1.1 儀器概（gài）述

能見度儀提供與氣象能（néng）見度相關的測量（liàng），傳感器是基於（yú）氣溶（róng）膠前散射原理而設計的（de），是（shì）繼透射式能見（jiàn）度儀發展起來的新一代（dài）氣象能見度監測設備。傳感器可廣泛用於氣象台站、遠程自動氣象站以及機場、高（gāo）速公路、航道、大型艦（jiàn）船（chuán）等交通運輸部門。

能見度儀由光發射器（qì）、光接收（shōu）器及微處理（lǐ）控（kòng）製器（qì）等主要部件組成。發射器發射紅外脈衝（chōng）光，接收器（qì）同時檢測大氣中（zhōng）氣（qì）溶膠粒子前向散射（shè）的脈衝光強度（dù），所有測量（liàng）信息由微（wēi）處理控製器（qì）搜集並通過專門的數學模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12DC的電源和一個（gè）三線RS－232/RS-485通訊線纜。儀器將氣象能見度數值和狀態信（xìn）息通過通訊接口發送到監控中心的上位機。

能見度儀提供多組內置命令用於（yú）配置係統參數和控製係統多種功能。在組裝（zhuāng）和維（wéi）護過程中，需要一個顯示終端來檢查係（xì）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（xià）各部分組成

a）發射器

b）接收器（qì）

c）微處（chù）理控製器/接線盒

1.3 典型（xíng）技術指標

1.3.1 機械指標

尺（chǐ）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形立（lì）柱上

材料：陽極化處理硬質鋁（lǚ），外表麵加噴（pēn）漆保護

1.3.2 電（diàn）力指標（biāo）

電源：交流110VAC/220VAC±20%或直（zhí）流12VDC

功率：小於5W，典型值4W

1.3.3 光學指標

散射角覆蓋：39o—51 o 前散射

峰值波長：870nm

帶   寬：  100nm

光譜響（xiǎng）應度：最大響應在870nm，0.65 A/W

1.3.4 測量指標

測量範圍（wéi）： 5m—10km

測量精度：≤2km，誤差±2%

2Km—10km，誤（wù）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  可靠性與維護周期

平均無故障工作（zuò）時間（MTBF）：大於18000小時

清潔（jié）光（guāng）學鏡頭：3個月，或視使用環境而定

1.4 環境適應性

工作環境（jìng）溫度：－40—+60℃

工作相對濕度：0—100%

地域適應性：可在沿海地區連續使用

1.5 儀器功（gōng）能特點

1.5.1 主要功能

1.5.1.1     可對大氣能見度進（jìn）行（háng）連續測量（liàng）輸出。

1.5.1.2     儀器具有自檢能力，可對自身的12V供電電壓，接收器、發射器溫（wēn）度，接收器信號及零點信號等進行實時檢測，並（bìng）給出狀態報警（jǐng）指示。

1.5.1.3     儀器數字輸出接口標配為RS-232或RS-485，接口的選擇可通（tōng）過（guò）控製處理器中的采集器通訊（xùn）選擇開關進行設置，可根據用戶需求在出廠時設置好。

1.5.1.4     儀器可設置ID號以標識身份，ID=00為通用標識，ID號出廠時均為通用標識，用戶可通過命令（lìng）進行設置新的ID號，ID號一旦設（shè）定（dìng）不受設（shè）備斷電影響（xiǎng），此功能在多機聯網共用主站時用以區分布點儀器。

1.5.1.5   儀器具有多種命令進行遠程監控維護。

1.5.2  儀器特點

1.5.2.1     結構特（tè）點：能見度儀采用一體化結構（gòu）設計，緊湊小巧，傳感器（qì）尺寸和重量非常小（xiǎo），包裝、儲運、安裝（zhuāng）方便，也可（kě）以做為便攜式儀器使用；獨特的雙散射接收器結構設計，對太陽和其它雜光幹擾降到了最低。

1.5.2.2     發射器和接（jiē）收器窗口透鏡經過了特殊的防灰塵、防黴（méi）菌鍍膜處理（lǐ），使（shǐ）鏡頭在自然環境中積累灰塵的（de）厚度與速度大大降低，同時也降低了鹽霧與油汙的汙染幾率。

1.5.2.3     儀器結構材料為高質量硬質鋁材和（hé）316不鏽鋼，表麵進行了陽極鈍（dùn）化處理，並進行多道噴漆（qī）保護；所有（yǒu）螺釘均選擇耐腐（fǔ）蝕不（bú）鏽鋼螺（luó）釘；殼（ké）體內部是密封的，達到了IP65防護等級，具有沿海氣候適應性（xìng）。

