CN105091796B - 雨滴谱仪及雨滴倾角的测量方法 - Google Patents

Abstract

雨滴谱仪及雨滴倾角的测量方法，雨滴谱仪包括雨滴信息采集模块和数据处理模块，雨滴信息采集模块的雨滴信息采集单元包括具有基准光阵面的基准采集子单元和具有倾斜光阵面的采集子单元，倾斜光阵面与基准光阵面倾斜相交，并相交于基准光阵面的第一中心线上，倾斜光阵面的第一中心线和基准光阵面的第一中心线重合，倾斜光阵面以基准光阵面为对称轴对称布置于所述基准光阵面的上下两侧；一个雨滴信息采集单元的基准光阵面相对其相邻的雨滴信息采集单元的基准光阵面沿水平方向偏转设置，竖直方向上一个基准采集子单元与相邻一个的基准采集子单元间隔设置。本发明在三维空间中采用水平光阵面和倾斜光阵面叠加形成采样区域，实现对雨滴倾角的测量。

Description

雨滴谱仪及雨滴倾角的测量方法

技术领域

本发明属于气象信息测量及无线电空间环境特性测量技术领域，特别涉及一种可以测量雨滴下落倾角的雨滴谱仪以及测量雨滴倾角的方法。

背景技术

为了获取降雨环境的雨滴形状、尺度、速度、取向等微物理特性，人们进行了大量的实验研究。在测量雨滴的大小和谱分布方面，最早的方法是吸水纸法、面粉法和浸润法等人工操作方法，这些传统方法精度低，工作量大，无法自动完成测量。随着材料技术、光电技术和数字信号技术的发展，分别出现了以Joss-Waldvogel雨滴谱仪为代表的振动式雨滴谱仪，以OTT-PARSIVEL雨滴谱仪为代表的光学雨滴谱仪，以2D Video Disdrometer(2DVD)为代表的高速线阵扫描雨滴谱仪以及以ITC-4123hydrophone为代表的声学雨滴谱仪。

现有的利用光电技术测量降水粒子的设备可分为一维与二维雨滴谱仪，测量方法主要有以下三种：

(1)光散射法：主要基于衍射理论和Mie氏散射理论，对于微米量级的降水粒子，激光束准直扩束后打在降水粒子上发生散射，用一到两个接收器接收被散射粒子的信号，得到与粒子尺寸分布相应的数字信号后，计算出粒径分布，这种测量原理一般适用于较小尺寸降水粒子情况。

(2)光强衰减法：基于光强衰减技术的测量仪器代表为OTT parsivel激光降水粒子测量系统，该方法利用粒子遮挡水平激光束产生的输出电压值的变化以及遮挡时间来计算粒子直径和下落速度，但是如果有两个甚至多个降水粒子同时到达采样面时，就会产生重叠误差，无论是对尺度测量还是对速度的计算，都会产生很大的影响。

(3)图像采集法：通过电荷耦合元件(CCD图像传感器)、互补金属氧化物半导体集成器件(CMOS图像传感器)或光电二极管阵列传感器(DAD传感器)获取粒子的2D/3D图像，可以直观地观测粒子图样特征，可靠性高，但是传感器价格昂贵，成本较高。其中2D VideoDisdrometer(2DVD)高速线阵扫描雨滴谱仪是目前能够测量降水粒子最多参数的仪器，但是易受风场和仪器构造的影响，无法准确测量降水粒子的形状和速度。

公告号为103852813A的中国发明专利申请公开了一种雨滴三维尺度检测装置及利用该装置计算雨滴体积的方法，该装置基于光遮挡法，在三维空间中通过光束整形系统产生垂直交叉的平行片光光束，采用高速线阵扫描成像的方法来检测和计算雨滴体积，该方法在检测雨滴检测精度方面有了一定的提高，但是无法检测雨滴的空间方位角θ和现有的雨滴谱仪不能测量雨滴倾角，无法提供雨滴倾角的微物理特征分布信息。

