专利名称：雾区能见度检测设备的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种环境信息监测设备，具体涉及一种用于雾区能见度检测的设 备。
背景技术：
雾是由于大气中的水分达到饱和状态，凝结成小晶滴，漂浮于地面附近的一种天 气现象。雾天的影响可以用能见度与视距关系来表示。能见度是指即目标物的能见距离， 是指观测目标物时，能从背景上分辨出目标物轮廓的最大距离，它是物体与背景的对比度 函数。当空气中充满了微小水颗粒时，会对光进行散射，从而严重影响视距清晰度，造成能 见度降低。能见度的降低对人类交通活动影响非常大。由于雾将使环境能见度大范围降低， 这对如轮渡、民航、高速公路等交通运输和电力供应、市民的日常生活都会产生许多不利的 影响，产生重大的安全隐患。雾天对交通安全影响尤为严重，处于雾区的司机很难看清前车，存在视觉盲区；看 不清周边路况，没有车辆或建筑作参照物，导致司机感觉不到车速；司机眼睛对颜色分辨能 力下降，无法看清信号灯及提示牌；无法掌控距离，使司机在路口提前或过晚转弯等。上述 情况直接导致了交通事故的产生，在高速公路的交通事故中，由于浓雾等恶劣天气影响造 成的交通事故约占总数的1/4以上，给国家和人民生命财产造成了重大损失。目前，我国高速公路发展迅速，但我国的雾区检测系统研究才刚刚起步，虽然已经 开展了雾检测、预报、雾区交通安全与监控系统、雾天道路交通管理等方面的研究，并建立 了比较好的气候监控设备站，但尚未形成低成本实时对高速公路雾区进行检测系统以及理 论和方法，因此，我国高速公路与高等级公路雾天通行管理还是采用人工雾情检测、人工疏 导等全人工或半人工化的管理技术与措施，规范性、客观性相对较差。直接封闭等人工管理方法虽然防止了交通事故的发生，却以牺牲高速公路的通行 能力为代价，同时给高速公路业主造成了巨大的经济损失，不利于构建和谐交通环境。测量大气能见度的方法分为人工目测和监测仪测量，能见度监测仪测量方式主要 有透射型、散射型和激光雷达测量仪。但该类方式存在以下问题大气透射仪是通过光束透过两固定点之间的大气柱直接测量气柱透射率，以此来 推算能见度的值，这种方法要求光束通过足够长的大气柱，测量的可靠性受光源及其他硬 件系统工作稳定性的影响，一般只适用于中等以下能见度的观测，而在雨、雾等低能见度天 气，会因水汽吸收等复杂条件造成较大误差。激光雷达测量仪系统复杂，价格昂贵。散射型是目前常用的测量雾能见度的方式。常用的能见度仪产品大都进口，如芬 兰VAISALAD公司型号为FD12的能见度仪，它由光发射器、光接收器和控制器组成，能见度 探测范围是10-50000米。近年国内也有相关产品销售，但外形和实现方法与国外产品大体 一致。这类产品存在以下不足仪器分为发射与接收两部分，体积上较大、安装不便；仪器价格昂贵，限制了推广使用；维护成本高。就我国目前情况而言，上述能见度监测仪需依靠进口，这种仪器成本昂贵、维护费 用高、操作复杂，限制了应用范围，一般一个大区域内只装1-2套仪器，给我国高速公路的 实际使用带来诸多的问题。例如一段公路范围内只有一个检测点，一般安置在收费口，但由 于雾的形成与变化的无规则性，使得安装点的雾探测器如同虚设，可能会出现探测点有雾 而几公里外却无雾；或者出现探测点没有雾，而几公里外却大雾弥漫的状况。这将带来车辆 的通行率与安全性的矛盾，也是多年来困扰高速公路管理与安全的一大难题。