1.5.2.4     儀器功耗極低，在冬天發射器頻繁加熱狀態，也隻小於5W，因此（cǐ）可適應蓄電池或太陽能板供電的電源工（gōng）作方式。直流12VDC供電，方便係統（tǒng）集成（chéng）。

1.5.2.5     儀器采集器（qì）設（shè）計上強調長期運行的穩定性（xìng），內置看門狗電路，經過長期運行考驗，儀器（qì）工作穩定（dìng）、可靠。

1.5.2.6     實時數據顯示：傳感器（qì）可以輸出一係列的數字信息，操作（zuò）人（rén）員可以自由選擇15秒或60秒間隔時間，信息可（kě）以通過自動應答或被動（dòng）招測方式（shì）輸出。

1.5.2.7    儀器的（de）直流供電電路具有防反接和自恢複（fù）保險雙重設計，即使用戶誤操作，也不會引起儀器線（xiàn）路板燒毀（huǐ），無需（xū）更換保險絲，重新正確操作（zuò）後即可恢複正常。

1.5.2.8    儀器的通訊接口芯片具有15KV的防靜電保護，在用戶接線操作時可最大限度保護電路免受人體靜（jìng）電的（de）危害。

1.5.2.9 儀器具有防雷（léi）措施（shī），其通信接口和電（diàn）源接（jiē）口均（jun1）具有（yǒu）防雷設計，可將雷擊損害降到最低。

2 能（néng）見度測量原理

2.1 前向散射原理

    能見度儀具（jù）有（yǒu）前散射儀器的所（suǒ）有性能特點，它通過對采樣區懸浮顆粒發（fā）出小（xiǎo）於90度（dù）的前向散射光的測量而實現；能見度儀的采樣區（qū）由（yóu）發送器發射光路與接收器的接收光路交叉部分決定。顯然，它（tā）不（bú）同於透視儀測量的總消光係數，前向散射（shè）儀隻（zhī）測量一定角度的（de）散射係數，也即在（zài）中央前散射角附近的較窄的散（sàn）射角。普遍認可計算白天（tiān）和夜（yè）間的能見度需要測量總消（xiāo）光係數，而不是一定角度的散射係數，因此有必要表明一定角度的散射係數在特定的條件下與總大氣（qì）消光係數有確定比例關係，總大氣消光係數包括全範圍內散射和吸收光線之和（hé）。在能見度測量小於100km以內時，霧，煙、灰霾、揚塵或揚沙（shā）等懸（xuán）浮物及各（gè）種類（lèi）型的降（jiàng）水量決定（dìng）了可見和近可見光線在大氣中（zhōng）的消光作用，超過100km距離，分子（zǐ）物質的散射才發揮作用；而懸浮顆粒（lì）和降水的吸收作用與其散射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（yú）總消光係數。這一結論，在各種權威試驗中得到認證。

下麵（miàn）應確認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（de）散射係數可分（fèn）為2個部分：相位角函數（shù）和總（zǒng）散射係數。用有角度（dù）的散射係（xì）數代替總散射係（xì）數，隻有當相位角函數為常數（shù）時才可實現，並且測量應保證在所有天氣條件下都有效。研究（jiū）表明：在散射角35到55度區域，對（duì）任何級別的薄霧和霧，相位角的變化（huà）非常小，因此，使用有角度的散射係數代替（tì）總的散射係數是可行（háng）的，這也是前向散射能見度儀實現的依據。VD900係列能見（jiàn）度儀全部采用42—

45度散射角，因為該角度（dù）不僅（jǐn）保證了在霧、煙幕、灰霾、揚塵測量的準確性，也保證了（le）在降（jiàng）雪測量中有效性。

2.2 能見度的定義

2.2.1 能見度

即目標物（wù）的能見距離，是指正常視力的觀測者（zhě）觀測目標物時，能從（cóng）背景上分辨（biàn）出視角大於0.5度的目標物輪廓的最大距離。 

2.2.2 白天視程

幾乎所（suǒ）有儀器測量能見度的方法均采用測量（liàng）大氣消光係數（shù）ß。大氣消光係數通過Koschmieder定律(白天)、Allard定律(夜（yè）間)及K氏和A氏的變形公式轉換成視程。

