散射式能见度测量仪
DNQ1前向散射式能见度仪用户手册
DNQ1/V35前向散射式能见度仪设计定型材料文件4.2用户手册册中国华云气象科技集团公司华云升达（北京）气象科技有限责任公司（2012年6月）DNQ1/V35前向散射式能见度仪用户手册册目录一、概述 (5)二、产品简介 (6)2.1 DNQ1/V35前向散射式能见度仪简介 (7)2.2 硬件结构 (7)2.3使用DNQ1/V35 (8)三、功能介绍 (8)3.1 光学测量 (9)3.2 发射单元PWT11 (10)3.3 接收单元 (11)3.4 背景亮度传感器PWL111（可选） (11)3.5 温度传感器 (13)3.6 算法说明 (13)3.7 内部监控 (14)四、安装 (16)4.1 选择位置 (16)4.2 接地和防雷保护 (17)4.3安装过程 (18)五、操作 (29)5.1 入门 (29)5.2 操作说明 (29)5.3 模拟输出 (43)5.4 维护命令 (48)5.5 其他命令 (52)六、维护 (54)6.1 定期维护 (54)6.2 清洁 (54)册6.3 校准 (55)6.4 卸除并更换 (58)七、故障排除 (60)八、技术参数 (65)8.1结构规格 (65)8.2 电气规格 (65)8.3光学规格 (66)8.4能见度测量规格 (66)8.5 环境规格 (67)附录A (68)附录B (72)册一、概述本章提供产品的一般说明。
本手册提供有关DNQ1/V35前向散射式能见度仪安装、使用和维护的信息。
本手册内容本手册包括以下章节：- 第 1 章：概述，提供产品的一般说明。
- 第 2 章：产品简介，介绍DNQ1/V35前向散射式能见度仪的功能、优点和产品术语。
- 第 3 章：功能介绍，介绍产品的功能。
- 第 4 章：安装，提供有关本产品安装的相关信息。
- 第 5 章：操作，包含操作本产品所需了解的信息。
- 第 6 章：维护，提供产品基本维护所需的信息。
- 第 7 章：故障排除，介绍常见问题及其可能的原因和解决措施。
散射式能见度仪
1. 散射式能见度仪目前基准气候站普遍采用的测定大气能见度的仪器为翻斗式雨量传感器，世界上普遍应用的能见度观测仪主要有透射式和散射式两种. 散射式能见度仪以其体积小和低廉的价格而广泛应用于码头、航空、高速公路等系统。
1）仪器结构：透射仪测量的是衰减系数, 而散射仪则直接测量来自一个小的采样容积的散射光强.通过散射光强来有效地计算消光系数是建立在以下3 个假设的基础上的: ①假定大气是均质的, 即大气是均匀分布的; ②假定大气消光系数R 等于大气中雾、霾、雪和雨的散射,图1 FD12P 结构图，即假定分子的吸收、散射或分子内部交互光学效应为零; ③假定散射仪测量的散射光强正比于散射系数. 在一般情况下, 选择适当的角度, 散射信号近似正比于散射系数。
根据散射角度的不同, 散射仪又可分为3 种: 前向散射仪、后向散射仪和总散射仪.2）测降水量原理：承水口收集的雨水，经过上筒（漏斗）过滤网，注入计量翻斗—翻斗是用工程塑料注射成型的用中间隔板分成两个等容积的三角斗室。
它是一个机械双稳态结构，当一斗室接水时，另一斗室处于等待状态。
当所接水容积达到预定值（6.28、15.7、31.4ml）时，由于重力作用使自己翻倒，处于等待状态，另一斗室处于工作状态。
当其接水量达到预定值时，又自己翻倒，处于等待状态。
在翻斗侧壁上装有磁钢，它随翻斗翻倒时从干式舌簧管旁扫描，使两个干式舌簧管轮流通断。
即翻斗每翻倒一次，干式舌簧管便送出一个开关信号（脉冲信号）。
这样翻斗翻动次数用磁钢扫描干式舌簧管通断送出脉冲信号计数，每记录一个脉冲信号，便代表0.2、0.5、1毫米降水，实现降水遥测的目的。
（V1-VP）/V仪器误差计算方法：E=E 翻斗计量误差（%）V 翻斗理论翻转水量，等于翻斗的翻转数X每斗水量mlV 人工量取的仪器自身排水量ml人工恒压注入水试验，在雨强为2mm/min时（6、15、30秒翻一斗）不计100次，用量筒测量仪器自身排水量倒入水量代入上式计算，其误差不应超过±3.如超差，要重新调整基点。
前向散射式能见度仪的技术特点是怎样的
前向散射式能见度仪的技术特点是怎样的1.原理简单：前向散射式能见度仪的基本原理是利用散射光在大气中的衰减程度与大气中的颗粒物浓度和能见度之间存在一定的关系。
通过测量散射光和入射光的强度差，可以计算出大气的能见度。
2.实时测量：前向散射式能见度仪可以实时测量能见度，从而及时反馈大气污染状况。
它具有灵敏度高、响应快的特点，可以对短时间内的变化进行准确的监测。
3.高精度：前向散射式能见度仪采用了先进的光电测量技术，能够提供精确的测量结果。
它可以测量非常低的能见度，甚至达到几米以下的范围。
4.宽测量范围：前向散射式能见度仪具有较宽的测量范围，可以测量从几米到几千米的不同能见度水平。
这使得它可以适应各种气象条件下的能见度测量需求。
5.自动化功能：前向散射式能见度仪通常具有一些自动化功能，比如自动补偿、自动校准和自动报警等。
这些功能能够提高测量的准确性和稳定性，并减少人工干预的需求。
6.便携式设计：前向散射式能见度仪通常采用便携式设计，方便携带和使用。
它通常具有较小的体积和重量，可以在各种气象条件下进行现场测量。
7.多种接口：前向散射式能见度仪通常具有多种接口，可以与其他气象设备进行连接，实现数据的传输和共享。
这样可以方便地将测量结果与其他相关数据进行关联和分析。
8.低功耗：前向散射式能见度仪通常具有较低的功耗，可以通过电池供电或太阳能供电。
这使得它可以在野外环境中长时间连续工作。
总的来说，前向散射式能见度仪具有原理简单、实时测量、高精度、宽测量范围、自动化功能、便携式设计、多种接口和低功耗等技术特点。
它已成为现代气象观测和环境监测中常用的仪器之一，广泛应用于气象预报、交通安全和环境保护等领域。
后向散射式激光能见度仪的研制_徐赤东
ln(P(z)z 2 ) = C1 − 2αz
（6）
C1 是取对数后作为一个常数存在的量。由上述的方程知道，接收的回波信号乘以距离的平 方取对数后与距离成线性关系，并且直线的斜率的一半就是这一段距离大气的消光系数。这
样，对采样信号拟合得到直线，得到消光系数α 后，再利用（3）式的关系可得能见度。
由以上的原理知道，在选取拟合点时，对均匀大气状况来说直接选取整个有效数据来拟 合能见度。即在采样空间内选择距离 z0 到距离 z 这一段的大气柱，一般情况为几百米到几 千米甚至取十几千米的距离。而在非均匀大气状况下，就不能取整个有效采集区间作一次性 拟合直线，根据大气的特点及后向散射式能见度测量仪的分辨率，可采取分段取点的方式， 即在测量路径上假设有多个不同的均匀大气柱段，分别拟合直线，获得不同大气柱段的消光 系数，求取整个测量路径上的平均消光系数，再代入（3）式获得平均能见度。 2.3 后向散射式能见度测量仪的主要特点
样的空间相对来说较小。而后向散射式的能见度测量方法最早是直接利用激光雷达来实现
的，无需合作目标，可以测量斜层能见度。但是由于激光雷达的成本高，同时能见度测量仅
仅是激光雷达的应用之一，所以利用激光雷达测量能见度的推广应用受到极大的限制，随着
激光技术和探测技术的发展，利用后向散射式原理测量能见度的技术也逐渐成熟，其制造成
根据原理可以明显看出，后向散射式能见度仪具备以下主要特点： （1）无需合作目标； （2）有足够的采样空间，真实反应测量区域的大气状况； （3）可获得测量路径上不同区域的能见度； （4）可获得测量路径上大气均匀性； （5）可测量斜层能见度。 3 仪器基本设计思想及基本参数结构 3.1 基本设计思想
