CN202372654U

CN202372654U - 一种光学降水量传感系统

Info

Publication number: CN202372654U
Application number: CN2011205350272U
Authority: CN
Inventors: 凌进中; 王力田; 孟媛; 黄元申; 张大伟; 李柏承; 王�琦
Original assignee: University of Shanghai for Science and Technology
Current assignee: University of Shanghai for Science and Technology
Priority date: 2011-12-19
Filing date: 2011-12-19
Publication date: 2012-08-08
Anticipated expiration: 2021-12-19

Abstract

本实用新型揭示了一种光学降水量传感系统，所述传感系统包括：光源、准直扩束系统、分束镜、反射镜、第一线阵CCD接收器、第二线阵CCD接收器、数据采集卡以及处理器；所述光源发出光的方向依次设有准直扩束系统、分束镜，第一线阵CCD接收器接收从分束镜发射的光，第二线阵CCD接收器接收经分束镜折射、经反射镜反射的光；所述数据采集卡连接第一线阵CCD接收器、第二线阵CCD接收器，将获取的数据送入处理器。本实用新型提出的光学降水量传感系统采用双光路测量方案，两束平行光的重叠区域即为测量区域。当降水颗粒分布密集时，能够判断是否有颗粒重叠发生，从而避免单光路测量时对降水颗粒直径和数量的误判。

Description

一种光学降水量传感系统

技术领域

本实用新型属于降水量测量技术领域，涉及一种降水量传感系统，尤其涉及一种光学降水量传感系统，可测量降水过程中降水颗粒的直径和速度，从而完成降水量实时监测的气象监测。

背景技术

传统的降水测量装置为翻斗式雨量筒和称重式雨量筒，这类机械装置能够测量较长时间段内的降水量，但是无法实时监测降水量的大小，无法测量降水颗粒的直径、速度等天气参数，因此该类装置已经无法满足当前气象监测的需求。

随着光电检测技术和的激光测量技术的不断进步，新的光学雨量传感器也不断问世，如OTT公司的Parsivel光学降水量传感器，根据降水颗粒对光路的遮挡来测量降水颗粒的直径和降落速度。然而该产品采用单光路测量，因此在雨滴密布的天气中或者测量区域较大时容易因为降水颗粒的前后重叠而引起对降水颗粒直径的误判。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种光学降水量传感系统，可消除现有光学降水量传感器测量过程中因降水颗粒的重叠引起的降水颗粒直径和数量的误判问题，能够准确地获得降水颗粒的直径以及通过测量区域的降水颗粒的数量。

为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：

一种光学降水量传感系统，所述传感系统包括：光源、准直扩束系统、分束镜、反射镜、第一线阵CCD接收器、第二线阵CCD接收器、数据采集卡以及处理器；使用两路相互垂直的光路的重合区域作为测量区域；所述光源发出光的方向依次设有准直扩束系统、分束镜，第一线阵CCD接收器接收从分束镜发射的光，第二线阵CCD接收器接收经分束镜折射、经反射镜发射的光；所述数据采集卡连接第一线阵CCD接收器、第二线阵CCD接收器、处理器。

作为本实用新型的一种优选方案，所述光源为半导体激光器或LED。

作为本实用新型的一种优选方案，所述第一线阵CCD接收器、第二线阵CCD接收器前还分别设有透镜。

作为本实用新型的一种优选方案，所述光源出射、经过准直扩束系统后的光束与分束镜呈45°角，由分束镜分成相互垂直的两束等强度平行光路。

作为本实用新型的一种优选方案，所述传感系统包括两个反射镜，第一反射镜与分束镜平行，第二反射镜与第一反射镜垂直，使得两束光垂直相交，两束光重叠区域即为测量区域。所述第一线阵CCD接收器、第二线阵CCD接收器实时测量所述测量区域的测量值，并将光强信号转化成电信号送入数据采集卡中；数据采集卡完成A/D转化，再由单片机完成图像处理。

具体地，当测量区域有降水颗粒通过时，由于颗粒对光路的遮挡作用，CCD接收器的测量值发生变化。通过测量区域后，光束由透镜汇聚到线阵CCD的表面，CCD将光强信号转化成电信号送入双通道数据采集卡中，由采集卡完成A/D转化，再由单片机完成图像处理，利用合适的算法得出降水颗粒的直径和速度。统计某一段设定长度的时间内所有通过测量区域的降水颗粒的体积即可得出该时间内的降水量。

作为本实用新型的一种优选方案，所述处理器为单片机。

本实用新型的有益效果在于：本实用新型提出的光学降水量传感系统采用双光路测量方案，两束平行光的重叠区域即为测量区域。当降水颗粒分布密集时，能够判断是否有颗粒重叠发生，从而避免单光路测量时对降水颗粒直径和数量的误判。

附图说明

图1为本实用新型降水量传感系统的组成示意图。

图2(a)、图2(b)为双光路测量区域中颗粒分布与探测信号的对应关系示意图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本实用新型的优选实施例。

