世界上普遍应用的能见度观测仪主要有透射式和散射式两种. 透射仪因需要基线, 占地范围大, 不适用于海岸台站、灯塔自动气象站及船舶上. 但其具有自检能力, 低能见度下性能好等优点而适用于民航系统; 散射仪以其体积小和低廉的价格而广泛应用于码头、航空、高速公路等系统。
2. 1 透射仪
透射仪是一种通过测量大气透明度来计算能见度的仪器. 芬兰V aisala 公司的M I2TRA S 透射仪是国际上机场气象自动观测系统中用得较多的一种能见度仪器. 下面就其原理做简单介绍:
式(1) 给出光在大气中的衰减
I = I 0exp (- Rb) (1)
其中: I 0 为发射光光强, I 为接受光光强, R 为消光系数, b 为发射器与接受器之间的距离.
透射仪即是基于此公式的仪器, 光源向距离为b 的接收器发射光束, 接收器测量经过大气透射的光强. 由式(1) 可以看出, 透射仪测量公式为非线性.
R = - (1.b) ln ( I.I 0) (2)
测出两点间的透射率I.I 0, 即可算出消光系数R, 并根据Ko schm ic 原理, 能见度L = - ln0105.R.
2. 2 散射仪
透射仪测量的是衰减系数, 而散射仪则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R 等于大气中雾、霾、雪和雨的散射,图1 FD12P 结构图，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。
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.
下面重点讨论前向散射仪。前向散射仪以其体积小、性能价格比高而得到广泛应用, 普遍应用的前向散射仪可分为单光路和双光路两种.
(1) 单光路前向散射仪
芬兰V aisala 公司推出的FD12P 是一种单光路前向散射仪, 广泛应用于航空、航海、高速公路、气象等部门的能见度测量领域. 图1 FD12P 结构图
图1给出FD12P 结构, FD12P 以支架为结构基础, 支撑变换器横梁, 横梁包括光学单元——发射器FDT 12B 和接收器FDR12, 包括数据处理和接口单元的控制箱固定在支架上。