考虑到仪器的应用领域、人员安全，后向散射式能见度测量仪在设计时综合考虑以下关键 问题： （1）波长。人眼最敏感的光波长为 550nm，对于不同的波长需要进行波长修正。所以在选 取波长时尽量往这个波段靠，即使存在波长修正，由于波长接近带来的误差也相对要小。 （2）激光能量。在仪器使用时需要考虑对非工作人员的安全问题，激光由于它的能量密度 大，存在皮肤尤其是眼睛安全问题。因此能量选择时必须要尽量小。
2. NJD-1能见度仪(前向散射式能见度仪)
NJD-1能见度仪（前向散射式能见度仪）一、功能概述能见度是指目标物的能见距离，即指观测目标物时，能从背景中分辨出目标物的最大距离。
超出这个最大距离，就看不清目标物的轮廓，分不清形体，称之为“不能见”。
而在这个最大距离之内，完全能见，甚至于清晰可见。
能见度是地面气象观测的重要项目，能见度的准确测量在电力供应、通讯工程、工农业生产等众多领域有着极其重要的意义。
在航空、航海、高速公路等交通运输领域，能见度是关系到人员和设备安全的重要气象要素；在地球的气象研究、城市环境改善和沙尘暴监测治理等部门，能见度也是重要的气象参数。
随着现代科学技术的发展，能见度仪已经成为我军科研、训练、作战的重要军事气象保障装备。
前向散射能见度仪是继透射式能见度仪后发展起来的新一代大气能见度检测仪器，是我公司应用光的大气散射理论和红外探测技术开发的新产品。
该设备通过了国家靶场全面性能考核、使用考核；设备结构简单，使用操作方便，人机界面友好，测量数据与人工观测和国外同类设备测量结果具有较好的可比性，总体技术达到了国际先进水平；能对大气能见度和机场跑道视程进行快速、准确、有效的测量和报告。
二、产品特点NJD-1能见度仪的工作原理主要是依据对大气消光系数（或大气的光衰减系数）的精确测量。
根据Koschmider原理，气象光学视距MOR与消光系数σ之间存在函数关系。
只要精确测定σ，就可计算得到MOR值。
WT-1能见度仪采用前向散射法测大气消光系数，通过公式换算得出能见度，其特点是白天夜晚都能工作、使用灵活方便。
NJD-1能见度仪由稳定的红外发射光源，高灵敏度、大动态范围的红外散射光接收器，信号采集与处理器，控制器，加热器，电源，调制解调器，防护罩，防腐支架，不锈钢机箱等部件组成。
整个电路采用大规模可编程器件、贴片工艺，体积小，升级灵活方便，易于扩充。
信号采集系统采用军品级贴片式低功耗CPLD门阵列电路，缩小了电路体积，增强了稳定性和可靠性。
能见度测量仪研究
能见度测量仪研究作者：范顺志来源：《山东工业技术》2014年第20期摘要：本文通过对大气能见度国内外的研究状况，通过对大气能见度的理论进行研究，分别从透射和散射法测量大气能见度方法，给出了白天和夜晚能见度计算公式，建立了精确计算数学模型。
关键词：能见度;前向散射;双光路;光学设计1 透射式能见度仪透射式能见度仪器主要是通过对通过仪器的大气光辐射的透射量进行测量，以得到能见度的相关数据。
其可以进步一分为“双端”透射式和“单端”透射式两种。
1.1 双端透射式能见度仪双端透射式能见度仪器其构成部分为：发生器和接收器，以及相关处理器件。
发射器和接收器位于基线的不同端口，通过发射器的光脉冲发射，在接收端口进行接收到的衰减后的的光辐射功率，即可得大气透射比。
透射式能见度仪的探测误差与基线长度的设定和透射比误差相关，其中，透射比探测误差又与发射器光源强度标定误差、发射器和接收器透镜脏污程度有关。
双端透射式能见度仪常被用于机场能见度测量。
小型飞机场使用的透射式能见度仪，可在重霾和浓雾天气条件下精确测量大气能见距离。
典型的小型机场，允许透射式能见度仪具有100m左右的基线长度，因此安装在小型机场的透射型能见度仪，其能见度有效范围为50m到2000m。
这一能见度范围仅相应于薄雾和重霾两种天气条件，更高能见度条件下的测量结果误差较大。
双端透射式能见度仪的缺点是：第一，发射器与接收器安装不为一体，现场调校准比较困难;第二，受大气样本基线长度限制，测量范围比较小。
有时，为了加大测量范围，不得不同时设置两个长度不同的基线。
1.2 单端透射式能见度仪单端透射式能见度仪，发射器和接收器是一体化的，和被测大气样本的水平气柱在同一端，反射器则在基线的另一端。
发射器发出的的探照光辐射被分成两束：一束透过大气样本射向反射器，被反射器反射后，在反向透过大气样本进行入接收器;另一束光则直接进入接收器，作为光辐射初始功率的参考基准。
两路光信号，被位于接收器光轴上的光电器件所探测。
DNQ1前向散射式能见度仪常见故障维修方法
DNQ1前向散射式能见度仪常见故障维修方法摘要：DNQ1前向散射式能见度仪是气象部门业务使用的能见度监测设备之一。
本文从设备工作原理到仪器结构、数据格式等详细介绍，整理业务中使用涉及资料，对设备运行故障解决方法提出解决方法，归纳总结日常维护步骤。
关键字：DNQ1 能见度原理维护维修1 DNQ1前向散射式能见度仪介绍1.1前向散射式能见度原理前向散射能见度仪测量从45°角散射光，对各种类型自然雾气反应平稳。
降水水滴散射光方式不同于雾气，必须单独分析其对能见度影响。
DNQ1可根据光学信号检测和测量降水水滴，并使用此信息处理散射测量结果。
前向散射式能见度仪取样容积较小，约0.1公升。
即使在相对很大降水强度时，也可测量独立颗粒，还可检测到即使是最小降水水滴信号电平。
1.2 DNQ1能见度介绍DNQ1前向散射式能见度仪是中国华云公司生产的用于测量能见度（气象光学距离/MOR）光学传感器。
该仪器使用前向散射测量原理测量能见度。
能见度为10m～35000m。
根据气象业务要求,设备探测数据经由综合集成串口服务器统一传输,输出为标准RS232串口输出。
设备由供电，传感器，分采集器，通讯部分组成。
①供电部分。
设备外部供电为220伏交流电，分别经空气开关和防雷模块传输至开关电源及交流变压器，分别转换为用于设备供电12V直流及传感器加热24V交流电。
由于能见度传感器供电范围直流12-50V内，为保证设备工作稳定，机箱内增加直流12V转24V升压模块，进行设备供电。
②传感器。
由发射单元和接收单元组成、加热器、电源及通讯等辅助设备构成。
在接收和发射单位内还增加镜面污染状态监控电路，在镜头内部增加红外光源，利用镜面反射光强度估算当前镜面污染程度。
该类型传感器为智能传感器，内部直接对数据分析处理，对外使用串口数字输出，有自己特有命令集。
③分采集器。
为华云公司生产的HY1105能见度数据采集器，设备工作电压为DC12V。
前向散射能见度仪观测规范
前向散射能见度仪观测规范（试行）中国气象局综合观测司2011年9月前言前向散射能见度仪观测规范分六个章节，包括：总则、观测仪器和软件、传感器校准、日常工作、数据文件、记录处理等内容。
编写组依据《地面气象观测规范》、《气象仪器和观测方法指南》、《前向散射能见度仪功能规格需求书》等相关技术文件，在总结能见度观测自动化试点工作基础上编写了本规范。
第1、2、3章主要介绍和规定能见度观测自动化的基本情况和要求，第4、5、6章主要规定能见度观测自动化后的业务流程和方法。
本规范适用于国家级地面气象观测站的前向散射式能见度仪自动化观测业务。
本规范由中国气象局综合观测司组织，中国气象局气象探测中心牵头编写。
第1、2、3章由中国气象局气象探测中心、江苏省气象局、安徽省气象局等单位共同编写；第4、5、6章由江苏省气象局组织观测业务管理人员、观测员编写。