然而，降雨环境中雨滴倾角特征参数对于降雨环境中电磁波极化域传输特性及其应用研究具有重要的理论意义和应用价值。雨滴在降落过程中由于受到空气阻力的影响，当雨滴的等效直径大于1mm时，雨滴的呈现为扁椭球形状。扁椭球的姿态由如图1所示的雨滴倾角参数表示。电波传播理论已经证明，雨滴倾角特征参数对于降雨环境中电磁波极化域传输特性及其应用具有重要的理论意义和实用价值。例如：雨滴倾角分布统计特征，对于评估降雨环境中电磁波去极化效应至关重要；雨滴倾角分布统计特征是极化雷达、极化MIMO无线通信系统等无线电子系统的设置和性能分析的关键参数。因此，雨滴倾角参数的测量具有重要的理论意义和应用价值。然而，目前已经生产使用的雨滴谱仪不能测量雨滴倾角参数，相关专利等文献也尚未公布测量雨滴倾角的参数。

发明内容

本发明的目的是提供一种可测量雨滴倾角的雨滴谱仪。

本发明的另一目的是提供一种测量雨滴倾角的方法。

为了实现上述第一目的，本发明采取如下的技术解决方案：

雨滴谱仪，包括雨滴信息采集模块和数据处理模块，所述雨滴信息采集模块将采集到的数据传输至所述数据处理模块进行处理，并通过所述数据处理模块将处理后的数据传输给计算机，所述雨滴信息采集模块包括至少一个雨滴信息采集单元，所述雨滴信息采集单元由多个采集子单元构成，所述采集子单元包括第一光电发射阵列、接收所述第一光电发射阵列发出的光的第一光电接收阵列、第二光电发射阵列以及接收所述第二光电发射阵列发出的光的第二光电接收阵列，所述第一光电发射阵列发出的光束与所述第二光电发射阵列发出的光束相垂直，两组相互垂直的光束形成采集子单元的光阵面；所述雨滴信息采集单元包括一个具有基准光阵面的基准采集子单元和多个具有倾斜光阵面的采集子单元，所述倾斜光阵面与所述基准光阵面倾斜相交，并相交于所述基准光阵面的第一中心线上，所述倾斜光阵面的第一中心线和基准光阵面的第一中心线重合，所述倾斜光阵面以所述基准光阵面为对称轴对称布置于所述基准光阵面的上下两侧；所述一个雨滴信息采集单元的基准光阵面相对其相邻的雨滴信息采集单元的基准光阵面沿水平方向偏转设置，且在竖直方向上一个基准采集子单元与相邻一个的基准采集子单元间隔设置。

进一步的，所述数据处理模块包括依次相连的前置放大电路、滤波电路、主放大电路、A/D转换器、可编程FPGA及DSP芯片，光电接收阵列输出的电信号传送至数据处理模块后，经过放大、滤波及模数转换后，由FPGA进行数据采集，由DSP芯片对采集数据进行处理后上传至计算机。

进一步的，所述第一、第二光电发射阵列结构相同，所述第一、第二光电接收阵列的结构相同，所述第一光电发射阵列包括多个沿直线间隔设置的发光元件，所述第一光电接收阵列包括多个沿直线间隔设置的接收元件，所述接收元件与所述发光元件的位置相对应，以接收对应的发光元件发出的光。

进一步的，所述发光元件采用波长为850nm的发光二极管，所述接收元件采用扫描频率为100MHz的光敏二极管。

进一步的，所述光阵面的尺寸为30mm×30mm，每个发光元件发出的光束的直径为0.01mm，相邻发光元件间的间距为0.2mm。

进一步的，所述第一、第二光电发射阵列上分别设置有150个发光元件。

进一步的，所述雨滴信息采集单元中位于最上方的倾斜光阵面与基准光阵面间的夹角为30度，相邻光阵面间的夹角为1度。

进一步的，所述一个雨滴信息采集单元的基准光阵面相对其相邻的雨滴信息采集单元的基准光阵面沿水平方向偏转1度，最后一个雨滴信息采集单元的基准光阵面相对第一个雨滴信息采集单元的基准光阵面沿水平方向偏转90度。

