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對于高速公路安全能見度監(jiān)測而言，我們關心最多的是霧的能見度。而霧滴直徑一般在幾個 pm 到十幾個 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，其密度可達每立方厘米幾千個‘ 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，具有較強的前向散射能力 ( 見上圖 ) 。據此，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設備。
影響大氣能見度的粒子尺度譜很寬，但在散射性質上基本以米氏散射為主，表現(xiàn)出很強的前向散射特征。當光線經過大氣通路時，粒子對光的散射強度與其密度密切相關，并在前向強信號散射區(qū)存在一定的角度與大氣能見度具有很好的相關性。通過對光的散射原理和大氣物理光學的研究可知，在25-50°之間，大氣散射相函數(shù)對氣溶膠譜分布的變化不敏感，探測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計就是根據以上機理，并選擇合適的光源(波長、光強)和光路結構，通過檢測專用光源在指定大氣體積中的前向散射強度，以求得其散射系數(shù)。其在高速公路能見度監(jiān)測中的優(yōu)缺點
優(yōu)點:
(l)米氏散射的前向強散射信號有利于提高儀器的靈敏度;
(2)通過閉環(huán)電路鎖定技術提高了儀器的穩(wěn)定性;
(3)儀器的發(fā)射功率要求不高;體積相對較小、價格較低，性價比高。
缺點:
(l)不能準確測量非米氏散射粒子對大氣能見度的影響，測量信號同樣與視覺障礙(雨、雪、霧、靄等)有關，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，進而利用相關數(shù)學模型演算出大氣能見度值。其優(yōu)缺點主要是
優(yōu)點:
(1) 采用相對測量方式，不需要標定激光的發(fā)射能量，鏡頭污染對探測結果的影響較小;
(2) 采樣空間相對較大;
(3) 儀器的尺寸很小、成本低。
缺點：
(1)對于霧等粒子，Mei散射的后向散射能量相對較小，對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，造成測量信號的無規(guī)則振蕩，出現(xiàn)能見度測量值的不穩(wěn)定波動；
(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)測量信號很大程度上依賴于視覺障礙(雨、雪、霧、靄等)，必須作天氣定標函數(shù)后才能進行精確測量，使得實際操作復雜化。
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集成體，不僅可以保證一起對消光系數(shù)的測定更準確，而且可以測量各種類型的降水，包括毛毛雨、雨、雨夾雪、冰雹、雪和混合降水。同時散射測量與粒子滴譜同時測量以及具有特殊的結構設計使其測量系統(tǒng)不僅具有前向散射測量裝置的的優(yōu)點，而且具有后向散射系統(tǒng)的優(yōu)點。
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