中国气象局气象探测中心参加编写人员：张雪芬、雷勇、刘达新、许崇海江苏省气象局参加编写人员：李崇志、王世华、王永平、张闻、赵兵、熊伟、许霞、林伟、张正安徽省气象局参加编写人员：方海涛目录前言 (I)第1章总则 ...................................................................................................................................... - 1 -1.1 目的和范围 ........................................................................................................................... - 1 -1.2 观测场地 ............................................................................................................................... - 1 -1.2.1选址 ............................................................................................................................. - 1 -1.2.2仪器布设...................................................................................................................... - 1 -1.3 时制、日界和对时................................................................................................................ - 2 -1.4 仪器要求 ............................................................................................................................... - 2 -1.4.1总体要求...................................................................................................................... - 2 -1.4.2测量性能要求.............................................................................................................. - 2 -第2章观测仪器和软件................................................................................................................... - 2 -2.1仪器结构及工作原理............................................................................................................. - 2 -2.1.1仪器结构...................................................................................................................... - 2 -2.1.2工作原理...................................................................................................................... - 3 -2.2 硬件 ....................................................................................................................................... - 4 -2.2.1传感器.......................................................................................................................... - 4 -2.2.2数据采集器.................................................................................................................. - 4 -2.2.3系统电源...................................................................................................................... - 4 -2.2.4通信接口与通讯模块.................................................................................................. - 4 -2.2.5计算机.......................................................................................................................... - 4 -2.3 软件 ....................................................................................................................................... - 4 -2.3.1采集软件...................................................................................................................... - 4 -2.3.2业务软件...................................................................................................................... - 5 -2.3.3采样和算法.................................................................................................................. - 5 -2.4 系统安装 ............................................................................................................................... - 5 -2.4.1传感器的安装.............................................................................................................. - 5 -2.4.2电缆的安装与连接...................................................................................................... - 5 -2.4.3电源、计算机等的安装.............................................................................................. - 5 -2.4.4防雷要求...................................................................................................................... - 6 -2.4.5软件安装...................................................................................................................... - 6 -第3章传感器校准 .......................................................................................................................... - 6 -3.1 传感器实验室校准................................................................................................................ - 6 -3.1.1实验室/舱校准 ............................................................................................................ - 6 -3.1.2室外校准...................................................................................................................... - 6 -3.1.3校准周期...................................................................................................................... - 6 -3.2 仪器现场校准........................................................................................................................ - 6 -3.2.1校准板的安装.............................................................................................................. - 6 -3.2.2校准方法...................................................................................................................... - 7 -3.2.3现场校准周期.............................................................................................................. - 7 -第4章日常工作 .............................................................................................................................. - 7 -第5章数据文件 .............................................................................................................................. - 7 -5.1 分钟数据文件（V文件）.................................................................................................... - 7 -5.2 正点数据文件（Z文件）和实时地面气象要素数据文件（ZZ.TXT）........................... - 8 -5.3 月数据文件（A文件）........................................................................................................ - 8 -5.4 实时报文数据文件（长Z文件） ....................................................................................... - 8 -第6章记录处理 .............................................................................................................................. - 9 -6.1 能见度的取值........................................................................................................................ - 9 -第1章总则能见度作为气象观测要素的气象量是大气透明度，可以客观地测量，并用气象光学视程（MOR）表示。
前向散射式能见度仪示值对比及标定方法研究
前向散射式能见度仪示值对比及标定方法研究王敏;张世国;汪玮;方海涛;陆斌;刘清彬;高兰达【摘要】实时、准确的能见度测量数据对指导交通监测预警和空气质量评价具有重要意义.叙述前向散射式能见度仪测量原理,介绍能见度实验室内的检测技术和检测方法.基于安徽省大气探测技术保障中心研制的能见度环境模拟方舱,对3个国产厂家的前向散射式能见度仪进行检测,对比了能见度仪示值的一致程度,分析了影响示值偏差的原因.针对我国目前未建立能见度量传体系现状,提出了标定厂家系统常数以减少测量误差的方法.研究结果表明:同一厂家生产的前向散射式能见度仪测量结果一致性相对较好.能见度小于1.5 km时,标准偏差均值最大为131.3m.能见度在1.5～10 km时,标准偏差均值最大为457.4 m.不同厂家生产的能见度仪示值偏差较大,能见度在1.5～10 km时,最大相对误差均值达到-40.9％.重新标定系统常数后,能见度仪示值一致性明显提高.