进一步的，所述相邻基准采集子单元在竖直方向上的间距为0.1mm。

为了实现上述第二目的，本发明采取如下的技术解决方案：

利用前述雨滴谱仪进行雨滴倾角测量的方法，包括以下步骤：

步骤1、设定采样周期及频率，开始采样；

步骤2、获取每个雨滴信息采集单元中基准采集子单元输出的衰减电压，比较一个基准采集子单元中所有接收元件输出的衰减电压与初始电压的电压变化值，将该基准采集子单元的所有电压变化值中的最大值作为该基准采集子单元的电压变化值ΔV_max；

步骤3、比较每一个基准采集子单元的电压变化值ΔV_max，将其中的最大值作为参考电压变化值ΔV_max’；

步骤4、在输出参考电压变化值ΔV_max’的雨滴信息采集单元中，寻找在相互垂直的两个方向上的电压变化值最接近参考电压变化值ΔV_max’的采集子单元，将该采集子单元形成的倾斜光阵面作为参考光阵面s’，垂直于该参考光阵面s’的直线与竖直方向间的夹角即为雨滴倾角θ。

由以上技术方案可知，本发明通过设置多组光电发射及接收装置，在三维空间中形成沿圆周叠加的水平光阵面和倾斜光阵面，利用雨滴穿过光阵面时产生的光衰减，将光信号的衰减转换成电信号的衰减，通过特定光阵面上的电压变化值来计算雨滴粒子的倾角，实现雨滴倾角的测量。

附图说明

图1为雨滴下落时空间方位角的示意图；

图2为本发明实施例的结构框图；

图3为本发明雨滴信息采集模块的结构示意图；

图4为本发明采集子单元的结构示意图；

图5为本发明雨滴信息采集单元的结构示意图；

图6为雨滴信息采集单元另一角度的结构示意图；

图7为雨滴信息采集单元在竖直方向上的布置示意图；

图8为本发明采集子单元基准光阵面的布置示意图；

图9为雨滴穿过光阵面时的电压随时间变化的示意图；

图10为根据本发明方法计算的雨滴倾角的示意图。

以下结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细地说明。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的附图会不依一般比例做局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。需要说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、清晰地辅助说明本发明实施例的目的。

研究表明，在降雨时，半径小于lmm的雨滴基本为球形，对于更大的雨滴，其形状为底部具有一凹槽的扁椭球形，该扁椭球形具有不同长短轴。雨滴下落过程中在各种空气动力作用下，其对称轴(以短轴为对称轴)会偏离竖直方向，形成雨滴倾角θ，雨滴倾角就是对称轴与竖直方向的夹角(图1)。

当雨滴无倾角垂直下落时，从下往上看雨滴底部是一个圆，即“圆馒头形”，本发明测量雨滴倾角的原理就是找到“圆馒头形”底部的圆所在的平面，与该平面垂直的直线与竖直方向的夹角就是雨滴倾角θ。另外，本装置还可测量雨滴短轴在水平面的投影相对于给定的x轴的夹角通过雨滴倾角θ和水平偏转角就可以知道雨滴的空间方位。

如图2所示，为本发明雨滴谱仪的结构框图。本发明的雨滴谱仪包括雨滴信息采集模块1及数据处理模块2，雨滴落入雨滴信息采集模块1的采样区域内，雨滴信息采集模块1进行数据采集，并将数据传输至数据处理模块2，数据处理模块2对雨滴信息采集模块1采集到的数据进行处理后，传送至外部计算机，由计算机根据数据进行计算出测量结果。雨滴信息采集模块采集的信息包括雨滴速度、线度、倾角等。

