專利名稱：散射式低能見度預警檢測儀的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及光機電一體精密檢測儀器，具體地說是一種散射式低能見度預警檢測儀。
背景技術：
“能見度”即是人的正常視覺觀測目標物的能見距離；“低能見度”即是從極限遠的背景中難以分辨出目標物清晰的形體輪廓。“能見度”的測報不僅是氣象部門應用于天氣分析的重要參數，同時也能為高速公路、航海、航空等交通運輸以及軍事、環境監測等領域發揮重要作用。早期的“能見度”測報，主要是依靠架設有線傳輸的能見度檢測儀器，對天氣狀況進行實時監控，遇低能見度天氣時，則通過可變信息牌、路況信息廣播等預警方式及時向相關人員發布信息，以便及時采取正確的應對措施，有效減少低能見度天氣帶來的各種損失。近些年來，我國公路交通、海港、機場等場所使用的能見度檢測儀器，主要為進口產品，昂貴的價格局限了它僅能對一些重點區域的天氣作出能見度測報，難以覆蓋到其它“團霧”多發的局部小范圍區域，因此存在能見度預警檢測盲區。另一方面，以有線傳輸為主的能見度檢測儀器擴展兼容性差，必須依賴基礎建設方面的投入，只能在有線通訊網絡建設的地方才能架設使用，因此同樣也存在能見度預警盲區。目前，已面市的國產大氣能見度檢測儀，主要由發接裝置、接收端傳感器模塊、控制模塊、預警數據輸出模塊以及電源模塊等組成，系統模塊大多以AVR單片機為核心，并采用分體式結構。該大氣能見度檢測儀又存在著體積大，功能模塊分散，功耗高、擴展兼容性較差、預警輸出單一且成本較高的不足之處。
發明內容本實用新型針對上述存在問題和不足之處，提出了一種散射式低能見度預警檢測儀，目的在于通過對現有能見度預警檢測儀的結構進行改進，以實現本機具有低成本、低功耗、擴展兼容性好、能靈活接入現有智能交通監測網絡低能見度預警檢測前端的功能特性。本實用新型的技術解決方案本實用新型主要由紅外光發射裝置與紅外光接收裝置、接收端傳感器信號調理模塊、控制模塊、預警數據輸出模塊以及電源模塊組成。所述的紅外光發射裝置主要由發射光學系統、紅外發光器件、光強穩定器、光源調制器組成。光源調制器連接紅外發光器件，紅外發光器件為雙光路，分別連接發射光學系統和光強穩定器。所述的紅外光接收裝置主要由接收光學系統、光電接收探頭組成。接收光學系統接收散射光，輸出至光電接收探頭。所述的接收端傳感器信號調理模塊主要由跨導放大器、帶通濾波網絡、鎖相放大器、低通放大器組成。跨導前置放大器依次與帶通濾波網絡、鎖相放大器、低通放大器連接。所述的控制模塊主要由模數轉換器、微處理器、調制發生器、數字移相器、SD卡數據存儲器組成。模數轉換器的輸出與微處理器輸入連接，微處理器與調制發生器、數字移相器、SD卡數據存儲器呈雙向輸入輸出連接。所述的預警數據輸出模塊包括232總線傳輸、485總線傳輸、RF無線數據傳輸、GPRS公網數據傳輸，并采用并行輸出模式。所述的電源模塊包括+12VDC輸出電源、+SVDC輸出電源、土SVDC輸出電源。本實用新型的進一步技術解決方案所述的控制模塊的微處理器為ARM Cotex-M3內核架構的LPC17xx系列微處理器。所述的紅外光發射裝置的發射光源采用940nm波長的紅外LED組合。所述的紅外光發射裝置的紅外光發射器件與紅外光接收裝置的光電接收探頭均采用Si4432芯片。另，上述的紅外光發射裝置與控制模塊呈雙向輸入輸出連接；紅外光接收裝置與接收端傳感器信號調理模塊呈雙向輸入輸出連接；控制模塊與預警數據輸出模塊呈雙向輸入輸出連接；電源模塊與紅外光發射裝置、紅外光接收裝置及其它模塊均呈雙向輸入輸出連接。本實用新型的有益效果(一)本實用新型屬于低能見度預警系統前端智能化設施，其采用的前向散射方式應用光電技術對紅外光進行發射調制，將接收到的散射光轉換為電信號；又應用微弱信號檢測技術進行信號調理，經過A/D轉換后進行數據采集和存儲，既能發布實時信息，又便于歷史數據的查詢。(二)本實用新型 同時提供多種數據傳輸方式，以應對現場復雜的安裝條件以及多樣化的應用需求；除傳統的232或485串行總線數據傳輸外，還通過ISM頻段的RF無線數據傳輸可方便地與可變信息牌、路標等現場預警執行設備進行無線連接，實時進行數據更新；通過GPRS或CDMA公網數據傳輸，可與無有線通訊網絡建設區域的指揮監控中心建立遠程無線連接，提高了預警檢測覆蓋范圍和密度。(三)本實用新型與現有能見度檢測儀相比明顯提升了儀器的測報精度，有利于提高運行效率和系統性能，便于升級、維護和擴展，具有良好的社會效益和廣闊的產業化前
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附圖1為本實用新型組成構件的結構示意圖。
具體實施方式