发明内容本实用新型提供一种雾区能见度检测设备，主要解决了现有雾区能见度检测设备 检测精度低、成本高、操作复杂的问题。本实用新型的技术解决方案如下该雾区能见度检测设备，包括探测光源和壳体，探测光源设置于壳体一端，壳体上 至少设置有3个光电探测器，壳体上设置有至少3个进雾孔；光电探测器连接有控制整个系 统工作的控制单元，控制单元与信号传输系统连接；信号传输系统将光电探测器输出的光 信号量值传输至处理系统。以上所述壳体内设置有用于测量环境温度、湿度的传感参考信号测试单元；传感 参考信号测试单元一端与控制单元连接，另一端与光电探测器连接。以上所述的进雾孔可以是螺旋排列的圆形或孔多边形孔。以上所述光电探测器是光电池或光电二极管。以上所述探测光源是LED或半导体激光器；所述激光器的重复频率为 0. 5Hz-10Hz，工作波长为530nm、630nm、650nm、808nm或850nm ；所述激光器的输出功率至少 为 10mW。以上所述信号传输系统是无线通讯系统；所述无线通讯系统是GPRS或GPS。以上所述探测光源输上设置有对发射出的探测光进行发散或扩束处理的光处理
直ο以上所述雾区能见度检测设备由太阳能电池板供电。本实用新型的优点在于1、本实用新型可使一些交通领域中大雾的测量预报摆脱依靠肉眼判断的局面，为 交通指挥保障部门提供精准的能见度信息。2、本实用新型成本低，扩大了使用范围，适于产品推广。3、本实用新型使用LED或半导体激光器作为光源，既节省成本又可减小环境杂光 干扰。4、本实用新型使用发散或扩束的激光工作方式，可提高散射接收分辨率。5、本实用新型使用前向与后向散射结合探测方案，能够将接收与发射集成为一 体。6、本实用新型功耗低，使用太阳能供电，具有供电方便、节能的优点，不用专门建 立供电系统，能够适合偏远地区使用。7、本实用新型使用无线通信系统，既具有信号传输功能，由具备定位和防盗功
4能；8、本实用新型可24小时工作、使用灵活方便。9、本实用新型自动化程度高，并集多种功能于一体，提高使用价值。
图1为光电式雾区能见度检测仪结构示意图。
具体实施方式
本实用新型结合雾的光学特征，采用基于雾气对激光具有散射效应的原理得到。 以下结合图1对本实用新型进行详述。如图1所示，探测光源1设置于壳体2 —端，探测光源1发出激光作为谈测光，出 于节能需要，激光采用非连续输出，激光输出时间和重复频率可通过控制单元控制。激光 可每隔一段时间发射一次，间隔时间可通过控制单元4设定。探测光源1工作重复频率从 0. 5Hz-10Hz，工作波长根据实际应用要求可选530nm、630nm、650nm、808nm、850nm等；探测 光源1的输出功率为20mW以上。使用LED或半导体激光器作为探测光源1，在探测光出射后可进行发散或扩束处 理，可提高散射接收分辨率。白天有雾和晚上有雾时行车速度与视距关系差异不大，因此探 测结果不会由于白天和晚上能见度的差异造成较大测量误差。使用激光作为探测光，其稳定性决定于激光器的质量特性，只要能遮蔽来自其它 光源的干扰，光电式雾区能见度观测仪器在白天和夜间都可以使用。壳体2内还设置有接收散射光的光电探测器3，光电探测器3至少为3个，且分布 在壳体2内各个角度不同位置，光电探测器3的个数越多，测量的精度越高，光电探测器3 可以选用光电池或光电二极管。通过光电池、光电二极管等光电探测器感知散射光变化量， 探测雾的能见度。可以通过多点探测综合处理测量结果的方法提高测量精度。壳体2上应设置有进雾孔21，进雾孔21应尽可能均勻的分布，使得壳体2内部的 雾与被测量雾区的雾能见度相同，进雾孔21以螺旋排列的圆形或孔多边形孔为佳。壳体21内还可设置有传感参考信号测试单元5测量环境温度、湿度等参数，用于 配合标定雾能见度。控制单元4对整个工作流程进行自动控制。通过信号传输系统将信号进行无线发射的处理系统7。信号传输系统可采用现有 成熟并广泛应用的技术，如GPRS，GPS等，可对测量信息进行传输和，同时可以起到设备定 位功能，起到防盗作用。太阳能电池板通过接收太阳能为仪器所有单元供电，输出功率40W。采用太阳能电 池板进行充电，环保，可移动性能好。探测光接触到雾中的微小水滴会发生散射，同时，探测光穿过微小水滴时也会产 生衰减，因此光的散射强度与雾能见度大小有关。当雾能见度很高时，光几乎完全透射，激 光散射弱，光电探测器3输出值小；当雾能见度低时，激光的散射效应增强，光电探测器3输 出值变大。依据散射接收到的光信号量值，可以计算标定出雾的能见度，最终通过标定即可 得出雾区能见度检测设备的量化值。测量结果还可以通过传感参考信号测试单元5对温 度、湿度等测量结果进行修正。传感参考信号测试单元5 —端与控制单元4连接，另一端与