如图3所示，本发明的雨滴信息采集模块包括至少一个雨滴信息采集单元，每一个雨滴信息采集单元均由多个采集子单元构成，每一个采集子单元均包括第一光电发射阵列、第二光电发射阵列、第一光电接收阵列以及第二光电接收阵列，第一光电接收阵列接收由第一光电发射阵列发出的光，第二光电接收阵列接收来自第二光电发射阵列的光，第一光电发射阵列发出的光束与第二光电发射阵列发出的光束相垂直，第一、第二光电接收阵列将采集到的光信号转换成电信号后传输至数据处理模块。

参照图4，采集子单元的第一光电发射阵列A由h个发光元件a组成，发光元件a沿直线间隔设置，形成一线阵。第一光电接收阵列B由h个接收元件b组成，接收元件b的位置与发光元件a的位置相对应，并接收对应的发光元件a发出的光。本实施例的发光元件采用波长为850nm的发光二极管，接收元件采用扫描频率为100MHz的光敏二极管。第二光电发射阵列C与第一光电发射阵列A的结构相同，第二光电接收阵列D与第一光电接收阵列B的结构相同。本实施例中第二光电发射阵列C与第一光电发射阵列A相邻设置、且垂直于第一光电发射阵列A，第二光电接收阵列D与第一光电接收阵列B相邻设置、且垂直于第一光电接收阵列B，第一、第二光电发射阵列以及第一、第二光电接收阵列围成正方形结构。第一光电发射阵列A发出的光束与第二光电发射阵列C发出的光束形成一个由2h束相互垂直的光束构成的光阵面。本实施例的光阵面的尺寸为30mm×30mm，每个发光元件发出的光束的直径r为0.01mm，光电发射(接收)阵列上相邻发光元件(接收元件)间的间距L为0.2mm，每个光电发射(接收)阵列上设置有150个发光(接收)元件。为了便于说明，将光阵面中平行于第一光电发射阵列A发出的光束的中心线定义为第一中心线l₁，垂直于第一光电发射阵列A发出的光束的中心线定义为第二中心线l₂。当雨滴经过光阵面时，第一光电接收阵列B和第二光电接收阵列D上的接收元件分别输出电压V1，V2,...,Vh及V1’，V2’,...,Vh’。

如图5和图6所示，雨滴信息采集单元中的每一个采集子单元都会形成一个由相互垂直的光束构成的光阵面，将位于水平面上的光阵面作为基准光阵面s₀，将形成基准光阵面的采集子单元作为基准采集子单元。从基准光阵面s₀开始沿顺时针方向依次设置有若干个倾斜光阵面，前述倾斜光阵面均与基准光阵面s₀倾斜相交，且相交于基准光阵面s₀的第一中心线l₁，倾斜光阵面的第一中心线和基准光阵面的第一中心线重合，即，可认为基准光阵面s₀以其第一中心线l₁为旋转轴沿顺时针方向旋转后一定角度后形成倾斜光阵面。从基准光阵面s₀开始逆时针方向同样依次设置相同数量的与基准光阵面s₀相交的倾斜光阵面，采集子单元中相邻光阵面间的夹角相同，位于基准光阵面s₀上方的倾斜光阵面和位于其下方的倾斜光阵面以基准光阵面为对称轴对称布置，每个倾斜光阵面在水平面上的投影均在基准光阵面s₀范围内。

根据雨滴的倾角统计分布，倾角大于30度的雨滴占极少部分，因此优选的，本实施例位于最上方的倾斜光阵面与基准光阵面s₀间的夹角为30度，位于最下方的倾斜光阵面与基准光阵面s₀间的夹角也为30度，相邻光阵面间的夹角为1度，即一个雨滴信息采集单元包括61个采集子单元，1个基准光阵面s₀对应60个扇形展开的倾斜光阵面。

