1.1 儀器概述

能見度儀（yí）提供與氣象能見度相關的測量，傳感器是基於氣溶膠前散射原理而設（shè）計的，是（shì）繼透射式能見度儀發展（zhǎn）起來的（de）新一代氣象能見度監測設備。傳感（gǎn）器可廣泛用於氣象台站、遠程自動氣象站以及（jí）機場、高（gāo）速公路、航道、大型（xíng）艦船等交通運輸部門。

能見度儀由光發射（shè）器、光接收器及微處理控製器等主要部件組（zǔ）成。發（fā）射器發射紅外（wài）脈衝光（guāng），接收器同時檢（jiǎn）測大氣中氣溶膠（jiāo）粒子前（qián）向散射的脈衝光強度，所有測量信息由微處理控製（zhì）器搜集並通過專門的數學模（mó）型算法轉化為氣象光學視程Meteorological Optical Range（MOR）。

能見度儀（yí）需要一個（gè）12DC的電源（yuán）和一個三線RS－232/RS-485通訊線（xiàn）纜（lǎn）。儀（yí）器（qì）將氣象能見度數值和狀態信息通過通訊接口發送到監控中心的上位機。

能見度儀提供多（duō）組內置命令用於配置係統（tǒng）參數和控製係統多種（zhǒng）功能。在組裝和維（wéi）護過（guò）程中，需要一個顯示終端來檢查係統參數，並可能用來更改參數值。

1.2 結構組成

1.2.1 能見度儀由以下各部分組成

a）發射器

b）接收（shōu）器

c）微（wēi）處（chù）理控製器/接線盒

1.3 典型技術指標

1.3.1 機械指標

尺寸（長x寬x高）：610mm x 230mm x 300mm

重量：小於10kg

安裝：安裝在已架設好的圓（yuán）形立（lì）柱上

材料：陽極化處理硬（yìng）質鋁，外表麵（miàn）加噴漆保護（hù）

1.3.2 電力指標

電源：交流110VAC/220VAC±20%或直（zhí）流12VDC

功率：小於5W，典型值（zhí）4W

1.3.3 光學指標

散（sàn）射角覆蓋（gài）：39o—51 o 前散射

峰值（zhí）波長：870nm

帶   寬：  100nm

光譜響應度：最大響應在870nm，0.65 A/W

1.3.4 測量指標

測量範（fàn）圍： 5m—10km

測量精度（dù）：≤2km，誤差±2%

2Km—10km，誤差±5%

≥10km，誤差±10%

    儀器一致性：≤±4%

    更新間隔：15秒

線性動態量程： 3000：1

1.3.5  可靠性與（yǔ）維護周期

平均無故障工作時間（MTBF）：大（dà）於（yú）18000小時

清潔光學鏡頭：3個月，或（huò）視使用環境而定

1.4 環境（jìng）適應性

工作環境溫（wēn）度（dù）：－40—+60℃

工作相對濕度：0—100%

地域適應性：可在沿（yán）海地區連續使用

1.5 儀器功能特點

1.5.1 主要功能

1.5.1.1     可（kě）對大氣能見度進行連續測量（liàng）輸出（chū）。

1.5.1.2     儀器具有自檢（jiǎn）能力，可對自身的12V供電電壓（yā），接收器、發射器溫度，接收器信號及零點（diǎn）信號等進行實時檢測，並給出狀態報警指示。

1.5.1.3     儀器數字輸出接口標配為RS-232或RS-485，接口（kǒu）的選（xuǎn）擇可通過控製處理器中的采集器通訊選擇開關（guān）進（jìn）行設（shè）置，可根（gēn）據用戶需求在出廠時（shí）設置好。

1.5.1.4     儀器可設置ID號以標識身份，ID=00為通（tōng）用標識，ID號出廠時均為通用（yòng）標識，用戶可通過命令進行設置新的ID號，ID號一旦設定不受（shòu）設（shè）備斷電影響，此功能（néng）在（zài）多機聯網共（gòng）用（yòng）主站時用以區分布點儀器。

