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對(duì)于高速公路安全能見度監(jiān)測(cè)而言，我們關(guān)心最多的是霧的能見度。而霧滴直徑一般在幾個(gè) pm 到十幾個(gè) pm 之間，但其粒子大小變化很大，既有大到 50 一 80pm 、狀如毛毛雨的霧滴，更有大量直徑小于 1pm 的微滴，其密度可達(dá)每立方厘米幾千個(gè)‘ 451 ，一般陸面霧的峰值直徑在 3.5 協(xié) m 附近，平均直徑在 9.4 一 16.1pm 之間，海霧粒子尺度更大。根據(jù)米氏散射 (MieScattering) 理論，由半徑 r 大于波長入的粒子所引起的散射與波長幾乎無關(guān)，具有較強(qiáng)的前向散射能力 ( 見上圖 ) 。據(jù)此，世界氣象組織和國際民航組織的要求，高速公路推薦采用前散射原理的能見度檢測(cè)設(shè)備。
影響大氣能見度的粒子尺度譜很寬，但在散射性質(zhì)上基本以米氏散射為主，表現(xiàn)出很強(qiáng)的前向散射特征。當(dāng)光線經(jīng)過大氣通路時(shí)，粒子對(duì)光的散射強(qiáng)度與其密度密切相關(guān)，并在前向強(qiáng)信號(hào)散射區(qū)存在一定的角度與大氣能見度具有很好的相關(guān)性。通過對(duì)光的散射原理和大氣物理光學(xué)的研究可知，在25-50°之間，大氣散射相函數(shù)對(duì)氣溶膠譜分布的變化不敏感，探測(cè)的前向散射光正比于大氣消光系數(shù)。前向散射能見度儀的設(shè)計(jì)就是根據(jù)以上機(jī)理，并選擇合適的光源(波長、光強(qiáng))和光路結(jié)構(gòu)，通過檢測(cè)專用光源在指定大氣體積中的前向散射強(qiáng)度，以求得其散射系數(shù)。其在高速公路能見度監(jiān)測(cè)中的優(yōu)缺點(diǎn)
優(yōu)點(diǎn):
(l)米氏散射的前向強(qiáng)散射信號(hào)有利于提高儀器的靈敏度;
(2)通過閉環(huán)電路鎖定技術(shù)提高了儀器的穩(wěn)定性;
(3)儀器的發(fā)射功率要求不高;體積相對(duì)較小、價(jià)格較低，性價(jià)比高。
缺點(diǎn):
(l)不能準(zhǔn)確測(cè)量非米氏散射粒子對(duì)大氣能見度的影響，測(cè)量信號(hào)同樣與視覺障礙(雨、雪、霧、靄等)有關(guān)，但好于后向散射儀;
(2)體積較后向散射儀大。
后向散射式能見度儀的工作原理是探測(cè)大氣后向散射能量的變化。工作方式是由光發(fā)射器發(fā)出光束，光線被空氣中的粒子散射后，其后向散射能量再被光接收器所接收，進(jìn)而利用相關(guān)數(shù)學(xué)模型演算出大氣能見度值。其優(yōu)缺點(diǎn)主要是
優(yōu)點(diǎn):
(1) 采用相對(duì)測(cè)量方式，不需要標(biāo)定激光的發(fā)射能量，鏡頭污染對(duì)探測(cè)結(jié)果的影響較小;
(2) 采樣空間相對(duì)較大;
(3) 儀器的尺寸很小、成本低。
缺點(diǎn)：
(1)對(duì)于霧等粒子，Mei散射的后向散射能量相對(duì)較小，對(duì)儀器的靈敏性有一定影響;
(2)由于霧粒子的峰值直徑在3.5pm附近，平均直徑在0.94-16.1pm之間，其散射具有后向散射多極性，這表明，發(fā)射器與接收器之間的微小角度變化或粒子尺度的變化都可能引起后向散射極法線矢量的變化，造成測(cè)量信號(hào)的無規(guī)則振蕩，出現(xiàn)能見度測(cè)量值的不穩(wěn)定波動(dòng)；
(3)所需發(fā)射的光功率較前向散射儀大，易受外界雜光干擾;
(4)測(cè)量信號(hào)很大程度上依賴于視覺障礙(雨、雪、霧、靄等)，必須作天氣定標(biāo)函數(shù)后才能進(jìn)行精確測(cè)量，使得實(shí)際操作復(fù)雜化。
HSC-OTT Parsivel EF交通天氣現(xiàn)象儀是前向散射能見度儀和粒子滴譜分析儀的自動(dòng)集成體，不僅可以保證一起對(duì)消光系數(shù)的測(cè)定更準(zhǔn)確，而且可以測(cè)量各種類型的降水，包括毛毛雨、雨、雨夾雪、冰雹、雪和混合降水。同時(shí)散射測(cè)量與粒子滴譜同時(shí)測(cè)量以及具有特殊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使其測(cè)量系統(tǒng)不僅具有前向散射測(cè)量裝置的的優(yōu)點(diǎn)，而且具有后向散射系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)。
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