雨滴信息采集模块1包括多个雨滴信息采集单元，一个雨滴信息采集单元只有一个基准采集子单元，即只有一个基准光阵面。如图7所示，一个雨滴信息采集单元的基准光阵面相对其相邻的雨滴信息采集单元的基准光阵面在水平面上偏转了一定的角度β，即每一个雨滴信息采集单元的基准光阵面的第二中心线l₂与相邻的雨滴信息采集单元的基准光阵面的第二中心线l₂间的夹角为β。优选的，本实施例中共设置了90个雨滴信息采集单元，一个雨滴信息采集单元的基准光阵面相对其前一个雨滴信息采集单元的基准光阵面偏转了1度，最后一个雨滴信息采集单元的基准光阵面相对第一个雨滴信息采集单元的基准光阵面偏转了90度。如图8所示，一个基准采集子单元与相邻一个的基准采集子单元在竖直方向上间隔设置，本实施例的相邻基准采集子单元在竖直方向上的间距d为0.1mm，则第一个雨滴信息采集单元的基准光阵面与最后一个雨滴信息采集单元的基准光阵面间的距离H＝89×d＝8.9mm，可以由此测出雨滴的降落速度，雨滴的降落速度v由雨滴经过竖直方向上的两个水平面间距离H以及经过的时间差Δt决定，记录雨滴开始接触第一个基准光阵面到接触最后一个基准光阵面的时间差，则雨滴下落速度为v＝H/Δt。

如图2所示，本实施例的数据处理模块2包括依次相连的前置放大电路、滤波电路、主放大电路、A/D转换器、可编程FPGA及DSP芯片。光敏二极管阵列经过一段时间曝光后，将接收到的光学信号转化为电信号，传送至数据处理模块2，数据经过放大、滤波及模数转换后，采用DSP芯片和可编程逻辑器件FPGA相结合，由FPGA完成光阵列中每个像素点的数据采集，由DSP芯片对采集数据进行处理后上传至外部计算机，由计算机完成计算并输出结果。本发明数据处理模块中的电路元件均采用现有技术中的现成的电路或模块。

本发明雨滴谱仪测量雨滴倾角的原理为：

雨滴信息采集模块的采样区域由各雨滴信息采集单元中采集子单元的光阵面组成，当没有雨滴落入采样区域时，光阵面中的光束直接被接收阵列接收，光敏二极管输出恒定的初始电压V₀，当有雨滴落入采集区域时，光阵面中的光束就会被雨滴遮挡，则接收阵列接收到的光强衰减，光敏二极管则输出相对于初始电压V₀发生变化的衰减电压V₁。如，当光电发射阵列中某个发光元件发出的光束没有经过雨滴时，与该发光元件对应的接收元件输出的电压为V₀，当光束经过雨滴时，由于雨滴的遮挡接收元件接收到的光衰减，接收元件输出的电压会发生变化，此时得到的电压为衰减电压V₁，则雨滴经过某一发光元件发出的光束时的电压变化值ΔV＝V₀-V₁。当雨滴进入采样区域，在经过某个光阵面时，会被该光阵面截出一个截面，称为雨滴截面，从雨滴开始接触某个光阵面到完全离开该光阵面的过程中，在某一时刻雨滴会被光阵面截取到最大圆面或椭圆面，找到所有光阵面中的最大圆面或椭圆面即可确定雨滴倾角。

本发明的雨滴倾角测量方法步骤如下：

步骤1、设定采样周期及频率，开始采样；

步骤2、获取每个雨滴信息采集单元中基准采集子单元输出的衰减电压，比较一个基准采集子单元所有接收元件输出的衰减电压V₁与初始电压V₀的电压变化值ΔV，取该基准采集子单元中所有电压变化值ΔV中的最大值作为该基准采集子单元的电压变化值ΔV_max；

参照图9，采样周期的某一时间段内，当雨滴下落经过某个光阵面时，可采集到不同时刻该光阵面所在的采集子单元的光电发射阵列发出的光束穿过雨滴后光电接收阵列接收到的几组值，每一组值分别反映了光阵面在不同时刻切割雨滴得到不同雨滴截面时光束穿过这一截面后光强的减弱值；例如，某个雨滴信息采集单元的基准光阵面在一个雨滴下落过程(采样周期)中进行了a₁次采样，每次采样该基准光阵面都会获得一个雨滴截面，每次采样在相互垂直的两个方向上的b₁个接收元件共输出b₁组电压，得到b₁组电压变化值，该时间段内共得到a₁×b₁组电压变化值，在a₁×b₁组电压变化值中选出电压变化的最大值ΔV_max作为该基准采集子单元的电压变化值；