实施例一

请参阅图1，本实用新型揭示了一种光学降水量传感系统，包括：光源1、准直扩束系统2、分束镜3、反射镜4、线阵CCD接收器6(第一线阵CCD接收器、第二线阵CCD接收器)、数据采集卡7以及处理器8。

所述光源1发出光的方向依次设有准直扩束系统2、分束镜3，第一线阵CCD接收器接收从分束镜3发射的光，第二线阵CCD接收器接收经分束镜3折射、经反射镜发射4的光；所述数据采集卡7连接第一线阵CCD接收器、第二线阵CCD接收器、处理器8。光源1可以为半导体激光器，也可以使用LED；处理器8可以为单片机。

光源1出射光束经过扩束准直系统2后校正为平行光束，再由分束镜3分成两束光，其中一束光经过反射镜4的两次反射后与第一束光相交，重叠区域9即为测量区域。当测量区域有降水颗粒通过时，由于颗粒对光路的遮挡作用，CCD接收器6的测量值发生变化。通过测量区域后，光束由透镜5汇聚到线阵CCD接收器6的表面，线阵CCD接收器6将光强信号转化成电信号送入双通道数据采集卡7中，由采集卡完成A/D转化，再由单片机8完成图像处理，利用合适的算法得出降水颗粒的直径和速度。统计某一段设定长度的时间内所有通过测量区域的降水颗粒的体积即可得出该时间内的降水量。

图2(a)、图2(b)为重叠降水颗粒的识别原理示意图。如图2(a)所示，当两颗粒在X方向完全重叠时，此时X方向的探测器会产生误判，将两个降水颗粒误判为一个，在不完全重叠的情况下，还会引起X方向探测器对降水颗粒直径的判断，因此需要Y方向的探测器辅助探测，区分X方向的探测信号是单个降水颗粒所造成还是降水颗粒重叠造成的。同理，图2(b)反应的是降水颗粒在Y方向重叠的情况，同样可以通过X方向探测器的信号来加以区分。因此，采用双光路测量，能够清楚地判断测量区域中是否有降水颗粒相互重叠发生，避免了单光路测量时对降水颗粒直径和数量的误判。

综上所述，本实用新型提出的光学降水量传感系统采用双光路测量方案，两束平行光的重叠区域即为测量区域。当降水颗粒分布密集时，能够判断是否有颗粒重叠发生，从而避免单光路测量时对降水颗粒直径和数量的误判。

这里本实用新型的描述和应用是说明性的，并非想将本实用新型的范围限制在上述实施例中。这里所披露的实施例的变形和改变是可能的，对于那些本领域的普通技术人员来说实施例的替换和等效的各种部件是公知的。本领域技术人员应该清楚的是，在不脱离本实用新型的精神或本质特征的情况下，本实用新型可以以其它形式、结构、布置、比例，以及用其它组件、材料和部件来实现。在不脱离本实用新型范围和精神的情况下，可以对这里所披露的实施例进行其它变形和改变。

Claims

1.一种光学降水量传感系统，其特征在于，所述传感系统包括：光源、准直扩束系统、分束镜、反射镜、第一线阵CCD接收器、第二线阵CCD接收器、数据采集卡以及处理器；使用两路相互垂直的光路的重合区域作为测量区域；所述光源发出光的方向依次设有准直扩束系统、分束镜，第一线阵CCD接收器接收从分束镜发射的光，第二线阵CCD接收器接收经分束镜折射、经反射镜发射的光；

所述数据采集卡连接第一线阵CCD接收器、第二线阵CCD接收器，将采集到的数据送入处理器。

2.根据权利要求1所述的光学降水量传感系统，其特征在于：

所述光源为半导体激光器或LED。

3.根据权利要求1所述的光学降水量传感系统，其特征在于：

所述第一线阵CCD接收器、第二线阵CCD接收器前还分别设有透镜。

4.根据权利要求1所述的光学降水量传感系统，其特征在于：

所述光源出射、经过准直扩束系统后的光束与分束镜呈45°角，由分束镜分成相互垂直的两束等强度平行光路。

5.根据权利要求4所述的光学降水量传感系统，其特征在于：

所述传感系统包括两个反射镜，第一反射镜与分束镜平行，第二反射镜与第一反射镜垂直，使得两束光垂直相交，两束光重叠区域即为测量区域；

所述第一线阵CCD接收器、第二线阵CCD接收器实时测量所述测量区域的测量值，并将光强信号转化成电信号送入数据采集卡中；数据采集卡完成A/D转化，再由单片机完成图像处理。

6.根据权利要求5所述的光学降水量传感系统，其特征在于：

所述测量区域与第一线阵CCD接收器、第二线阵CCD接收器之间还分别设有透镜。

7.根据权利要求1所述的光学降水量传感系统，其特征在于：

所述处理器为单片机。