CN103592263B - 一种同时测量能见度与雨强的方法与装置 - Google Patents
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Abstract
一种测量能见度与雨强的装置，包括发射器、接收器、数据采集处理控制器以及支架，发射器的发射光路为发射视场，而接收器的平行光阑构成接收视场，发射视场与接收视场之间的夹角在35°至50°之间，发射器、接收器距离采样区中心的距离相等，其几何结构由固定的支架所控制；所述数据采集处理控制器采集处理接收器接收的散射光信号，同时控制发射器、接收器、数据采集处理控制器构成的整个系统发射、接收时序、数据采集和处理；本发明利用前向散射信号以及平行光阑设计，实现对一定厚度视场区散射信号的采集，从而实现能见度和雨强的同时测量。该装置结构简单、容易加工和维护。
Description
技术领域
本发明涉及一种气象仪器的设计方法与装置，尤其是同时测量能见度与雨强的方法与装置。
背景技术
能见度与雨强均是重要的气象参数，对于科学研究、交通运输、洪涝灾害、地质灾害预警具有重要应用价值。目前国内外已有分别测量能见度与雨强的方法和装置。如芬兰维萨拉公司生产的透射式能见度仪、前向散射能见度仪，德国OTT公司生产的PUVIO降水传感器。由于降水对能见度具有重要影响，同时测量能见度和雨强可提高设备的集成度和可靠性，减少传感器数量，节省成本，在气象、交通运输、自然灾害监测以及科学研究等领域具有重要应用价值。
目前气象台站上的能见度与雨强测量分别采用不同设备进行，需要采用两个安装支架，系统集成度低、安装架设不方便。
发明内容
本发明的目的是，提供一种能同时利用前向散射信号进行能见度和雨强测量的方法和装置，以提高近地面气象观测设备的集成度。
本发明的技术方案是：一种测量能见度与雨强的装置，包括发射器、接收器、数据采集处理控制器以及支架，所述发射器由发光二极管、发射透镜、发射电路组成，用于向大气发射近红外的光束；
所述接收器由接收物镜、平行光阑、光电二极管、接收电路组成，用于接收被气溶胶粒子和雨滴散射后的光；
所述接收器中的平行光阑，由两个相隔一定距离相同大小的光阑组成，以便只接收具有固定厚度的视场区内的散射光；
发射器的发射光路为发射视场，而接收器的平行光阑构成接收视场，发射视场与接收视场之间的夹角在35°至50°之间，发射器、接收器距离采样区中心的距离相等，其几何结构由固定的支架所控制；
所述数据采集处理控制器采集处理接收器接收的散射光信号，同时控制发射器、接收器、数据采集处理控制器构成的整个系统发射、接收时序、数据采集和处理；
所述数据采集处理控制器能根据接收的前向散射信号强度计算能见度，能根据接收的前向散射信号脉冲变化分析处理雨滴的下落速度和大小，计算雨强。
进一步，发射视场与接收视场的交叉区域为采样区，发射器、接收器距离采样区中心的距离相等。
发射器、接收器距离采样区中心的距离为250mm。
本发明的有益效果是：本发明利用前向散射信号以及平行光阑设计，实现对一定厚度视场区散射信号的采集，从而实现能见度和雨强的同时测量，并且能保证测量的准确度和精度。该装置结构简单、容易加工和维护，提高了气象仪器的集成度。
附图说明
图1能见度雨强前向散射测量原理示意图。
图2接收物镜中的光阑结构图。
图3测量装置组成框图。
具体实施方式
图1所示，一种能同时利用前向散射信号进行能见度和雨强测量的装置，包括发射器1、接收器2、采样体积3；数据采集处理控制器以及支架，发射视场与接收视场之间的夹角约为39°（发射光的中心线为基准），发射器、接收器距离采样区中心的距离为250mm（如图1所示）。