步骤3、比较每一个基准采集子单元的电压变化值ΔV_max，将其中的最大值作为参考电压变化值ΔV_max’；

步骤4、在输出参考电压变化值ΔV_max’的雨滴信息采集单元中，寻找在相互垂直的两个方向上的电压变化值都最接近于参考电压变化值ΔV_max’的采集子单元，将该采集子单元形成的倾斜光阵面作为参考光阵面s’，垂直于该参考光阵面s’的直线与竖直方向间的夹角即为雨滴倾角θ。

如图10所示，图10中的箭头Q表示竖直方向，箭头R表示雨滴短轴所在方向，即倾斜光阵面的垂线方向，U’表示在圆面U水平面上的投影。在找到输出参考电压变化值ΔV_max’的基准光阵面后，在该基准光阵面所在的雨滴信息采集单元的所有采集子单元中寻找在相互垂直的两个发光方向上的电压变化值与参考电压变化值ΔV_max’最接近的采集子单元，这些采集子单元的电压变化值的计算方法与步骤2中基准采集子单元的电压变化值的计算方法相同，即，每次采样中一个采集子单元中第一光电接收矩阵的接收元件输出b₁/2组电压值，第二光电接收矩阵中的接收元件输出b₁/2组电压值，分别比较一个采样周期内一个采集子单元中第一光电接收矩阵中所有接收元件输出的衰减电压与原始电压的差值以及第二光电接收矩阵中所有接收元件输出的衰减电压与原始电压的差值，将两个方向上差值最大的电压变化值分别作为该采集子单元第一发光方向上的电压变化值和第二发光方向上的电压变化值，找到第一和第二发光方向上的电压变化值与参考电压变化值ΔV_max’的差值最小的采集子单元，即为第一和第二发光方向上的电压变化值最接近于参考电压变化值ΔV_max’的采集子单元，将该采集子单元形成的倾斜光阵面作为参考光阵面，即认为得到“圆馒头”底面圆所在的空间倾斜平面，该倾斜光阵面的垂线与竖直方向的夹角θ即为雨滴的空间倾角。

本发明还可以根据公式计算出光束穿过雨滴的长度l，式中的γ是激光穿过雨滴的衰减系数，γ是由衰减截面δ_e(r,λ,m)和雨滴谱分布N(D)确定的函数，计算公式如下：在降雨环境中造成的光信号衰减可以用下面的公式进行计算：式中的Q_e(x,m)为衰减效率因子。

本发明通过设计创新结构的雨滴信息采集模块，利用多组在水平面上沿圆周方向依次设置的采集子单元以及在竖直方向上沿圆周展开的采集子单元，形成不同角度的光阵面，雨滴下落经过这些光阵面时形成多个雨滴截面，通过获得所有雨滴截面中的最大圆面来确定雨滴的倾角，解决了现有雨滴谱仪无法测量雨滴倾角的问题，而且还可通过得到的最大圆面计算出光束穿过雨滴的最大长度(即雨滴“圆馒头”底面圆的直径)以及雨滴短轴在水平面的投影相对于给定的x轴的夹角从而确定雨滴的空间方位，为研究降雨环境对电磁波的去极化效应提供雨滴倾角参数，也可以为研究降雨环境中的其它传输特性提供所需的雨滴信息参数。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.雨滴谱仪，包括雨滴信息采集模块和数据处理模块，所述雨滴信息采集模块将采集到的数据传输至所述数据处理模块进行处理，并通过所述数据处理模块将处理后的数据传输给计算机，其特征在于：