5光电探测器3连接。在实际应用中，雾的能见度可通过测量雾空气消光系数换算获得。根据柯西密德 (Koschmieder)原理，对以水平天空为背景的黑体目标物，设能见度视距Vm与雾消光系数 σ之间满足以下经验关系
「 τ/ 3.912 f A V9Vm=———
σ ν 0-55 J式中λ为光波长，q为与能见度视距有关的系数。因此通过测量雾消光系数可以 标定出能见度。在一定条件下，光的吸收效应可以忽略，因而在工程应用上，消光系数被认为等于 散射系数。通过检测散射强度求得其散射系数，进而根据相关数学模型能够演算出大气能 见度值。通过微计算机程序的计算即可得到所需的雾能见度的变化率。该雾区能见度检测设备，可以对全路段的能见度进行实时检测。可在高速公路每 隔5公里安装一个监测点，由于检测的连续性，可以确保全路段雾的实时检测，为路政、交 通管理、通行率与安全性提供准确的决策依据。同时用能见度探测结果可以用于控制雾照 明灯、雾警示标志牌的输出。该雾区能见度检测设备，可以对雾区的高速公路及一级高等级公路区段路段的雾 情进行实时监测、发出预警信号，使高速公路的管理部门及时了解前方道路的雾况信息，为 后续通过诱导和限制车速等控制手段保障雾天行车安全提供基础。
权利要求一种雾区能见度检测设备，包括探测光源和壳体，所述探测光源设置于壳体一端，其特征在于所述壳体上至少设置有3个光电探测器，所述壳体上设置有至少3个进雾孔；所述光电探测器连接有控制整个系统工作的控制单元，控制单元与信号传输系统连接；所述信号传输系统将光电探测器输出的光信号量值传输至处理系统。
2.根据权利要求1所述的雾区能见度检测设备，其特征在于所述壳体内设置有用于 测量环境温度、湿度的传感参考信号测试单元；所述信号测试单元一端与控制单元连接，另 一端与光电探测器连接。
3.根据权利要求1或2所述的雾区能见度检测设备，其特征在于所述的进雾孔是螺 旋排列的圆形或孔多边形孔。
4.根据权利要求3所述的雾区能见度检测设备，其特征在于所述光电探测器是光电 池或光电二极管。
5.根据权利要求4所述的雾区能见度检测设备，其特征在于所述探测光源是LED或 半导体激光器；所述激光器的重复频率为0. 5Hz-10Hz,工作波长为530nm、630nm、650nm、 808nm或850nm ；所述激光器的输出功率至少为10mW。
6.根据权利要求5所述的雾区能见度检测设备，其特征在于所述信号传输系统是无 线通讯系统；所述无线通讯系统是GPRS或GPS。
7.根据权利要求6所述的雾区能见度检测设备，其特征在于所述探测光源输上设置 有对发射出的探测光进行发散或扩束处理的光处理装置。
8.根据权利要求7所述的雾区能见度检测设备，其特征在于所述雾区能见度检测设 备由太阳能电池板供电。
专利摘要一种雾区能见度检测设备，通过测量雾对光的散射强度，获得消光系数，最终获得能见度值。采用激光作为探测光源，利用光电探测器进行接收。不同能见度的雾带来不同的散射接收结果，当能见度大时，光散射小光电探测器上输出值小；当雾能见度变小时，光电探测器接收值变大。通过对散射光接收数据通过计算机分析计算，得出雾天能见度值大小。通过多点排布光电接收器及环境温湿度校正，能够有效提高测量精度。仪器中装有无线通信模块，能够实现远距离信号传输。该仪器使用简便，可克服目前相关产品成本高的缺点，非常方便于雾天环境监测。
文档编号G01N21/49GK201666871SQ20092003419
公开日2010年12月8日 申请日期2009年8月11日 优先权日2009年8月11日
发明者刘志麟, 阮驰 申请人:中国科学院西安光学精密机械研究所;昆山敏通光纤传感技术研发中心有限公司