.直射光路模块1由发射模块1与接收模块1组成，发射模块1产生红外光由接收模块1接收形成直射光路1。直射光路模块2由发射模块2与接收模块2组成，发射模块2产生红外光由接收模块2接收形成直射光路2。
36.散射光路模块1由发射模块1与接收模块2组成，发射模块1产生红外光由接收模块2接收形成散射光路1。散射光路模块2由发射模块2与接收模块1组成，发射模块2产生红外光由接收模块1接收形成散射光路2。
37.发射模块1与发射模块2可以产生能见度测量所需要的红外光，发射模块可由程序控制产生频率可调的红外光从而获得稳定的高精度红外光源。
38.接收模块1与接收模块2用来检测红外光来计算消光系数。接收模块可以检测微弱的红外散射信号和红外直射信号，得到准确的光强数据。发射模块和接收模块均可采用现有模块实现。
39.在本技术的进一步实施例中，如图3所示，为本实用新型实施例的控制电路原理图。微控制器选用stc8a8k单片机，stc8a8k单片机通过总线与发射模块和接收模块通信，与其它各个模块相连。
40.在本技术的进一步实施例中，发射模块1位移电机、发射模块2位移电机、接收模块1位移电机、接收模块2位移电机、角度电机均使用减速电机，stc8a8k单片机通过l298n电机驱动模块控制其正反转来改变发射模块和接收模块的位置，从而实现光路长度和光路角度的改变。
41.在本技术的进一步实施例中，角度电机可以改变直射光路模块1与直射光路模块2之间的夹角，从而实现光路角度的改变。光路长度1检测模块可以检测发射模块1和接收模块1之间的距离，光路长度2检测模块可以检测发射模块2和接收模块2之间的距离。光路夹角检测模块可以检测光路1和光路2的夹角。
42.在本技术的进一步实施例中，光路长度1检测模块和光路长度2检测模块使用的是hc_sr04超声波测距模块来进行测量，hc_sr04超声波测距模块安装在接收模块1和接收模块2上，测量得到的信号传给stc8a8k单片机计算得到光路长度。
43.在本技术的进一步实施例中，光路夹角检测模块使用的是mpu6050姿态传感器来
检测光路1和光路2的夹角。mpu6050姿态传感器安装在角度电机上，mpu6050姿态传感器把测得的姿态角的数据传给stc8a8k单片机计算得到散射角度。
44.stc8a8k单片机综合红外光频率，光路长度，散射角度和大气能见度，得到参数与能见度的准确关系；改变参数进行多次测量可以得到频率、散射角度、光路长度等参数与能见度的最佳关系。
45.在本技术的进一步实施例中，发射模块1与发射模块2可以产生能见度测量所需要的红外光，发射模块可由程序控制产生频率可调的红外光从而获得稳定的高精度红外光源。图4为本实用新型的发射模块1、发射模块2结构示意图，发射模块通过微控制器控制红外脉冲电路驱动红外二极管产生频率可调的红外光，然后通过光学透镜发射出去。
46.在本技术的进一步实施例中，接收模块1与接收模块2用来检测红外光来计算消光系数。接收模块可以检测微弱的红外散射信号和红外直射信号，得到准确的光强数据。图5为本实用新型的接收模块1、接收模块2结构示意图，接收模块通过光电传感器检测光学透镜汇聚的红外光，使用锁相放大电路和放大滤波电路将有用信号的有效提取，通过a/d转换电路将电信号传给微控制器从而得到光强。
47.微控制器通过总线与发射模块和接收模块通信，与其它各个模块相连。
48.本装置可以同时对光路长度和光路夹角可变的直射信号和散射信号进行准确的光强分析，分析得到的光强信息可以准确的反应大气能见度状况，改变参数进行多次测量可以得到频率、散射角度、光路长度等参数与能见度的准确关系，得到红外散射信号与能见度的最优值，从而使能见度测量仪的测量精度得到提高。
49.本装置采用可变频率恒流红外脉冲发射技术，产生稳定的高精度红外光源；本装置采用锁相放大技术，将待测微弱信号与参考规律信号进行互相关运算，实现对被噪声淹没的有用信号的有效提取，提高系统的抗噪能力；本装置采用角度和位移可控的结构设计，实现收发模块间的距离和角度调节，为寻找装置的最佳值奠定基础；本装置采用双光路方式检测光强，实现红外光的直射和散射信号的光强的准确测量。
50.本装置具备高精度的程控红外收发功能和精密的角度和位移定位功能，本装置可同时实现空间变角度的红外光的前向直射和散射信号的光强的准确测量分析，从而达到通过实验手段测定频率、散射角度、光路长度等参数与能见度的准确关系，掌握设计高精度红外散射能见度仪所需的关键参数，从而获取红外散射信号与能见度的最佳关系。
51.由技术常识可知，本实用新型可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本实用新型范围内或在等同于本实用新型的范围内的改变均被本实用新型包含。