所述雨滴信息采集模块包括一个以上的雨滴信息采集单元，所述雨滴信息采集单元由多个采集子单元构成，所述采集子单元包括第一光电发射阵列、接收所述第一光电发射阵列发出的光的第一光电接收阵列、第二光电发射阵列以及接收所述第二光电发射阵列发出的光的第二光电接收阵列，所述第一光电发射阵列发出的光束与所述第二光电发射阵列发出的光束相垂直，两组相互垂直的光束形成采集子单元的光阵面；

所述雨滴信息采集单元包括一个具有基准光阵面的基准采集子单元和多个具有倾斜光阵面的采集子单元，所述倾斜光阵面与所述基准光阵面倾斜相交，并相交于所述基准光阵面的第一中心线上，所述倾斜光阵面的第一中心线和基准光阵面的第一中心线重合，所述倾斜光阵面以所述基准光阵面为对称轴对称布置于所述基准光阵面的上下两侧；

一个雨滴信息采集单元的基准光阵面相对其相邻的雨滴信息采集单元的基准光阵面沿水平方向偏转设置，且在竖直方向上一个基准采集子单元与相邻一个的基准采集子单元间隔设置。

2.如权利要求1所述的雨滴谱仪，其特征在于：所述数据处理模块包括依次相连的前置放大电路、滤波电路、主放大电路、A/D转换器、可编程FPGA及DSP芯片，光电接收阵列输出的电信号传送至数据处理模块后，经过放大、滤波及模数转换后，由FPGA进行数据采集，由DSP芯片对采集数据进行处理后上传至计算机。

3.根据权利要求1或2所述的雨滴谱仪，其特征在于：所述第一、第二光电发射阵列结构相同，所述第一、第二光电接收阵列的结构相同，所述第一光电发射阵列包括多个沿直线间隔设置的发光元件，所述第一光电接收阵列包括多个沿直线间隔设置的接收元件，所述接收元件与所述发光元件的位置相对应，以接收对应的发光元件发出的光。

4.根据权利要求3所述的雨滴谱仪，其特征在于：所述发光元件采用波长为850nm的发光二极管，所述接收元件采用扫描频率为100MHz的光敏二极管。

5.根据权利要求3所述的雨滴谱仪，其特征在于：所述光阵面的尺寸为30mm×30mm，每个发光元件发出的光束的直径为0.01mm，相邻发光元件间的间距为0.2mm。

6.根据权利要求4或5所述的雨滴谱仪，其特征在于：所述第一、第二光电发射阵列上分别设置有150个发光元件。

7.根据权利要求1所述的雨滴谱仪，其特征在于：所述雨滴信息采集单元中位于最上方的倾斜光阵面与基准光阵面间的夹角为30度，相邻光阵面间的夹角为1度。

8.根据权利要求1所述的雨滴谱仪，其特征在于：所述一个雨滴信息采集单元的基准光阵面相对其相邻的雨滴信息采集单元的基准光阵面沿水平方向偏转1度，最后一个雨滴信息采集单元的基准光阵面相对第一个雨滴信息采集单元的基准光阵面沿水平方向偏转90度。

9.根据权利要求1所述的雨滴谱仪，其特征在于：所述相邻基准采集子单元在竖直方向上的间距为0.1mm。

10.利用如权利要求1至9任一项所述的雨滴谱仪进行雨滴倾角测量的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、设定采样周期及频率，开始采样；

步骤2、获取每个雨滴信息采集单元中基准采集子单元输出的衰减电压，比较一个基准采集子单元中所有接收元件输出的衰减电压与初始电压的电压变化值，将该基准采集子单元的所有电压变化值中的最大值作为该基准采集子单元的电压变化值ΔV_max；

步骤3、比较每一个基准采集子单元的电压变化值ΔV_max，将其中的最大值作为参考电压变化值ΔV_max′；

步骤4、在输出参考电压变化值ΔV_max′的雨滴信息采集单元中，寻找在相互垂直的两个方向上的电压变化值最接近于参考电压变化值ΔV_max′的采集子单元，将该采集子单元形成的倾斜光阵面作为参考光阵面s′，垂直于该参考光阵面s′的直线与竖直方向间的夹角即为雨滴倾角θ。