发射器由发光二极管、发射透镜、发射电路等组成，用于向大气发射波长为870nm的光束。
所述接收器由接收物镜、光阑、光电二极管、接收电路等组成，用于接收被气溶胶粒子和雨滴散射后的光。在接收物镜上设置两个平行的光阑（结构图见图2），两个光阑的间距为80mm，光阑的宽度为44mm，厚度为10mm，以便形成一个具有固定厚度的接收视场区。
在接收物镜上设置两个平行的光阑（如图2所示），两个光阑的间距为80mm，光阑的宽度为44mm，厚度为10mm，以便形成一个具有固定厚度的接收视场区。
所述数据采集处理控制器由采集电路、控制电路、数据处理电路等组成，采集处理接收器接收的散射光信号，同时控制发射器、接收器、数据采集处理控制器构成的整个系统发射、接收时序、数据采集和处理等。数据采集处理控制器采集处理接收器接收的散射光信号，同时控制发射器、接收器、数据采集处理控制器构成的整个系统发射、接收时序、数据采集和处理。当雨滴或雪粒等降水颗粒通过该装置的采样区时，引起的前向散射信号变化的强度大小反应了降水颗粒的大小，信号通过采样区时引起的脉冲变化数量反应了降水颗粒的下落速度。通过对降水颗粒引起的前向散射信号变化的分析处理，可得到降水颗粒的粒径信息，统计一分钟内通过采样区的降水颗粒数据便可计算降水的分钟雨强。根据分钟的平均前向散射信号，可计算分钟能见度。也可采用其它单位时间取样。
数据采集处理控制器能根据接收前向散射信号的强度计算能见度，能根据前向散射信号的脉冲变化分析处理雨滴的下落速度和大小，计算雨强均采用现有技术方法（如图3所示）。
以上描述了本发明的基本原理、主要特征和优选实施方式。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰都落入本发明的保护范围内。本发明要求的保护范围由的权利要求及其等同决定。
Claims (5)
1.一种测量能见度与雨强的装置，包括发射器、接收器、数据采集处理控制器以及支架，其特征在于所述发射器由发光二极管、发射透镜、发射电路组成，用于向大气发射近红外的光束；
所述接收器由接收物镜、平行光阑、光电二极管、接收电路组成，用于接收被气溶胶粒子和雨滴散射后的光；
所述接收器中的平行光阑，由两个相隔一定距离相同大小的光阑组成，以便只接收具有固定厚度的视场区内的散射光；
发射器的发射光路为发射视场，而接收器的平行光阑构成接收视场，发射视场与接收视场之间的夹角在35°至50°之间，发射器、接收器距离采样区中心的距离相等，其几何结构由固定的支架所控制；
所述数据采集处理控制器采集处理接收器接收的散射光信号，同时控制发射器、接收器、数据采集处理控制器构成的整个系统发射、接收时序、数据采集和处理；
所述数据采集处理控制器能根据接收的前向散射信号强度计算能见度，能根据接收的前向散射信号脉冲变化分析处理雨滴的下落速度和大小，计算雨强；
发射视场与接收视场的交叉区域为采样区，发射器、接收器距离采样区中心的距离相等；
所述发射器由发光二极管、发射透镜、发射电路组成，用于向大气发射波长为870nm的平行光。
2.根据权利要求1所述的测量能见度与雨强的装置，其特征在于，发射视场与接收视场之间的夹角为39°
3.根据权利要求1所述的测量能见度与雨强装置进行能见度与雨强测量方法，其特征在于，所述数据采集处理控制器采集处理接收的散射光信号，同时控制整个系统发射、接收时序。
4.根据权利要求3所述的测量方法，其特征在于，数据采集处理控制器采集接收器接收的前向散射信号，根据散射信号强度和脉冲变化分析计算能见度和雨强。
5.根据权利要求3所述的测量方法，其特征在于，发射视场与接收视场之间的夹角为39°。
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