什么是能見度？
能見度的定義是正常視力的觀測者觀測目標物時，能從背景上分辨出視角大于0.5°的目標物輪廓的大消失距離。夜間能見度的定義是正常視力的觀測者在夜間能看到一定發(fā)光強度目標燈燈光的消失距離。能見度的測量在航空、航海、高速路等交通安全領(lǐng)域、氣象觀測、防火防災領(lǐng)域和大氣污染研究方面均具有重大意義。能見度測量的結(jié)果決定了機場、港口和高速路的開放和關(guān)閉，是各類運輸裝備適航性、環(huán)境污染研究的要素。
能見度儀的種類及測試原理
長期以來，能見度觀測主要靠人工目測，其主觀性強、測量誤差較大。隨著光電儀器的快速發(fā)展，人工目測逐漸被全天候的能見度檢測儀替代，目前普遍應(yīng)用的能見度檢測儀從測量原理上分，主要有透射式和散射式兩大類。
1、透射式能見度儀
利用光在大氣中傳播受到的直接衰減原理, 將大氣對光的吸收、反射、散射等都作為衰減, 以厚度等于“基線”長度的氣柱為樣本，采用測量基線氣柱的平均消光(透射)比，從而得出大氣能見度和煙霧濃度。原理圖如下所示：
依據(jù)Koschmieder定律和Bouguer-Lambert定律，可求出能見度VR：
為光源發(fā)射功率，為光線經(jīng)長度氣柱衰減后的接收功率，為基線長度，指光源到接收器探頭之間的光程。
2、散射式能見度儀
通過測量大氣氣溶膠粒子的散射系數(shù)(忽略氣溶膠對光的吸收因素)求得大氣能見度。具有占地空間小，使用方便，在氣象、交通等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。
前向散射式能見度儀是目前使用數(shù)量多的散射式能見度儀，它的工作測量原理是：儀器的發(fā)射端發(fā)出光輻射，對采樣空間的大氣進行照射，大氣樣本中的氣溶膠粒子對光輻射產(chǎn)生散射，通過測量特定角度上的散射光強，并根據(jù)其與總散射量之間的關(guān)系確定總散射系數(shù)。由于氣溶膠對光的吸收系數(shù)相對較小，忽略不計，利用總散射系數(shù)可以求得能見度。前向散射式能見度儀原理圖如下所示：
3、兩者的優(yōu)缺點比較
透射能見度儀直接探測大氣的透過率或消光系數(shù)，具有測量精度高、采樣體積大、接收信號強、能見度低時檢測性能好等優(yōu)點。但它也存在一些缺點：1) 為保證測量的準確度和測量范圍，L不能太短，因此透射儀的占地面積較大；2 ) 發(fā)光源的功率不能太小，因此設(shè)備體積較大，同時光功率的不穩(wěn)定性也會嚴重影響到 測量精度；3) 光學系統(tǒng)價格非常高，對準困難，而且由于收發(fā)端的距離較遠，標定也存在困難，導致測量誤差； 4) 透射儀對光源污染非常敏感；5) 在雨天、霧天等能見度低的氣象條件下，水氣吸收等復雜的情況會引起非常大的誤差[1]。
前向散射儀具有安裝方便、結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、成本低的優(yōu)點，但其測量原理有先天不足: 1) 采樣空間小，代表性稍差；2) 定標比較困難，計算公式的反演較繁瑣；3) 在雨、霧和沙塵暴等能見度較低條件下對散射粒子的尺寸很敏感，多次散射效應(yīng)也影響其探測的可靠性。因此，其測量數(shù)據(jù)有較大誤差，其測量精度、可靠性、穩(wěn)定性遠遠低于大氣透射儀。
如下圖所示[2]，為兩種儀器分別在霧、雨、雪條件下測量偏差分布曲線。
2 種儀器能見度測量值出現(xiàn)偏差的原因是: 1 ) 2種儀器本身的特性、測量原理不同; 2) 天氣變化的過程是非均勻的; 3) 前散射儀測量得采樣空間非常小，不能夠*代表當?shù)啬芤姸?，因此在低能見度條件下，前散射儀的準確率和分辨率等指標與透射儀還有一定差距。
能見度儀發(fā)展現(xiàn)狀