%It is significant to measure visibility accurately in real time for guiding the traffic early warning and air quality assessment.The principles of forward scattering visibility meters are depicted,and the detection techniques and methods in the laboratory are introduced briefly.Based on the visibility environment simulation cabin developed by the Anhui Atmospheric Observation and Technical Support Center,multiple forward scattering visibility meters produced by three domestic manufacturers are tested.The consistency of various visibility values is examined,and the reasons for deviation are analyzed.In present,there is no standard verification scheme for visibility meters,so a method by using system constant calibration is proposed to reduce the measurement errors.The results show that visibility values are in goodconsistency with forward scattering visibility meters produced by the same manufacturer.The maximum of standard deviation is 131.3 m when visibility is less than 1.5 km,and 457.4 m in 1.5 to 10 km visibility condition.But there are obvious deviations for the meters produced by different manufacturers with the maximum of relative error up to-40.9％ in 1.5 to 10 km visibility condition.After the calibration of the system constant,the accuracy of forward scattering visibility meters is improved obviously.【期刊名称】《气象科技》【年(卷),期】2017(045)002【总页数】6页(P217-222)【关键词】能见度;检测;环境模拟方舱;标定;线性回归【作者】王敏;张世国;汪玮;方海涛;陆斌;刘清彬;高兰达【作者单位】安徽省大气探测技术保障中心,合肥230031;安徽省大气探测技术保障中心,合肥230031;安徽省大气探测技术保障中心,合肥230031;安徽省大气探测技术保障中心,合肥230031;安徽省大气探测技术保障中心,合肥230031;交通运输部公路科学研究院,北京100088;交通运输部公路科学研究院,北京100088【正文语种】中文【中图分类】P412能见度是气象观测的常规气象要素之一，也是环境评价的重要指标[1-3]。
FD12型能见度仪技术手册
FD12型能见度仪技术手册中国气象局监测网络司编写说明为了满足中国气象局沙尘暴站业务化运行的需求，同时，为观测人员了解测量原理、对仪器进行操作和维护提供指导，为研究人员开展科研工作提供参考，有关专家和有经验的业务技术人员共同编写了本材料。
本材料由中国气象科学研究院中国气象局大气成分观测与服务中心组织编写。
目 录1概述.....................................................................................................................1-1 2系统结构及原理.................................................................................................2-12.1仪器工作原理..........................................................................................2-12.2仪器结构..................................................................................................2-12.2.1发射机（FDT12）........................................................................2-22.2.2接收机（FDR12）........................................................................2-22.2.3控制板（FDP12）........................................................................2-32.3技术指标..................................................................................................2-42.3.1机械指标........................................................................................2-42.3.2电力指标........................................................................................2-42.3.3光学指标........................................................................................2-42.3.4操作指标........................................................................................2-52.3.5环境指标........................................................................................2-5 