計算白天視程的原始公式（shì）是Koschmieder在1924年得出的：

VR = 3.912 /ß      ß為大氣消光係數

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

VR = 3.00 /ß

這個簡單的公式（shì）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（qíng）況。因此（cǐ），嚴格的（de）白天視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（zhě）在（zài）夜間能看到一定發光（guāng）強度目（mù）標燈燈光的最遠距離。Allard在1876年得出（chū）了光強度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（qì）消光係數

除了大氣的消光作用，公式也說明點光源的亮度衰減與光源距離平方成（chéng）反比。此公式測量夜（yè）間（jiān）視程明顯不同於Koschmieder公式，Koschmieder公式是簡單的（de）代數關係，而Allard公式用超越函數表示兩者，因此，這種方法隻能（néng）通過繁瑣計算或者查表方（fāng）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的5%後在大氣中所需經（jīng）過的（de）距（jù）離。用於實（shí）用目的，MOR與（yǔ）白天的視程具有同一方法：

MOR＝3.00 /ß

MOR應用滿足了氣（qì）象觀測人（rén）員的需要，因（yīn）為它可以對大氣透射進（jìn）行一對一的校正，並（bìng）且白天（tiān）和夜間相同氣象條件下能見度是一樣的，它被（bèi）廣（guǎng）泛的應用，VD900係列能（néng）見度儀在沒有特別說明情況下，測量的（de）能見度均為氣象（xiàng）光學視程。

2.3 主要工作（zuò）原理

儀器工作時，發射器發出（chū）一束中心波長為0.87μm的穩定的光脈衝，紅外光（guāng）脈衝射入一定體積大氣之後，其前（qián）向主角度為42-45度（dù）的散射光被接收器中的矽光電二極管（guǎn）所探（tàn）測，並將其轉換為脈衝（chōng）電信（xìn）號（hào），此信號經過（guò）高精度、穩定的放大電路，並同步的被接收器中的A/D轉換器轉換為數字量信（xìn）號（hào）後送入微處理控製器，由微處理控製器取樣和計算後得到當前能見度值。實時的能見（jiàn）度（dù）值通過RS-232或RS-485串（chuàn）行信道傳送給用（yòng）戶上位計算機。

3 安裝

3.1 組織安裝

在您開始安裝能見度儀之前（qián），先製定一個安裝步（bù）驟（zhòu）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（néng）見度儀安裝在立柱（zhù）上

c) 設備連線

－將現場的（de）電源（yuán）和通訊電纜連接到接線端子上－將通訊線連接到上位計算機上。

d) 對係統進行啟動測試

3.2  定位和定向

對能見度儀位置的主（zhǔ）要要求為（wéi）：

  a) 所在（zài）位置的測量值應能代表周圍的天氣狀況。

  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（shì）線內沒有障礙物（wù）。如果（guǒ）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（hěn）低的能見度值，因為（wéi）它無法分辨反射信號和真（zhēn）正的散（sàn）射信號。

•  安裝位置避免太陽光直射（shè）進入接（jiē）收（shōu）器。在強光下接收機線路可能會飽和，內置診斷程（chéng）序將會顯示警告。強日光還會提高接收機內的（de）噪音水平。

3.3 卸貨與啟封

3.3.1 卸貨

發貨內容列在隨船文件的裝箱單中。能見度（dù）儀包裝箱內主要放置以（yǐ）下部件：

• 能見度儀一台

• 隨機附件，如電纜、說（shuō）明書等

  兩個人可很容易地將包裝箱從車（chē）上移到安裝地點。

NOTE

因能見度儀含有光學部件，需小心抬放。

3.3.2 啟封程序

1. 閱讀裝箱單。比較裝（zhuāng）箱單和（hé）訂貨單，確保發貨完整。

2. 打開蓋子。

3. 如果發現缺貨或損壞，和供（gòng）應商（shāng）聯係。

4. 將包裝材料和蓋子放回箱（xiāng）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（fàng）置（zhì）在幹燥條件下，不要放在敞開（kāi）的空氣（qì）中。存放條件為：

• 溫度：－40oC—70oC

• 相對（duì）濕度：低於95％

3.4 安（ān）裝步驟

     能（néng）見度儀的安裝需要用戶提供已有的安裝（zhuāng）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（yí）

將能見度儀托起，控製盒後端的V形卡箍（gū）靠近立柱，用另一個V形卡箍和2個螺釘將能見度儀整體裝在立柱或橫臂上。安裝好的能見度儀呈水平狀，發射器、散射接（jiē）收器的（de）開口斜麵均朝（cháo）下。

3.4.2 連接線纜

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