1.5.1.5   儀器具有多種（zhǒng）命令進（jìn）行遠程監（jiān）控維護。

1.5.2  儀器特點

1.5.2.1     結構特點：能見度儀采用一體化結構設計，緊湊（còu）小巧，傳感器（qì）尺（chǐ）寸和重量非（fēi）常小，包裝、儲運、安裝方便，也（yě）可以做為便攜式儀（yí）器使用；獨特的雙散射接收器（qì）結構設計，對太陽和其它雜光（guāng）幹擾降到了最（zuì）低。

1.5.2.2     發（fā）射器和接收器窗（chuāng）口透（tòu）鏡經過了特殊的防灰塵、防黴菌鍍膜處理，使鏡頭在自然環境中積累灰塵的（de）厚度與速度（dù）大大降低，同時也降低了（le）鹽霧與油汙的汙染（rǎn）幾率（lǜ）。

1.5.2.3     儀器結構材料為高質量硬質鋁（lǚ）材和（hé）316不鏽鋼，表麵進行（háng）了陽極鈍化處理，並進行多道噴漆保護；所有螺釘均（jun1）選擇耐腐蝕不鏽鋼螺釘；殼體內部是密封的，達到了IP65防護等級，具有沿海氣候適應性。

1.5.2.4     儀器功耗極低，在冬天發射器頻繁加熱狀態，也隻（zhī）小於5W，因此可適（shì）應（yīng）蓄電池或太陽能板供電的電（diàn）源工作方式。直流12VDC供電，方便係統集成。

1.5.2.5     儀器采集器設計上強調長期運行的穩定（dìng）性，內置看門狗電路，經過長期運行考驗，儀器工作穩定、可靠。

1.5.2.6     實時數據顯（xiǎn）示：傳感器可以輸出（chū）一係列的數字信（xìn）息，操作人員可以自由選擇15秒或（huò）60秒間（jiān）隔時間，信（xìn）息可以通過自動應答或被動招測方式輸出。

1.5.2.7    儀器的直流供電電路具有防反（fǎn）接和自恢（huī）複保險雙重設計，即使用戶誤操作，也（yě）不會引起儀器線路板燒毀，無（wú）需更換保險絲，重新正確操作後即可（kě）恢複（fù）正常。

1.5.2.8    儀器的通訊接（jiē）口芯片具有15KV的防靜電保護，在用戶（hù）接（jiē）線操作時可（kě）最大限度保護電路（lù）免受人體靜電的危害。

1.5.2.9 儀器（qì）具有防雷措（cuò）施（shī），其通信（xìn）接口和（hé）電源接口均具有防雷設計，可（kě）將雷擊損害降（jiàng）到（dào）最低。

2 能（néng）見度測量原理

2.1 前向散射原理（lǐ）

    能見度儀具有（yǒu）前散（sàn）射儀器的所有性能特點，它通過對（duì）采樣區懸（xuán）浮顆粒發出小於90度的前向散（sàn）射光的測量而實現（xiàn）；能見度儀的采樣區由發送（sòng）器發射光路與接收器的接收光路交叉部分決定。顯然，它不同於透視（shì）儀測量的總消光係數，前向散射儀隻（zhī）測量（liàng）一定角度的散射係數，也即在中央前散（sàn）射角附近的較窄的散射角。普（pǔ）遍認可計（jì）算白天和夜間的能見（jiàn）度需要測（cè）量總（zǒng）消光係數，而不是一（yī）定角度的散射係數，因此有必要表明一定角度的散（sàn）射係（xì）數在特定的條件下與總大氣消光係數有確定比例關係，總大（dà）氣消光（guāng）係數（shù）包括全範圍內散射和吸收光線之和。在能見度測量（liàng）小於100km以（yǐ）內時，霧，煙、灰霾、揚（yáng）塵（chén）或揚沙等懸浮物及各種類型的降水量決定了可見和近（jìn）可見光線在大氣中的消光作用，超過100km距（jù）離，分子物質的散射才發揮（huī）作用；而懸浮顆粒和降水的吸收作用與其散射（shè）作用相比可以忽略不計。鑒於以上理由，在能見度小於100km時，總散射（shè）係數可以等於總（zǒng）消光係數（shù）。這一結論，在各種權威試驗中得到（dào）認證。

