基于光腔衰荡光谱技术的大气能见度测量装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及气象观测装置，尤其是设计一种利用光腔衰荡光谱技术对大气能见度 的测量装置。
【背景技术】
[0002] 作为气象观测的要素之一，大气能见度是表征大气透明度的物理量。大气能见度 的测量不仅用于日常气象部门的天气分析，更广泛用于高速公路、航空、航海等交通运输部 门、军事等领域。同时根据《QX/T 113-2010霾的观测和预报等级》，大气能见度是雾霾等级 的主要判断依据，因此研宄大气能见度测量装置具有十分重要的意义。
[0003] 能见度作为一个复杂的物理量，主要取决于大气消光系数。消光系数是光波在大 气传输过程中，由于各种因素造成的能量衰减，是由大气对光辐射吸收、散射所引起的，包 括分子吸收、分子散射、气溶胶吸收、气溶胶散射、雨水吸收和雨水散射。
[0004] 目前大气能见度测量装置主要有透射式能见度仪和散射式能见度仪。透射式能见 度仪是基于光辐射在大气传输中的透过率测量。透射仪一般分为双端式和单端式两种。双 端式是将发射器和接收器装于基线的两端。单端式是将发射器和接收器装于基线的通端， 在基线的另一端装有反射器，从而使得测量光路变为往返式光程。透射式能见度仪直接测 量大气消光系数，但是为保证测量准确度，往往需要较长的基线，同时为了能测量低能见度 和高能见度，需要采用双基线系统，因此透射式能见度仪对场地要求较高。散射式能见度仪 发出红外光辐射，并探测某一方向散射信号，并根据具体角度上散射信号与总散射量的关 系来确定总散射系数，最后按公式反演能见度。散射式能见度仪可分为前向散射仪和后向 散射仪。散射式能见度仪是目前使用最广泛的能见度仪，但是散射式能见度仪只测量大气 散射系数，没有测量大气吸收系数；而在我国不同地区，大气吸收系数和大气散射系数的比 值都不同的，并且有时候大气吸收系数是可与大气散射系数相比拟的，因此散射式能见度 仪存在较大的测量误差。
[0005] 光腔衰荡光谱技术可直接测量消光系数，目前光腔衰荡光谱技术已被用于测量 气溶胶的消光系数，是通过将大气中气溶胶抽入衰荡腔进行测量。中国专利申请公布号 CN103616334A，申请公布日2014年3月5日，名称为"一种光腔衰荡气溶胶消光仪"和中国 专利申请公布号CN103712914A，申请公布日2014年4月9日，名称为"一种同时检测气溶 胶消光和散射系数的激光光腔衰荡光谱仪"的公开方案，都是通过将大气中气溶胶抽入衰 荡腔进行气溶胶消光系数的测量的技术方案。能见度与大气总的消光系数相关，大气总的 消光系数不只气溶胶消光系数，还应包含气体分子消光系数和雨水导致的消光系数，因此 用气溶胶消光仪测量能见度存在一定的测量误差。中国专利申请公布号CN104062236A，申 请公布日2014年9月24日，名称为"一种基于腔衰荡技术的大气能见度检测装置"的发明 专利公开文件，提供了另外一种装置。该装置包括依次设置的光源、导入光纤、光纤谐振腔、 导出光纤、光电探测器以及用于将光损耗数据进行计算得到被探测样本能见度值的数据处 理单元。导入光纤与光纤谐振腔之间设置有导入准直器，光纤谐振腔和导出光纤之间设置 有导出准直器，光纤谐振腔包括第一耦合器、特种光纤以及第二耦合器，第一耦合器的输入 端与导入光纤连接，第一耦合器的输出端与特种光纤的输入端连接；特种光纤的输出端与 第二親合器的输入端连接；第二親合器的输出端分别与第一親合器的输入端和光学探测器 连接；特种光纤用于使光波与外界环境中的待测样本接触和吸收。数据处理单元按照谐振 腔的特性得出光波在谐振腔内的损耗，通过光损耗最终确定被测样本的能见度数值。该装 置在光源和谐振腔之间、谐振腔和光学探测器之间用光纤连接，并采用特种光纤用于使光 波与外界环境中的待测样本接触和吸收。但是存在以下问题：需要利用特种光纤，不但成本 高，而且使用也不方便；外界环境中的待测样本通过特种光纤吸收还是与实际的待测样本 有偏差，造成测量误差。
【发明内容】
[0006] 为了解决现有技术存在的对大气能见度的测量待测样本取样与实际有偏差造成 测量误差的技术问题，本发明提供一种基于光腔衰荡光谱技术的大气能见度测量装置，衰 荡腔为开放式结构，直接与大气接触，综合测量气体分子、气溶胶、雨水导致的大气消光系 数变化，实现对大气能见度的准确测量。
[0007] 本发明的技术方案是：一种基于光腔衰荡光谱技术的大气能见度测量装置，它包 括呈马鞍状密封腔体结构的壳体，壳体腔体内设有激光发射器、偏振片、1/4波片、耦合透 镜、高反射率腔镜、光电倍增管和数据采集卡，高反射率腔镜有一对位于壳体凹口两侧形成 衰荡腔，激光发射器发出的激光依次穿过偏振片、1/4波片和耦合透镜射入第一面高反射率 腔镜，激光分成两路，一路激光由第一面高反射率腔镜反射通过1/4波片射入偏振片反射 输出，另一路激光在衰荡腔中来回振荡后穿过第二面高反射率腔镜传输给光电倍增管，光 电倍增管通过数据采集卡电连接有计算机。采用开放式衰荡腔，与大气直接接触，综合测量 气体分子、气溶胶、雨水导致的大气消光系数变化，实现对大气能见度的准确测量。
[0008] 作为优选，壳体还设有腔镜盒，腔镜盒相对应的侧壁分别设有I透光口和II透光 口，高反射率腔镜固定腔镜盒腔体内位于I透光口和II透光口之间。避免高反射率腔镜受 大气污染，确保测量精确。
[0009] 作为优选，腔镜盒设有镀高透膜的窗口片，窗口片覆盖I透光口。
[0010] 作为优选，腔镜盒顶部靠近II透光口设有进气口；通过向进气口充入高纯氮气，在 高反射率腔镜表面形成气帘，保护高反射率腔镜不受大气污染。
[0011] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：衰荡腔为开放式结构，与大气直接接触， 可综合测量气体分子、气溶胶、雨水导致的大气消光系数变化，实现对大气能见度的准确测 量。
【附图说明】
[0012] 附图1为本发明示意图； 附图2为腔镜盒剖视图。
[0013] 图中：1_激光发射器；2_反射镜；3-偏振片；4-1/4波片；5_親合透镜；6_腔镜 盒；7-高反射率腔镜；8-光电倍增管；