3仪器的安装与操作.............................................................................................3-13.1安装步骤..................................................................................................3-13.1.1发货和存放....................................................................................3-13.1.2场地选择........................................................................................3-13.1.3接地................................................................................................3-23.1.4电缆连接准备................................................................................3-33.1.5基座准备........................................................................................3-43.1.6组装仪器........................................................................................3-63.1.7连接电缆........................................................................................3-73.1.8启动测试........................................................................................3-83.2操作方法................................................................................................3-123.2.1超级终端方法..............................................................................3-133.2.2华云FD12能见度仪监测系统的使用方法..............................3-23 4系统维护、校准与故障处理.............................................................................4-14.1系统维护..................................................................................................4-14.2校准..........................................................................................................4-14.2.1校准检查程序................................................................................4-24.2.2校准程序........................................................................................4-34.3故障处理..................................................................................................4-34.3.1信息丢失........................................................................................4-34.3.2信息存在，但没有能见度值........................................................4-44.3.3能见度值总是太高........................................................................4-54.3.4能见度值总是太低........................................................................4-54.4接收机和发射机的更换..........................................................................4-54.4.1旧设备的拆卸................................................................................4-54.4.2新设备的安装...............................................................................4-6 5数据格式.............................................................................................................5-1附录1 FD12命令集.. (i)附录2 Message格式 (iii)附录3错误信息说明 (vi)1概述自20 世纪70 年代以来，由于世界各大城市的空气污染程度日益严重，导致城市大气能见度降低，成为公众和环保部门关注的问题之一。
前向散射能见度仪功能规格需求书(印发)
附件前向散射能见度仪功能规格需求书（试行）中国气象局综合观测司2011-4目录1 前言 (1)编写目标和原则 (1)编写依据 (1)2 基本原理 (1)定义 (1)测量原理 (2)3 组成结构 (2)传感器部分 (3)数据采集部分 (3)外围设备 (3)4 功能要求 (3)数据采集 (3)数据处理 (3)数据存储 (3)数据传输 (4)数据质量控制 (4)终端操作命令 (4)加热 (5)5 技术要求 (5)测量要求 (5)传感器要求 (6)可靠性要求 (7)电源 (7)功耗 (7)6 其他要求 (7)文件要求 (7)电磁兼容 (7)工作环境适应性 (8)电源安全性 (9)防雷 (10)结构和外观 (10)7 前向散射能见度仪的检测 (10)1 前言编写目标和原则随着科学技术的不断发展，气象监测能力不断提高，社会对天气预报、气象监测和灾害性天气的预警能力的需求日益提高。
目前气象能见度要素仍然依靠人工目测进行观测，远远不能满足气象业务、服务（高速公路、航空等）和科学研究的需要。
给出能见度自动探测设备的指导性要求，有利于推进我国能见度要素观测的自动化进程，从而提升气象观测能力和准确度，满足气象业务、公共服务、专业服务需求。
编写依据1）《地面气象观测规范》2）《气象仪器和观测方法指南（第七版）》2 基本原理定义2.1.1气象光学视程（MOR）白炽灯发出色温为2700K的平行光束的光通量在大气中削弱至初始值的5%所通过的路径长度。
2.1.2亮度对比目标物的亮度与其背景亮度之差同背景亮度之比值。
对比阈值人眼能察觉的最小亮度对比。
2.1.4白天气象能见度指视力正常(对比阈值为的人，在当时天气条件下，能够从天空背景中看到和辨认的目标物(黑色、大小适度)的最大距离。