下麵應確認（rèn）利用有角度的散射係數的測量與總散射係數測量的結果是一致的。有角度的散射係數（shù）可分為2個部分（fèn）：相位角函數和總（zǒng）散（sàn）射係數。用有角度的散（sàn）射係數代替總散射係數，隻有當相位角函數為常數時才可實現，並且測量（liàng）應保證在所有天氣條件下都有效。研究表明：在散射角35到55度區域，對任何級別的薄霧和（hé）霧，相位角的變化非常小，因此，使用有角（jiǎo）度的散射係數（shù）代替總的散射係數是可（kě）行的，這也是前（qián）向散射能見度（dù）儀實現的依據。VD900係列能見度儀全部采用42—

45度散射（shè）角，因（yīn）為該角度不僅保（bǎo）證（zhèng）了在霧、煙幕、灰霾、揚塵（chén）測（cè）量的準確性，也保證了在降雪測量中有（yǒu）效性。

2.2 能見度（dù）的定義

2.2.1 能見度

即目標物的能見距離，是指正常視力的觀測者觀測目標（biāo）物時，能從背景上分辨出視角大於0.5度的目標物輪廓的最（zuì）大距離。 

2.2.2 白天（tiān）視程

幾乎所有儀器測量能（néng）見度的方法均采用測量大氣消光係數ß。大氣消光係數通過Koschmieder定律(白天)、Allard定（dìng）律(夜間)及K氏和A氏的變形公式轉換成視（shì）程。

計算白天視（shì）程（chéng）的原始公式是（shì）Koschmieder在1924年（nián）得出的：

VR = 3.912 /ß      ß為大氣消光係數

隨後的研究認為K氏用0.02做為人（rén）眼的閾值太小了，因此（cǐ），0.05被認為比較實際，K氏公式被改為

VR = 3.00 /ß

這（zhè）個（gè）簡單的公式考慮了大氣消光因素和其它附加的光線，也即黑體在天空中被觀測（cè）的情況。因此，嚴格的白天視（shì）程定義意味著黑體目標在天空中被辨識的距離。

2.2.3 夜間視程

正常視力的觀測者在夜間能看到（dào）一定發（fā）光強度目標燈燈（dēng）光的最遠距離。Allard在1876年得出了（le）光強度（dù）I與距離的公式（shì）

Et = Ie-ßv / V2

Et 是觀測者照度閾值，ß是大氣消光係數（shù）

除了大氣（qì）的消（xiāo）光作用，公式也說明點光源的亮度衰減與光源距離平方成反比。此公式測量（liàng）夜間視程明顯不同於Koschmieder公式，Koschmieder公式（shì）是簡單的代（dài）數關係，而Allard公式（shì）用超越函數表示兩者，因此，這種方法隻（zhī）能通過繁瑣計算或者查表（biǎo）方式應用。

2.2.4 氣象光學視程 (MOR)

色溫2700K的白熾燈發出的平行光輻射通量，經大氣衰減到起始值（zhí）的5%後在大氣中所需經過的距離。用於實用目的，MOR與白天的視程具有（yǒu）同（tóng）一方法：

MOR＝3.00 /ß

MOR應用（yòng）滿（mǎn）足了氣象觀測人員的需（xū）要，因為它可以對大氣透射進行一對一的校正，並且白天和夜間相同氣象（xiàng）條件下能見度是一樣的（de），它（tā）被廣泛（fàn）的應用，VD900係（xì）列能（néng）見度儀在沒有特別說（shuō）明情況下，測量的能見度均為氣（qì）象光學視程。

