[科普中国]-散射式能见度仪

散射能见度仪是测量散射系数从而估算出气象光学视程的仪器。1大气中光的衰减是由散射和吸收引起的，在一般情况下，吸收因子可以忽略，而经由水滴反射，折射或衍射产生的散射现象是影响能见度的主要因素。故测量散射系数的仪器可用于估计气象光学视程（MOR）。

工作原理散射式能见度仪直接测量来自一个小的采样容积的散射光强。通过散射光强来有效地计算消光系数是建立在以下3个假设的基础上的：①假定大气是均质的,即大气是均匀分布的；②假定大气消光系数Ρ等于大气中雾、霾、雪和雨的散射，即假定分子的吸收、散射或分子内部交互光学效应为零；③假定散射仪测量的散射光强正比于散射系数，在一般情况下，选择适当的角度，散射信号近似正比于散射系数。

仪器的发射端发出光辐射对于临近的采样空间中的大气进行照射，大气样本中的气溶胶对照射的粒子产生散射，其散射光强的大小与粒子浓度及其尺度相关，而粒子浓度与与其尺度又能客观的反应大气能见度。散射式能见度测量仪通过测量特定角度上的散射光强，并根据其与总散射量之间的关系确定总散射系数，因为光在短距离的气溶胶中传播，气溶胶对其的吸收系数是可以忽略不计的，所以利用总散射系数就可以求得能见度。1

技术特点（1）利用散射原理间接测量消光系数；

（2）设备售价低，安装维护简单，主要用于气象部门；

（3）采样范围小，准确性受大气悬浮粒子特性影响。1

主要构造散射能见度仪由硬件和软件组成。硬件可分成传感器、采集器和外围设备三部分，软件分为采集软件和业务软件两部分。传感器部分包括接收器、发射器和控制处理器等；采集器包括接口单元、中央处理单元、存储单元等；支架部分包括立柱和底座。为保证设备良好运行还应包括供电电源、电源防雷器和蓄电池等；且可选配无线通信模块。

传感器：包括发射器、接收器和控制处理器等。

数据采集器：指数据采集箱，内含接口单元、中央处理单元、存储单元和显示单元等。数据采集箱可以安装在室内，也可以安装在室外。

系统电源：电源为直流12V。配有蓄电池，并对蓄电池浮充充电，以备市电停电时可由蓄电池供电，也可以配置辅助电源（包括太阳能、风能）对蓄电池充电。在没有市电的情况下，后备蓄电池应能保证传感器（在不加热状态下）、采集器及传输模块至少7天正常工作。

信接口与通讯模块：连接采集器与计算机、计算机与中心站、采集器与中心站等的通信连接设备。通信接口使用RS-232或RS-485。通过外接无线传输模块，可以扩展通信距离。无线传输模块的类型有 GPRS、CDMA等。无线传输时，可以实现多点传输，至少可同时将数据发到2个数据中心站。

采集软件：由厂家提供，写在采集器中。必须遵守本规范及其它气象技术标准。能对传感器按预定的采样频率进行扫描和将获得的电信号转换成微控制器可读信号，得到气象变量测量值序列；对气象变量测量值进行转换，使传感器输出的电信号转换成气象单位量，得到采样瞬时值。

分类根据散射角度的不同，散射仪又可分为3种：前向散射仪、后向散射仪和总散射仪。前向散射仪以其体积小、性能价格比高而得到广泛应用，目前普遍应用的前向散射仪可分为单光路和双光路两种。1

前向散射式能见度仪工作原理：其发射器以红外LED作为光源，通过透镜、经脉冲调制后光源照射到采样空间，采样空间内的气溶胶粒子对光产生散射，散射量大小与气溶胶粒子的尺寸、浓度相关，气溶胶粒子的尺寸、浓度又与大气能见度相关。散射光经滤光片滤出、接收器探测到前向散射信号，并根据一定角度上的散射信号与总散射量的关系确定总散射系数，由CPU通过专门算法转化为能见度值。其具有如下优点：镜头污染对于测量效果的影响较小;探测范围广;结构紧凑,易于调整等。当然由于其也有一些先天的不足,比如因为采样体积不大,所以对于一定范围内能见度的测量可能会出现以点代面的问题;由于是用一定角度方向上的散射系数进行比例放大后代替总的散射系数,故在应用时会引入相对的误差。

前向散射能见度仪的发射器与接收器在成一定角度和一定距离的两端。接收器不能接收到发射器直接发射和后向散射的光，而只能接收大气的前向散射光。通过测量散射光强度，可以得出散射系数，从而估算出消光系数。

本词条内容贡献者为:

张勇 - 副教授 - 西南大学资源环境学院