如圖1所示，本實用新型主要由紅外光發射裝置I與紅外光接收裝置2、接收端傳感器信號調理模塊3、控制模塊4、預警數據輸出模塊4以及電源模塊6組成。本實用新型的紅外光發射裝置I的發射光學系統配置成雙光路，用于前向散射和光強穩定參考，發射光源采用940nm波長的紅外LED組，用固定的低頻率方波進行調制發射，經一定體積空氣柱散射進入紅外光接收裝置2的接收端其中，光強穩定器采用負反饋比較測量法，通過監測發射裝置參考光路的光強，對溫度變化以及器件老化效應造成的光強不穩定現象進行補償和校準，減小系統測量誤差。將紅外光轉換為穩定的電信號，[0026]紅外光接收裝置2將紅外光轉換為穩定的電信號，保證測量的準確度。接收端傳感器信號調理模塊3所接收的電信號，實際上是深埋在噪聲和干擾中的納安級的交流電流信號，需要應用微弱信號檢測技術進行調理轉換為幅度范圍合適的直流電壓信號送給AD進行采樣和數值讀取。此中，跨導前置放大器將電流轉換為電壓并進行前級放大，通過帶通濾波器濾除50Hz工頻干擾和高頻干擾信號，進行交流放大后送入鎖相放大器，采用相敏檢波的方式從背景噪聲中提取出有用的調制信號，并調理成具有合適幅度的直流電平。控制模塊4的模數轉換器為微處理器提供數字信號，SD卡數據存儲器完成與微處理器數據存儲與交換，微處理器進行編程分別連接調制發生器和數字移相器，完全避免了元器件溫度漂移造成的移相誤差。然后，根據前向散射測量法的理論公式由微處理器計算得到大氣能見度值。由于發射器的參考光路中布置有光電接收器件，通過監測發射裝置參考光路的光強，采用負反饋比較測量法進行穩定校準，補償因溫度變化以及器件老化效應等原因造成的發射光強不穩定的問題，減小系統測量誤差。又基于控制模塊采用具有較高的運行速度和豐富的外設接口的ARM Cotex-M3內核架構的LPC17xx系列微處理器為核心的硬件平臺，可滿足系統低成本、低功耗、高性能等方面的設計要求，可實現光源調制、數字移向、數值計算、實時時鐘、總線驅動、數據存儲、溫度監測等全部控制功能。預警數據輸出模塊5實現了多種方式的數據傳輸，以應對現場復雜的安裝條件以及多樣的應用需求，能夠將本檢測儀所得低能見度預警信息靈活方便地接入到預警監測網絡。綜上，本實用新型可達到預期的發明目的。
權利要求1.散射式低能見度預警檢測儀，其特征在于:它主要由紅外光發射裝置與紅外光接收裝置、接收端傳感器信號調理模塊、控制模塊、預警數據輸出模塊以及電源模塊組成；所述的紅外光發射裝置主要由發射光學系統、紅外發光器件、光強穩定器、光源調制器組成，光源調制器連接紅外發光器件，紅外發光器件為雙光路，分別連接發射光學系統和光強穩定器；所述的紅外光接收裝置主要由接收光學系統、光電接收探頭組成，接收光學系統接收散射光，輸出至光電接收探頭；所述的接收端傳感器信號調理模塊主要由跨導前置放大器、帶通濾波網絡、鎖相放大器、低通放大器組成，跨導前置放大器依次與帶通濾波網絡、鎖相放大器、低通放大器連接；所述的控制模塊主要由模數轉換器、微處理器、調制發生器、數字移相器、SD卡數據存儲器組成，模數轉換器的輸出與微處理器輸入連接，微處理器與調制發生器、數字移相器、SD卡數據存儲器呈雙向輸入輸出連接。
2.根據權利要求1所述的散射式低能見度預警檢測儀，其特征在于:所述的預警數據輸出模塊包括232總線傳輸、485總線傳輸、RF無線數據傳輸、GPRS公網數據傳輸，并采用并行輸出模式。
3.根據權利要求1所述的散射式低能見度預警檢測儀，其特征在于:所述的電源模塊包括+12VDC輸出電源、+SVDC輸出電源、土SVDC輸出電源。
4.根據權利要求1所述的散射式低能見度預警檢測儀，其特征在于:所述的控制模塊的微處理器為ARM Cotex-M3內核架構的LPC17xx系列微處理器。
5.根據權利要求1所述的散射式低能見度預警檢測儀，其特征在于:所述的紅外光發射裝置的發射光源采用940nm波長的紅外LED組合。
6.根據權利要求1所述的散射式低能見度預警檢測儀，其特征在于:所述的紅外光發射裝置的紅外光發射器件與紅外光接收裝置的光電接收探頭均采用Si4432芯片。
7.根據權利要求1所述的散射式低能見度預警檢測儀，其特征在于:所述紅外光發射裝置與控制模塊呈雙向輸入輸出連接；紅外光接收裝置與接收端傳感器信號調理模塊呈雙向輸入輸出連接；控制模塊與預警數據輸出模塊呈雙向輸入輸出連接；電源模塊與紅外光發射裝置、紅外光接收裝置及其它模塊均呈雙向輸入輸出連接。
專利摘要本實用新型為一種散射式低能見度預警檢測儀。該檢測儀主要由紅外光發射裝置與紅外光接收裝置、接收端傳感器信號調理模塊、控制模塊、預警數據輸出模塊以及電源模塊組成。紅外光發射裝置的光源調制器實現電信號到光信號的轉換；接收端傳感器信號調理模塊的濾波、放大器提取有用信號；控制模塊采用LPC17xx系列微處理器；預警數據輸出模塊包括有線、無線傳輸。本實用新型為低能見度預警系統前端智能化設施，可同時提供多種有線無線數據傳輸方式，提高了預警檢測覆蓋范圍、密度和測報精度；有利于提高運行效率和系統性能，便于升級、維護和擴展，具有良好的社會效益和廣闊的產業化前景。
文檔編號G01N21/35GK203053860SQ20132005506
公開日2013年7月10日 申請日期2013年1月31日 優先權日2013年1月31日
發明者宋毅, 楊裕翠, 鮑恩波, 范潔慧 申請人:淮陰師范學院