[发明专利]基于单光子探测技术的透射式大气能见度测量装置及方法

说明书

本发明涉及基于单光子探测技术的透射式大气能见度测量装置及方法。该装置包括光源模块、光路模块、光探测模块和控制模块。该方法是光源经高速脉冲调制后作用于光路模块，一部分入射光作为参考光，一部分入射光经大气消光后作为透射光信号，经光探测模块与控制模块计算获得大气能见度。本发明可以对光信号进行高精度的测量，实现宽量程上大气能见度的精确测量。同时，通过光信号的飞行时间区分参考光、透射光以及环境杂散光，提高系统抗干扰能力与测量精度。此外，本发明采用了光路自校正结构，降低了光路调试的复杂程度，减小了场地安装要求，增加了实用性。本发明可应用于气象观测站、机场、高速公路、港口以及大气环境监测等行业。

技术领域

本发明涉及大气能见度测量技术领域，具体涉及一种基于单光子探测技术的透射式大气能见度测量装置及方法。

背景技术

大气能见度是重要的气象参数之一，它反映了大气的透明程度。近年来，由于空气污染严重，许多地区出现了局部的短暂的重雾霾天气，导致大气的能见度极低，对陆运、航运、海运等公共交通以及人们的健康产生了重要的影响。因此，大气能见度的实时定量测量具有重要的意义。

目前，大气能见度的测量主要分为目视测量和仪器测量两大类。其中，目视观测是指人工观测，目视观测结果会因观测条件不同结果相差很大，比如观测点高度，观测范围和观测者的视力和训练和心理状态等。常用的测量仪器中，透射式能见度仪最符合能见度定义，是一种最理想的能见度测量装置。然而，现有的透射式能见度仪在高能见度测量精度上，受到基线长度的限制。通过测量理论计算，在80米长度的基线下，如果能见度为10公里的情况下，要求能见度测量值的误差在10％以内，透过率的测量精度必须达到3‰以内，这对在长期在外场运行的测量系统而言精度要求过高，实现的成本过高。同时，测量基线也不能过长，这是因为在较低能见度条件下，透过率过低，透射光源信号很微弱，也会影响到测量效果。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于单光子探测技术的透射式大气能见度测量装置及方法，该测量装置及方法能够弥补现有透射式大气能见度测量技术的不足，解决量程范围窄和场地安装要求高等问题。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种基于单光子探测技术的透射式大气能见度测量装置，包括光源模块、光路模块、光探测模块和控制模块。

具体地说，所述光源模块包括依次相连的振荡器、光源驱动器和光源。

所述光路模块包括依次设置在光源输出光路上的准直透镜、分光镜和角反射镜，依次设置在角反射镜反射光路上的全反镜、第一聚焦透镜、第一滤光片、第一光阑、第二聚焦透镜、第二滤光片和第二光阑，依次设置在全反镜反射光路上的第三聚焦透镜、第三滤光片和第三光阑以及第一保护镜与第二保护镜。

所述光探测模块包括第一光电探测器、第二光电探测器和单光子探测器；所述第一光电探测器的输入端接第一光阑的出射端；所述第二光电探测器的输入端接第二光阑的出射端；所述单光子探测器的输入端接第三光阑的出射端。

所述控制模块包括控制器、显示模块和存储模块；所述控制器的输入端分别与第一光电探测器的输出端、第二光电探测器的输出端、单光子探测器的输出端、振荡器的输出端相连；控制器的输出端分别与单光子探测器的输入端、显示模块的输入端和存储模块的输入端相连。

进一步的，该装置还包括角反射镜姿态调整机构，所述角反射镜姿态调整机构，其输入端与控制器的输出端相连，其输出端与角反射镜相连。

进一步的，所述光源采用激光二极管，光源的波长为850nm。所述光源驱动器可产生高速脉冲用于驱动光源，同时采用APC控制电路，稳定光源的输出功率。

进一步的，所述分光镜的分束比(即反射：透射)小于0.1。

进一步的，所述全反镜上开设有自上向下依次设置的两个圆孔。