能见度的概念
能见度(Visibility)是第一为了气象目的而概念的通过人工观测者定量估量的量，以这种方式进行的观测现正普遍地采纳。
但是，能见度的估量受许多主观的和物理的因素的阻碍；大体的气象量，即大气透明度，能够客观地测量，并用气象光学视程(MOR)表示。
气象光学视程(Meteorological oDtical range)是指由白炽灯发出的色温为2700K的平行光束的光通量在大气中减弱至初始值的5％所通过的途径长度。
消光系数(Extinction coeficient)(符号： )是色温为2700K的自炽光源发出的平行光束通过大气中单位距离的途径损失的那部份光通量。
该系数是对由于吸收和散射造成的衰减的测量。
对照阈值(Contrast threshold)(符号：￡)是人眼能发觉的最小亮度对照，例如，许诺目标物从背景中消失的值，对照阈值随各人而异。
国内外进展现状
伴随着光电子技术的不断提高,愈来愈多的国外公司推出精度高,测量范围广的前向散射式能见度测量仪:例如美国BELFORT公司生产的商业化的Model 6000 Visibility Sensor能见度测量仪,被普遍的应用在高速公路,机场口岸用于能见度的监控;芬兰的VAISALA公司制造的FD12P能见度仪对能见度的测量范围是
10-50000m,其不但用于机场,高速公路也常被用于常规气象观测对雾的领域,而且此品牌的能见度仪也在我国多个地域被普遍利用；加拿大的PEP公司研制的PEP00012能见度仪等。
国外的公司产品往往价钱超级昂贵，如芬兰 Vaisala 公司的PWD2型低功耗能见度仪，采纳散射原理测量气象能见度值，反射光波为 875nm近红外光，每台售价都在10万人民币左右。
国内的相关科研人员也增强了对国外先进产品的分析,如广州热带海洋研究所对美国Belfort仪器公司所生产的Model 6000型前向散射能见度仪的分析,其重点分析了该能见度测
量仪提高信噪比的机理和测量误差的来源;南京大学气象学院与山东地址气象局的相关工作人员对芬兰Vaisala公司所生产的PWD22前向散射型能见度仪的研究,对前向散射式能见度仪的安装与保护和串口通信都做了分析;北京奥克希尔公司的研究员马远对英国Biral公司的HSS能见度/天气气象仪的原理和设计思路和测量方式都给出了详实的描述。
国内也有多个厂家对能见度测量设备进行生产,如长春气象研究所和洛阳卓航测控设备,锦州阳光科技进展等单位都开发出了相应的透射式和散射式能见度测量仪。
其中以洛阳凯迈公司为主导,其生产制造的能见度测量仪己在全国多个城市取得推行并利用。
下表列出国内外部份能见度测量仪生产厂家及其生产的能加度测量仪型号及相关参数:
综上所述,能够预见随着光电技术的不断进展,能见度测量伩有着专门大的改良空间。
散射式能见度测量仪的工作原理
仪器的发射端发出光辐射关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映大气能见度。
散射式能见度测量仪通过测量特定角度上的散射光强,并依照其与总散射量之间的关系确信总散射系数,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能够忽略不计的,因此利用总散射系数就能够够求得能见度。
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，并依照必然角度上的散射信号与总散射量的关系确信总散射系数，由CPU 通过专门算法转化为能见度值。
其具有如下优势:镜头污染关于测量成效的阻碍较小;探测范围广;结构紧凑,易于调整等。
固然由于其也有一些先天的不足,比如因为采样体积不大,因此关于必然范围内能见度的测量可能会显现以点代面的问题;由于是用必然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,故在应历时会引入相对的误差。
能见度测量仪优缺点比较
HW-N1型能见度仪
机械结构设计
一套完整能见度仪系统要紧由机械结构、光学系统、硬件、软件程序等组成。
HW-N1型能见度仪机械结构要紧包括：能见度传感器、太阳能板、立杆、蓄电池等(如图1所示)。
能见度传感器作为大气能见度仪要紧的部件之一，它由发射器、接收器、横臂支架等组成(如图2所示)。
能见度传感器横臂支架、斜块均选用5A05航空铝材，经机械加工、铝钎焊焊接而成。
横臂支架是保证发射器、接收器彼此位置及角度的基础。
别离通过发射器、接收器的端盖与焊接式横臂支架上斜块装配定位后形成一套完整能见度传感器。