2.3 主要工作原理

儀器工作時，發射器發出一束中心波長為0.87μm的穩定的光脈（mò）衝，紅外光（guāng）脈衝射入一定體積大氣之後，其前向主角度為42-45度的散射光被接收器中的矽光電二極管所探測，並將其轉換為脈衝電信號，此信號經過高精度、穩定（dìng）的放（fàng）大電路，並同步的被接收器中（zhōng）的A/D轉換器轉換為數字量信號後送入微處理控製器，由微處理控製器取樣和計算（suàn）後得到（dào）當（dāng）前能（néng）見度值。實時的能見度（dù）值通過RS-232或（huò）RS-485串行信道傳送給（gěi）用戶上位（wèi）計算機。

3 安裝

3.1 組織（zhī）安裝

在您開始安裝能見度儀之前，先製定一個安裝步驟計劃。以下是如何組織安裝過程的計劃舉例：

a) 安裝立柱

b) 將能見度儀安裝在立柱上

c) 設備連線

－將（jiāng）現場的電源和通訊電纜連接（jiē）到接線端子上－將通訊線連（lián）接到上（shàng）位計算（suàn）機上。

d) 對係統進行啟動測試（shì）

3.2  定位和定向

對能見度儀位置的主要要求為：

  a) 所在位置的（de）測量值應能代表周圍的天氣狀況（kuàng）。

  b) 這個地點應該沒有影響光學測量的障礙物和反射表麵，也沒有明顯的汙染源。

•  建議在發射機和接收機的視線內沒有（yǒu）障礙物。如果發射機光束從障礙物上反射到接收機上，傳感器將會指示很低的能見度值（zhí），因為（wéi）它無法分辨反射（shè）信號（hào）和真正的散射信號（hào）。

•  安裝位置避免（miǎn）太陽光直射進入接收（shōu）器。在強光下接收機線路可能會飽和，內置診（zhěn）斷程序將會顯示警告。強日光還會提高接收機（jī）內的噪音水平。

3.3 卸貨與啟封

3.3.1 卸貨

發貨內容（róng）列在隨船文件的裝箱單中。能見度儀包裝箱（xiāng）內主要放置以下部件：

• 能見度儀一（yī）台

• 隨機附件，如電纜（lǎn）、說明書等

  兩個（gè）人可很容易地（dì）將包裝箱從車上移到安裝地（dì）點。

NOTE

因能見度儀含有光學部（bù）件（jiàn），需小心抬放。

3.3.2 啟封程序

1. 閱（yuè）讀裝箱（xiāng）單。比較裝箱單和訂貨（huò）單，確保發貨完整。

2. 打開蓋子。

3. 如果發現缺貨或損壞，和供應商聯係。

4. 將包（bāo）裝材料和蓋子放回箱中，保存以備後用。

3.3.3 存放條件

存放能見度儀時，帶包裝放置在幹燥條（tiáo）件下，不要放在敞（chǎng）開的空氣中。存放條件為：

• 溫度：－40oC—70oC

• 相對濕度：低於95％

3.4 安裝步驟

     能見度儀的安裝需要用戶提（tí）供已有的安裝立柱，儀器提供安裝卡箍，這種卡箍的安裝餘量非常大。

3.4.1 安（ān）裝能見度儀

將能見度儀（yí）托起（qǐ），控製盒後端的V形卡箍靠近立柱，用另（lìng）一個V形卡箍和2個（gè）螺釘將能見度儀（yí）整體裝（zhuāng）在立柱或橫（héng）臂上。安（ān）裝好的能見度儀呈水平狀，發射器、散射接收（shōu）器的開（kāi）口斜麵均朝下。

3.4.2 連接線纜

    在控（kòng）製（zhì）盒下方有1個電纜出口（kǒu），電纜出口處固定的是線纜鎖緊套，線纜連接標誌（zhì）示意圖如下，出廠時用戶可以定（dìng）製，默認為RS485通訊方式：RS232通訊接口｜R485通訊接口