國外散射式能見度儀的生產(chǎn)廠家主要有德國的Impulsphysik公司，美國的TSI公司、Belfort公司，英國的Biral公司，美國的Belfort公司、芬蘭的VAISALA等，這些公司的產(chǎn)品被廣泛應(yīng)用在高速公路、機場港口等。我國研發(fā)生產(chǎn)能見度儀的公司以洛陽凱邁公司為主導，在國內(nèi)多個城市得到推廣應(yīng)用，另外還有錦州陽光科技發(fā)展有限公司、四川鼎林信息技術(shù)有限公司等。
透射式能見度儀的國內(nèi)生產(chǎn)廠家包括：成都虹岳科技有限公司、北京歐亞中興科技有限公司、四川鼎林信息技術(shù)有限公司、錦州陽光科技發(fā)展公司、上海成盈光電科技有限公司、上海忠赫儀器有限公司、北京東目儀器有限公司、上海碩冠檢測設(shè)備有限公司、上海勛飛機電設(shè)備有限公司等。
國外生產(chǎn)廠家：BELFFORT公司、維薩拉公司(Vaisala)公司、VICOTEC公司、Tint Meter公司、EDTM公司等。
能見度儀主要檢測方法
2010年9月，中國氣象局綜合觀測司頒布了《前向散射能見度儀觀測規(guī)范(試行)》，里面給出了散射式能見度儀的實驗室和現(xiàn)場校準?，F(xiàn)場用標準設(shè)備與被校設(shè)備比對做校準，用到的標準設(shè)備主要為校準過的透射儀。實驗室利用標準設(shè)備或標準設(shè)備標定的散射體對儀器進行校準，該校準方法實質(zhì)上只實現(xiàn)了散射系數(shù)的校準，并沒有從能見度儀的原理出發(fā)，解決忽略大氣吸收帶來的誤差問題。中國氣象局氣象探測中心利用空軍裝備研究院航空氣象防化研究所大氣環(huán)境實驗艙可模擬低能見度環(huán)境，用于前向散射能見度儀的靜態(tài)試驗，該實驗艙內(nèi)部空間為10m(長)×2m(寬)×2.5m(高)。中國氣象局上海物資管理處建立了能見度計量檢定實驗室，實驗室內(nèi)部凈空間20m(長)×3.5m(寬)×3m(高)，使用超聲波起霧方式模擬能見度變化的試驗環(huán)境。
透射式能見度儀的檢測方法主要是：使用光譜平坦、具有不同透光率的中性濾光片組為主標準器。配套標準器包括激光測距儀、照度計、熱電型激光小功率計和光學調(diào)節(jié)裝置來實現(xiàn)檢測。
總結(jié)
不存在能滿足所有用戶需求的能見度儀。在高能見度情況下前向散射儀測試數(shù)據(jù)與實際誤差較小，表現(xiàn)較好，加之安裝調(diào)整方便、成本低，因此廣泛應(yīng)用于氣象及部分交通部門; 透射儀對低能見度的測量精度高于散射式儀器，其有效測量范圍雖短但已可滿足一般需要，因此透射儀適用于各個領(lǐng)域，但因其價格昂貴，通常被應(yīng)用于精度要求很高的氣象、航空、高速交通領(lǐng)域。世界氣象組織( WMO) 為了評定各個廠家能見度儀測量性能的好壞進行的大規(guī)模能見度儀器比對也是以 Vaisala 的透射儀為標準[3]。因此在制定能見度儀的檢測方法是也應(yīng)該按照其原理的不同采用不同的檢測裝置為宜。
參考文獻：
[1] 傅剛，李曉嵐，魏娜. 大氣能見度研究[J]. 中國電力教育中國海洋大學學報，2009，39( 5) ：855 - 862.
[2]蔡琴，透射式和前散射式能見度儀性能的分析，成都工業(yè)學院學報，2014，17(4)：40-42
[3] JAROMIEC M，LUX，Madey R，Avnir D. Fractal surface analysis by using nitrogen adsorption data: the case of the capillary condensation regime[J]. J Chem. Phys.，1990 ( 92) : 7589
儀表網(wǎng)手機版
儀表網(wǎng)小程序
公眾號.jpg)
公眾號：ybzhan
掃碼關(guān)注視頻號
手機版
官方微信
采購中心