2.1.5夜间气象能见度按如下两种方式定义：a)假定总体照明增加到正常白天水平，适当大小的黑色目标物能被看到和辨认出的最大距离；b)中等强度的发光体能被看到和识别的最大水平距离。
DNQ1型前向散射能见度仪现场核查方法探讨
Science and Technology &Innovation ┃科技与创新2019年第15期·103·文章编号：2095－6835（2019）15－0103－03DNQ1型前向散射能见度仪现场核查方法探讨胡苍龙，李晓红（四川省气象探测数据中心，四川成都610072）摘要：对《前向散射式能见度仪核查方法（试行）》进行简要介绍，然后以DNQ1型前向散射能见度仪为例，介绍了如何使用PWA12能见度仪校准套件作为现场核查标准，按照核查方法对其进行现场核查，并且结合工作实际对现场核查中的一些注意事项进行介绍，为前向散射式能见度仪现场核查工作提供技术参考。
关键词：前向散射式；能见度仪；现场核查；现场校准中图分类号：P412文献标识码：ADOI ：10.15913/ki.kjycx.2019.15.041随着气象现代化建设的不断发展，能见度已成为自动气象观测的重要组成要素，前向散射能见度仪基于其性能优势，在中国气象部门县级台站得到普及与应用[1]。
为了保证前向散射能见度仪测量数据的准确性，中国气象局出台了《前向散射式能见度仪核查方法（试行）》。
本文选取了最常用的DNQ1型前向散射能见度仪，介绍如何使用PWA12能见度仪校准套件作为现场核查标准，按照《前向散射式能见度仪核查方法（试行）》对其进行现场核查，并且结合工作实际对现场核查中的一些注意事项进行介绍，为前向散射式能见度仪核查方法工作提供技术参考。
1《前向散射式能见度仪核查方法（试行）》简要介绍[2]1.1前向散射式能见度仪的核查业务流程前向散射式能见度仪的核查业务流程如图1所示。
图1能见度仪核查业务流程图1.2观测站前向散射式能见度仪现场核查本文介绍利用经过实验室检测后的核查套件，对观测站前向散射式能见度仪进行现场核查，其具体内容如下。
1.2.1环境条件晴朗天气，能见度大于10km ；避免明亮光线直射。
1.2.2指标要求信号强度值误差：±10%。
前向散射能见度观测仪与人工观测的优缺点分析
前向散射能见度观测仪与人工观测的优缺点分析摘要：大气能见度作为一项最为常见的气象学指标，对其进行准确观测非常重要。
现如今，气象领域主要使用前向散射能见度观测仪与人工观测两种方式对能见度进行观测，本文首先从观测方式、观测时间、差异原因等角度针对以上两种观测方式进行对比分析，后重点总结了前向散射能见度观测仪与人工观测的优缺点，仅供参考。
关键词：前向散射能见度观测仪；人工观测；优点；缺点引言能见度作为有效反映大气透明度的一项重要指标，在气象领域得到广泛应用，主要是由于能见度作为表征气团特性的一项重要因素，能够与天气学、气候学的需要相符合；另外，能见度最为一项业务性参量，在环境监测领域，能见度能够反映大气污染程度；在航空航海等领域，能见度更是与安全运输密切相关。
目前，主要使用两种方式对能见度进行测量，即能见度仪观测与人工观测。
传统的人工观测方式极易受到物理、主观等因素的影响，进而导致数据采集及其精确性存在着一定的局限性。
随着科学技术的发展，前向散度能见度仪作为一种智能化的大气能见度监测设备，凭借其背景光测量与能见度观测等功能，表现出测量精确度高、集成度高、轻便、易携带等特点，在高速公路、机场、常规气象观测等诸多领域得到广泛应用。
然而，近些年来，大量的实践结果显示，能见度仪观测与人工观测数据存在着一定的误差，因此，掌握以上两种方式的差异及其优缺点对于了解能见度观测数据误差的原因，进而提升观测数据质量等具有重要意义。
1前向散射能见度观测仪与人工观测对比分析1.1观测方式不同（1）前向散射能见度仪就前向散射能见度观测仪而言，是一种融温度测量、电容降水感应与光学前散射测量等为一体的由微处理器控制的智能传感器。
使用这一仪器对小空气体积（大约0.1L小采样值）对33°角红外光的前向散射强度进行测量，并据此对气象光学范围能见度进行评估。
通常情况下，散射与吸收是导致光出现衰减的主要原因，但是一般不考虑吸收因子。
DNQ1前向散射能见度仪系统用户手册
DNQ1前向散射能见度仪系统用户手册（竞赛版）目录1 DNQ1前向散射式能见度仪探测原理................................................... 错误!未定义书签。
2 DNQ1传感器的设备构成 ....................................................................... 错误!未定义书签。
3 设备使用维护注意事项............................................................................ 错误!未定义书签。
设备安装方式........................................................................................ 错误!未定义书签。
设备校准 ............................................................................................ 错误!未定义书签。
4 数据采集................................................................................................. 错误!未定义书签。
总体功能概述 .................................................................................... 错误!未定义书签。
数据采集部分............................................................................... 错误!未定义书签。
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能见度的概念
能见度(Visibility)是第一为了气象目的而概念的通过人工观测者定量估量的量，以这种方式进行的观测现正普遍地采纳。
但是，能见度的估量受许多主观的和物理的因素的阻碍；大体的气象量，即大气透明度，能够客观地测量，并用气象光学视程(MOR)表示。
气象光学视程(Meteorological oDtical range)是指由白炽灯发出的色温为2700K的平行光束的光通量在大气中减弱至初始值的5％所通过的途径长度。
消光系数(Extinction coeficient)(符号： )是色温为2700K的自炽光源发出的平行光束通过大气中单位距离的途径损失的那部份光通量。
该系数是对由于吸收和散射造成的衰减的测量。
对照阈值(Contrast threshold)(符号：￡)是人眼能发觉的最小亮度对照，例如，许诺目标物从背景中消失的值，对照阈值随各人而异。
国内外进展现状
伴随着光电子技术的不断提高,愈来愈多的国外公司推出精度高,测量范围广的前向散射式能见度测量仪:例如美国BELFORT公司生产的商业化的Model 6000 Visibility Sensor能见度测量仪,被普遍的应用在高速公路,机场口岸用于能见度的监控;芬兰的VAISALA公司制造的FD12P能见度仪对能见度的测量范围是
10-50000m,其不但用于机场,高速公路也常被用于常规气象观测对雾的领域,而且此品牌的能见度仪也在我国多个地域被普遍利用；加拿大的PEP公司研制的PEP00012能见度仪等。
