2. NJD-1能见度仪(前向散射式能见度仪)

2024年2月21日发(作者：掰玉米作文)

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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。

该仪器可用于移动载体和固定站点，主要应用于船舶、高速公路等交通运输锦州阳光科技有限公司

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部门。该能见度仪结构简单、工作稳定性好、可靠性高、能耗低 ，使用维护方便。

三、技术指标

能见度仪能对自身的12V直流电源、仪器内部温度信号和接收器工作状态等进行监测

能见度仪能对自身的各种参数进行设置和调节

测量范围：1～10000m

准确度：±2%(≤1000m)；±20%(＞1000m)

分辨率：1m(≤1000m)；100m(＞1000m)

输出间隔：60秒；

接口： RS232长线驱动器（或按用户需求）

光源波长：940nm

前向散射测量角：33°

光源波长：930nm

可靠性：平均无故障时间不小于5000小时

数据更新率：1/min

平均故障间隔时间（MTBF）：≥15000h

尺寸（毫米）：740×336×118

供电方式：直流12V

功耗：≤10W

重量：≤15 kg

环境温度：－45～+50℃

空气湿度：0～100%

大气压力：≥650hPa

耐盐雾性：可在沿海地区使用

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四、突出优势

采取光能量监控措施，提供一个稳定可靠的光源。

设计了光能量控制系统对其进行闭环控制，来自动调节发光管的驱动电流，保证其发出能量稳定并经特定脉冲调制的光源信号，同时采取严格的光学滤波措施，进一步稳定发射器光源能量采取腔体温度控制措施，减小温度变化的影响。

对发射器和接收器腔体内分别采取了保温、加温和温度控制措施，控制发射器和接收器的温度，以减小环境温度变化的影响，从而提高了能见度仪工作的稳定性可靠性。

运用锁频锁相放大技术，提高仪器的抗干扰能力。

运用锁频锁相放大技术,同时借用军工技术，包括对外购元器件进行严格的老化筛选等，对研制和生产过程进行严格的工艺控制和质量检验，保证产品的稳定性和一致性。

独特的光学和结构设计

为满足整体技术指标和使用功能，并达到仪器结构简单、外型美观、体积小、重量轻和使用维护方便的效果，我们借用军工技术，对产品的光学系统和整体结构进行独特的设计。

合理的运用软件补偿技术，提高能见度测量的线性。

根据前向散射能见度仪的特点，合理设计软件系统，对探测软件进行创新提高，增加了软件校零、软件校准、温度补偿、K值分段补偿和光源波长修正等功能，以提高仪器的线性和准确度，确保满足测量要求。

前向散射能见度仪的应用显示软件具有自动方式下的能见度测量、相应检测曲线的绘制、历史资料查询及系统维护和校零功能。

前向散射能见度仪的技术指标和使用功能国内领先；设备结构简单，使用操作方便，人机界面友好，总体技术达到了国际先进水平。

前向散射能见度仪广泛应用于海、陆、空交通运输、 气象和环保部门，对航空机场、高速公路、港口码头、大型舰船、军事基地及有关场站的能见度进行适时的检测和监控，并可方便的与航空、航天、航海、交通及气象等领域的气象测控系统联网，实现数据信息共享。

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五、前向散射能见度仪的基本原理和结构

能见度是与人的视觉因素紧密结合在一起的一种复杂的心理-物理现象，表示的是可视距离。根据柯西密德（Koschmieder）定律，对以水平天空为背景的黑体目标物，目标物和背景视亮度对比可以表示为：

经对光的散射原理和大气物理光学特性的进一步研究和分析，并执行世界气象组织（WMO）和国际民航组织（ICAO）的有关规定，可以得出：

（a）根据对散射线函数的研究可知，在θ为30o~40o区间范围为不敏感区，消光系数与散射系数的比值是不变的。

（b）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。

（c）对能见度观测来讲，视觉对比阈值选用0.05是合适的。

（d）只要能遮蔽来自其它光源的干扰，能见度观测仪器在白天和夜间都可以使用。

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前向散射能见度仪就是根据以上机理，并选择合适的光源（波长、光强）和光路结构，通过检测专用光源在指定大气体积中的前向散射强度，以求得其散射系数，进而根据相关数学模型演算出大气能见度值。

前向散射能见度仪由发射器、接收器、电源/控制器和支架等部分组成，采用近红外波段光源的前向散射体制和交叉光路结构，发射器与接收器之间的距离为1200毫米，主散射角为35度。仪器工作时，发射器通过红外发光管发出一束中心波长为940nm的红外光射入大气中，接收器将特定体积大气的前向散射光汇聚到硅光电传感器的接收面上并将其转换成电信号，此信号经处理送至控制器的数据采集板， 经CPU取样和计算得到大气能见度值，并通过RS-232长线驱动器送至用户的计算机进行显示和输出。其结构及光电原理如图：

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