依照光学系统设计要求、保证图2所示仅α1=α2、β等参数是关键。
选用厚度6ram镀锌钢板焊接成蓄电池盒作为底座，底座再与直径为89mm镀锌钢管焊接，制成能见度仪立杆，并对其表面进行热浸锌、喷塑工艺处置。
立杆具有耐侵蚀、美观的特点。
太阳能板、蓄电池、光伏操纵器组成了太阳能供电系统，该系统可保证持续两周阴雨天情形下、设备正常供电。
光学系统
HW-N1型前向散射能见度仪属于光电测量仪器，其构造离不开光学系统。
光学系统设计任务包括：确信工作角度、发射器光路设计与接收器光路设计(如图3)。
接收器光轴与发射器光轴相交的锐角0为其工作角度。
选择工作角度原那么是方向散射量较大、以保证测量信号足够大、信噪比足够高，同时，应幸免发射器的辐射光束直接射入接收器。
实践证明，在向前方向3O。
一50。
散射角域内，具有更强散射光、且角散射系数与总散射系数的比例因子加倍稳固。
基于上述原那么，系统选用35。
工作角度。
发射器光路系统由光源、透镜组成。
系统选用880nm红外发光二极管作为光源，透镜咱们选取火石光学玻璃并将透镜的表面加镀增透薄膜。
透镜作用是将红外发光二极管发出的红外光束的发散角压窄，使发射光束能量体积密度增加。
加镀增透薄膜可减少透射光能的发射损失，提高工作光谱带的透过率。
接收器光路系统由探测光电管、透镜、滤光片组成。
探测光电管作用是探测被发射器发射、大气散射的部份红外光脉冲，输出与这部份红外光脉冲成正比的模拟电源信号。
系统选用离子着色选择性吸收玻璃为滤光片。
参考文献：
前向散射能见度仪研制张世松张月亮
(安徽蓝盾光电子股分，安徽铜陵 244000)
Belfort Model 6000能见度仪工作原理
前向散射能见度仪的发射器与接收器在成必然角度和必然距离的两处。
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，能够得出散射系数，从而估算出消光系数。
前向散射能见度仪光学原理见图1。
美国Belfort仪器公司生产的Model 6000型前向散射能见度仪，是持续测量能见度的全自动仪器，它由发送器、接收器、搜集器组成，结构示用意见图2。
该观测仪器的传感器是利用前向散射测量原理，见图3。
通过对测量一小空气体积对42。
红外光的前向散射强度，来评估气象光学范围能见度。
因大气中光的衰减是由散射和吸收引发的，在一样情形下，吸收因子能够忽略，而经由水滴反射，折射或衍射产生的散射现象组成降低能见度的因子。
故消光系数能够为和散射系数相等。
从而，通过测量散射系数可用于估量MOR。
参考文献：
Belfort Model 6000能见度仪工作原理与利用方式甘桂华，张小荣 (揭西县气象局)
CJY-2B型前向散射能见度仪
传统前向散射式能见度测量仪的机械结构：
图3.2是常见的前向散射式能见度测量仪的大体机械结构原理图,从图中能够了解到,传统的前向散射式能见度测量仪由以下三个部份组成,别离是:发射端,同意端,和操纵单元。
各自的连接是通过机械立柱,釆样空间为接收端与发射端之间相隔的大气。
由上图能够看出传统的结构在个单元的组装上是比较复杂的,因为发射端与同意端别离为独立模块,因此在安装的时候需要对其进行空间对准,即发射光源与散射点所组成的空间与同意端与散射点所组成的空间相交,可是由于此种发射与同意端的距离一样在一米左右,因此关于空间对准操作起来相对来讲比较复杂。
另外由于同意端与发射端均暴露在露天之下。
尽管在两头口前加上了一段防护长管,可是由于背景光相关于散射光超级强,仍是会存在超级大的干扰光,而且由于无法做到完全的密闭,关于爱惜长管的上端会受到阳光的直接照射,如此又会显现难以隔间的干扰光强。
关于小信号提取装置来讲,背景光的干扰会大大增加后期提取信号的复杂度,也会给电路设计产生不便。
以国产前向散射式能见度仪的实体结构为例,CJY-2B是由国内某测控推出的一款继传统机械结构能见度仪后新开发的一种前向散射能见度仪,该仪器被装配于船舶、高速公路等交通运输部门。
从图中能够发觉,该国产前向散射式能见度仪改良了原先分立安装的结构,将同意端与发射端安装在一个固定的卡槽内,减小了两头的距离,并在与接收端相对的一边制造了一个圆形挡板,该挡板能够用来阻止非散射光直接与接收端彼此接触,并在爱惜长管的顶端安装了遮阳挡板,如此一来能够使得之前可能由于爱惜长管的密闭不严的问题得以解决。
可是发射端与接收端仍是暴露在大气光强当中,尽管由于上面的改良对背景光所产生的噪声有必然排除,可是由于发光二极管功率有限,加上背景光强相关于前向散射光强仍然很强,因此仍然需要设计复杂的电路关于信号提取与处置。