国外的公司产品往往价钱超级昂贵，如芬兰 Vaisala 公司的PWD2型低功耗能见度仪，采纳散射原理测量气象能见度值，反射光波为 875nm近红外光，每台售价都在10万人民币左右。
国内的相关科研人员也增强了对国外先进产品的分析,如广州热带海洋研究所对美国Belfort仪器公司所生产的Model 6000型前向散射能见度仪的分析,其重点分析了该能见度测
量仪提高信噪比的机理和测量误差的来源;南京大学气象学院与山东地址气象局的相关工作人员对芬兰Vaisala公司所生产的PWD22前向散射型能见度仪的研究,对前向散射式能见度仪的安装与保护和串口通信都做了分析;北京奥克希尔公司的研究员马远对英国Biral公司的HSS能见度/天气气象仪的原理和设计思路和测量方式都给出了详实的描述。
国内也有多个厂家对能见度测量设备进行生产,如长春气象研究所和洛阳卓航测控设备,锦州阳光科技进展等单位都开发出了相应的透射式和散射式能见度测量仪。
其中以洛阳凯迈公司为主导,其生产制造的能见度测量仪己在全国多个城市取得推行并利用。
下表列出国内外部份能见度测量仪生产厂家及其生产的能加度测量仪型号及相关参数:
综上所述,能够预见随着光电技术的不断进展,能见度测量伩有着专门大的改良空间。
散射式能见度测量仪的工作原理
仪器的发射端发出光辐射关于临近的采样空间中的大气进行照射,大气样本中的气溶胶对照射的粒子产生散射,其散射光强的大小与粒子浓度及其尺度相关,而粒子浓度与与其尺度又能客观的反映大气能见度。
散射式能见度测量仪通过测量特定角度上的散射光强,并依照其与总散射量之间的关系确信总散射系数,因为光在短距离的气溶胶中传播,气溶胶对其的吸收系数是能够忽略不计的,因此利用总散射系数就能够够求得能见度。
前向散射式能见度仪工作原理：其发射器以红外LED 作为光源，通过透镜、经脉冲调制后光源照射到采样空间，采样空间内的气溶胶粒子对光产生散射，散射量大小与气溶胶粒子的尺寸、浓度相关，气溶胶粒子的尺寸、浓度又与大气能见度相关。
散射光经滤光片滤出、接收器探测到前向散射信号，并依照必然角度上的散射信号与总散射量的关系确信总散射系数，由CPU 通过专门算法转化为能见度值。
其具有如下优势:镜头污染关于测量成效的阻碍较小;探测范围广;结构紧凑,易于调整等。
固然由于其也有一些先天的不足,比如因为采样体积不大,因此关于必然范围内能见度的测量可能会显现以点代面的问题;由于是用必然角度方向上的散射系数进行比例放大后代替总的散射系数,故在应历时会引入相对的误差。
能见度测量仪优缺点比较
HW-N1型能见度仪
机械结构设计
一套完整能见度仪系统要紧由机械结构、光学系统、硬件、软件程序等组成。
HW-N1型能见度仪机械结构要紧包括：能见度传感器、太阳能板、立杆、蓄电池等(如图1所示)。
能见度传感器作为大气能见度仪要紧的部件之一，它由发射器、接收器、横臂支架等组成(如图2所示)。
能见度传感器横臂支架、斜块均选用5A05航空铝材，经机械加工、铝钎焊焊接而成。
横臂支架是保证发射器、接收器彼此位置及角度的基础。
别离通过发射器、接收器的端盖与焊接式横臂支架上斜块装配定位后形成一套完整能见度传感器。
依照光学系统设计要求、保证图2所示仅α1=α2、β等参数是关键。
选用厚度6ram镀锌钢板焊接成蓄电池盒作为底座，底座再与直径为89mm镀锌钢管焊接，制成能见度仪立杆，并对其表面进行热浸锌、喷塑工艺处置。
立杆具有耐侵蚀、美观的特点。
太阳能板、蓄电池、光伏操纵器组成了太阳能供电系统，该系统可保证持续两周阴雨天情形下、设备正常供电。
光学系统
HW-N1型前向散射能见度仪属于光电测量仪器，其构造离不开光学系统。
光学系统设计任务包括：确信工作角度、发射器光路设计与接收器光路设计(如图3)。
接收器光轴与发射器光轴相交的锐角0为其工作角度。
选择工作角度原那么是方向散射量较大、以保证测量信号足够大、信噪比足够高，同时，应幸免发射器的辐射光束直接射入接收器。
实践证明，在向前方向3O。
一50。
散射角域内，具有更强散射光、且角散射系数与总散射系数的比例因子加倍稳固。
基于上述原那么，系统选用35。
工作角度。
发射器光路系统由光源、透镜组成。
系统选用880nm红外发光二极管作为光源，透镜咱们选取火石光学玻璃并将透镜的表面加镀增透薄膜。
透镜作用是将红外发光二极管发出的红外光束的发散角压窄，使发射光束能量体积密度增加。
加镀增透薄膜可减少透射光能的发射损失，提高工作光谱带的透过率。
接收器光路系统由探测光电管、透镜、滤光片组成。
探测光电管作用是探测被发射器发射、大气散射的部份红外光脉冲，输出与这部份红外光脉冲成正比的模拟电源信号。
系统选用离子着色选择性吸收玻璃为滤光片。
参考文献：
前向散射能见度仪研制张世松张月亮
(安徽蓝盾光电子股分，安徽铜陵 244000)
Belfort Model 6000能见度仪工作原理
前向散射能见度仪的发射器与接收器在成必然角度和必然距离的两处。
接收器不能接收到发射器直接发射和后向散射的光，而只能接收大气的前向散射光。
通过测量散射光强度，能够得出散射系数，从而估算出消光系数。
前向散射能见度仪光学原理见图1。
美国Belfort仪器公司生产的Model 6000型前向散射能见度仪，是持续测量能见度的全自动仪器，它由发送器、接收器、搜集器组成，结构示用意见图2。
该观测仪器的传感器是利用前向散射测量原理，见图3。
通过对测量一小空气体积对42。
红外光的前向散射强度，来评估气象光学范围能见度。
因大气中光的衰减是由散射和吸收引发的，在一样情形下，吸收因子能够忽略，而经由水滴反射，折射或衍射产生的散射现象组成降低能见度的因子。
故消光系数能够为和散射系数相等。
从而，通过测量散射系数可用于估量MOR。
参考文献：
Belfort Model 6000能见度仪工作原理与利用方式甘桂华，张小荣 (揭西县气象局)
CJY-2B型前向散射能见度仪
传统前向散射式能见度测量仪的机械结构：
图3.2是常见的前向散射式能见度测量仪的大体机械结构原理图,从图中能够了解到,传统的前向散射式能见度测量仪由以下三个部份组成,别离是:发射端,同意端,和操纵单元。
各自的连接是通过机械立柱,釆样空间为接收端与发射端之间相隔的大气。
由上图能够看出传统的结构在个单元的组装上是比较复杂的,因为发射端与同意端别离为独立模块,因此在安装的时候需要对其进行空间对准,即发射光源与散射点所组成的空间与同意端与散射点所组成的空间相交,可是由于此种发射与同意端的距离一样在一米左右,因此关于空间对准操作起来相对来讲比较复杂。
另外由于同意端与发射端均暴露在露天之下。
尽管在两头口前加上了一段防护长管,可是由于背景光相关于散射光超级强,仍是会存在超级大的干扰光,而且由于无法做到完全的密闭,关于爱惜长管的上端会受到阳光的直接照射,如此又会显现难以隔间的干扰光强。
关于小信号提取装置来讲,背景光的干扰会大大增加后期提取信号的复杂度,也会给电路设计产生不便。
以国产前向散射式能见度仪的实体结构为例,CJY-2B是由国内某测控推出的一款继传统机械结构能见度仪后新开发的一种前向散射能见度仪,该仪器被装配于船舶、高速公路等交通运输部门。
从图中能够发觉,该国产前向散射式能见度仪改良了原先分立安装的结构,将同意端与发射端安装在一个固定的卡槽内,减小了两头的距离,并在与接收端相对的一边制造了一个圆形挡板,该挡板能够用来阻止非散射光直接与接收端彼此接触,并在爱惜长管的顶端安装了遮阳挡板,如此一来能够使得之前可能由于爱惜长管的密闭不严的问题得以解决。
可是发射端与接收端仍是暴露在大气光强当中,尽管由于上面的改良对背景光所产生的噪声有必然排除,可是由于发光二极管功率有限,加上背景光强相关于前向散射光强仍然很强,因此仍然需要设计复杂的电路关于信号提取与处置。