为获得抑制能见度测量不确定度的方法,根据光电二极管尺度效应对载流子复合的影响,研究了光电二极管光电转换响应度在敏感面上的分布,通过测定光电转换均匀性,建立了响应度的分布模型,其分布近似为抛物面。两种不同光电二极管的测量结果表明,光电二极管响应度均匀性在敏感面的中心区域最好,不同型号的光电二极管,其尺度效应影响程度差异较大。得出了响应度的分布对能见度测量不确定度的影响规律,光斑在中心附近区域内漂移时影响最小,光斑漂移范围越大对不确定度贡献越大,光电二极管的尺度效应是能见度探测系统不确定度的主要因素之一。采用光斑跟踪技术,使入射光斑中心保持在光电二极管敏感面上的位置在小区域内,可有效控制尺度效应的影响。

介绍了一种由两个角反射镜构成的气体传感器吸收池。利用角反射镜的反射特性和对光束的倾斜不敏感性, 提高了吸收池的稳定性和灵敏度。用几何光学方法分析光束的传输特性。提出了探测光在单波长和双波长时的传输方程和系统的测量方程, 构建了一种气体浓度检测系统。探测光在吸收池中来回传播的次数N由两个角反射镜的轴间距离决定, 差分光吸收光谱(DOAS)的灵敏度与光在池内的传播次数N成正比。在N为3时, 电池的检测阈值接近50 ppm。

为了对光纤输出光斑的均匀性进行检测, 提出了一种基于成像法, 采用区域平均法对光纤光斑均匀性进行检测的方法。首先利用数码相机对实验装置获得的光纤光斑进行采集, 再结合区域平均法对图像逐次分区进行均匀度检测, 计算出整体和各个小区域的均匀度以获取图像均匀度最佳的区域。同时引入了均匀深度的概念, 作为一种判断光源均匀性好坏的依据。结果表明, 调节后的光斑均匀性达到了99.7%以上。通过对调节前后实验装置得到的光斑进行对比分析, 并与理论计算的光纤输出光斑分布比较, 验证了该方法的有效性。

为提高白光散射法反演粒子粒径精度, 消除散射谱噪声, 使用一维引导滤波对不同角度的Mie散射光谱数据进行滤波, 并分析了引导滤波的特性。为解决引导数据引起的局部噪声问题, 提出了小波-引导滤波联合算法。在小散射角时, 引导滤波的结果与小波滤波类似, 但在大散射角时, 引导滤波的效果要比小波滤波好, 并且滤除了脉冲噪声。小波-引导联合滤波的结果在15°附近与引导滤波相同, 在45°到90°时的滤波效果明显比单独的小波滤波或引导滤波效果好, 并且去除了由引导数据引起的局部噪声。

在能见度测量中, 为了抑制环境光变化对测量不确定度的影响, 在光发射端对探测光束进行调制, 在接收端对探测到的光电信号进行带通滤波。带通滤波器的特性参数受到工作环境温度变化的影响, 导致频响函数变化, 从而引入能见度测量的不确定度。以二阶有源带通滤波器为例, 从传输函数入手分析了带通滤波器频响幅度随温度变化的规律, 实验测定了频响幅度随温度变化的关系。结果表明: 在高能见度天气状况下, 在15 ℃~40 ℃温度范围内, 环境温度每变化1 ℃, 带通滤波器将贡献约4.5%的不确定度; 低能见度时, 带通滤波器的影响比高能见度时小得多。

为了满足数字摄像法能见度测量仪均匀光源的要求, 提高半导体发光二极管照明的均匀性, 该文提出一种基于数字图像分析技术的设计方法。首先测量单颗LED在模组区域的亮度分布, 进而拟合分布函数, 再运用多颗LED亮度叠加原理, 计算出不均匀度最小的多颗LED阵列方式, 或固定均匀度对应的最佳尺寸。对仿真数据和实测数据进行对比分析, 结果表明, 该文计算出的LED阵列方式, 与单边阵列相比, 均匀度显著提高, 最高可达95%以上。

为了研究光电探测器反向偏置电压对能见度测量的影响, 使用光电探测器检测稳定的脉冲光束，改变光电探测器的反向偏置电压，通过精密示波器观察光电探测器输出信号的波形并读取输出信号的响应时间，用真有效值电压表测量相应波形有效值。结果表明，反向偏置电压的漂移会引起光电探测器响应时间的变化，进而影响光电探测器输出信号的有效值，给能见度测量带来不确定性。在选择光电探测器时要考虑反向偏压的影响，并保持反向偏压稳定。

为提高光伏照明系统中太阳能电池的光能利用率, 对太阳能电池输出进行最大功率跟踪。设计以最大功率跟踪芯片SM72442为核心的太阳能充电控制电路, 采用光伏全桥驱动芯片SM72295驱动MOS管, 构成同步Buck电路, 实现太阳能输出最大功率跟踪; 利用LED驱动芯片XL6005设计LED驱动电路。测试数据表明, 太阳能光伏电池的充电效率平均达到87.92%, LED驱动电路效率最高为91.6%。系统工作稳定, 能满足特定场合下的照明需求。

为降低背景光噪声对数字摄像法夜间能见度测量的不确定性影响, 对双光源法能见度测量系统进行改进。该系统利用避光筒限制CCD相机视场角, 拍摄2个位于不同距离的LED背光源, 然后对摄取到的图像进行处理得到光源图像的灰度值, 再根据阿拉德定律求得大气消光系数, 计算出大气能见度值。通过在无背景光、有背景光未加避光筒和加避光筒3种条件下的比对实验, 分析光源图像的灰度信息, 并将实验结果进行处理, 得出有避光筒和无避光筒时测得的能见度值与无背景光下测量结果的相关系数分别是0.911 3和0.322 7, 均方根相对偏差分别是6.87% 和23.38%。结果表明: 系统抑制背景光噪声的能力明显增强, 能较准确地测量夜间能见度。

为了研究探测光波长的漂移对能见度测量的影响。从Koschmieder经验公式的定义出发，根据实验测得400 nm~1 100 nm波段的气溶胶透过率，分析研究探测光波长漂移对能见度测量结果的影响。结果表明，能见度测量的相对误差与探测光波长和波长的漂移范围以及气溶胶消光特性有关，能见度测量的相对误差随着探测光的波长漂移范围线性增大，随着波长漂移范围的增大，各个波长的能见度测量相对误差线性增大的速率不同，对于相同的波长漂移范围，使用不同的探测光波长产生的能见度测量相对误差不同。对于某一大气环境，使用特定的波长而且中心波长稳定的光作为探测光可以明显减小由于探测光波长漂移引起的能见度测量相对误差。