DE69203521T2

DE69203521T2 - Verfahren und Vorrichtung zur Messung des herrschenden Wetters und der meteorologischen Sichtbarkeit.

Info

Publication number: DE69203521T2
Application number: DE69203521T
Authority: DE
Inventors: Pauli Nylander
Original assignee: Vaisala Oy
Current assignee: Vaisala Oy
Priority date: 1991-04-22
Filing date: 1992-04-10
Publication date: 1996-02-29
Anticipated expiration: 2012-04-11
Also published as: DE69203521D1; EP0510846A2; AU1490592A; FI90596B; AU654004B2; US5434778A; EP0510846B1; JPH05113483A; FI911932A; CA2065485A1; ES2077352T3; FI911932A0; FI90596C; JP3274494B2; EP0510846A3

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zur Messung des herrschenden Wetters und der meteorologischen Sichtbarkeit bzw. Sichtweite.
Das Verfahren betrifft ebenfalls eine Vorrichtung zum Messen des herrschenden Wetters und der meteorologischen Sichtweite.
Ein wichtiger Teil der Wetterbeobachtung ist die Bestimmung des herrschenden Wetters. Die Codes für das vorherrschende Wetter in einem internationalen Wetterbericht umfassen die Möglichkeit über Beobachtungen zu berichten die prinzipiell die gesamte Bewölkung, Luftturbulenzen und Typ und Menge bzw. Intensität von Niederschlägen sowie auch unterschiedliche Störungsphänomäne (zum Beispiel Blitze und Stürme) betreffen.
Das hiermit offenbarte Verfahren und die hiermit offenbarte Vorrichtung ermöglicht es auf der Basis von Messungen die meisten Parameter hinsichtlich von Niederschlägen zu bestimmen. Dies kann merklich die Automatisierung der Wetterbeobachtung fördern, was beispielsweise wiederum kürzere Intervalle zwischen Wetterbeobachtungen und dichtere Netzwerke von Beobachtungspunkten also auch deren Positionierung in nicht bewohnten Regionen ermöglicht. Niederschlag in diesem Zusammenhang bedeutet Niederschlag kondensierter Feuchtigkeit in allen möglichen Formen.
Die genaue Messung der meteorologischen Sichtweite bei allen Wetterbedingungen bildet einen wesentlichen Teil der Wetterinformation, inbesonders hinsichtlich des herrschenden Wetters an Flughäfen.
Die meisten herkömmlichen Vorrichtungen detektieren nur das Auftreten und das Aufhören von Niederschlägen oder sie messen alternativ die Niederschlagsmenge bzw. -intensität. Die Analyse von Niederschlägen in dem Umfang, wie sie bei der vorliegenden Erfindung behandelt wird, wurde bisher in keiner einzigen bekannten Vorrichtung versucht. Dieser Zielsetzung am nächsten kommt eine Vorrichtung, die auf der Analyse des optischen Meßsignales und verschiedener Typen von Mikrowellen-Wetterradareinrichtungen basiert.
Das Schlüsselproblem bei der Analyse von Niederschlägen ist die Unterscheidung der flüssigen Zustandsformen des Wassers von ihren festkondensierten Zustandsformen, wie Hagelkörnern und Schneeflocken, voneinander bei allen Niederschlagsmengen bzw. -intensitäten und bei allen Wetterbedingungen (Wind, Strahlung, Temperatur). Dies ist mit Vorrichtungen und Verfahren nach dem Stand der Technik nicht möglich.
Es sind zwei optische Verfahren im Stand der Technik bekannt: Eine basierend auf der Streuungsmessung von durch eine Vorrichtung ausgesandtem Licht und auf Szintillationsmessung von ausgesandtem Licht. Des weiteren sind mehrere unterschiedliche Vorrichtungen bekannt, die auf Lichttransmissionsmessungen basieren und die hauptsächlich für die Messung von Tröpfchendurchmesserverteilungen verwendet werden.
Eine auf Streuungsmessung basierende Vorrichtung (US Patent 4,613,938) zielt darauf ab, Partikel zu detektieren und die Größe und die Geschwindigkeit der Partikel in einem Probenvolumen zu messen, das auf Grund von Einschränkungen hinsichtlich des optischen Aufbaus größer als 0,2 Liter sein muß. Auf der Basis der Analyse von Partikelgröße und -geschwindigkeit wird eine Sortiermatrix gebildet, in der große und langsame Partikel als Schnee identifiziert werden und große und schnelle Partikel als Hagel etc.
Mit dieser vorstehend beschriebenen Vorrichtung ist nur eine statistische Messung der Verteilung der Partikelgröße möglich, da das Probenvolumen relativ groß und undefiniert ist und die Geschwindigkeit des Windes, der die Partikel bewegt, in der gleichen Größenordnung (ungefähr 5 m/s) sein kann wie die Geschwindigkeit, die sie aufgrund des freien Falls erreichen können. Die Unmöglichkeit der Geschwindigkeitsmessung wurde tatsächlich später durch den Patentinhaber erkannt und er hat dann einen zweiten optischen Empfänger zu der Vorrichtung hinzugefügt. Jedoch selbst ein zweiter optischer Empfänger befreit die Partikelgeschwindigkeitsmessung nicht von der Unsicherheit. Des weiteren bringt es die Regenmatrix mit sich, daß sich verschiedene Regentypen bei geringer Niederschlagsintensität überlappen. Offensichtlich ist das für die Partikelgrößenverteilung benötigte Probenvolumen extrem groß, da das Probenvolumen selbst bei relativ kleiner Niederschlagsintensität gleichzeitig mehrere Partikel enthält.
Eine auf Szintillationsmessung basierende Vorrichtung bestimmt die Energieverteilung bei unterschiedlichen Frequenzen für die Szintillationen von einfallendem Licht von sphärischen Partikeln (US Patent 4,760,272). Messungen haben ergeben, daß die Energie von Lichtszintillationen von Wasserpartikeln sich bei höheren Frequenzen konzentriert als diejenigen, die von Schnee herrühren. Die Intensität der Szintillationen erlaubt die Detektion des Einsetzens und des Aufhörens von Niederschlag sowie dessen Menge bzw. Intensität. Die Geschwindigkeit der Partikel beeinflußt die Signalamplitude und -qualität, wodurch die Unterscheidbarkeit unterschiedlicher Typen von Niederschlägen beeinträchtigt wird. Von der mechanischen Konstruktion der Vorrichtung hervorgerufene Turbulenzen bei windigen Bedingungen stören die Messung und dieser Nachteil kann nicht vollständig eliminiert werden. Des weiteren wird der durch aufgeheizte Luft verursachte Schimmereffekt als Szintillationssignal erfaßt.
Eine auf Mikrowellenradar basierende Vorrichtung zielt darauf ab mit Hilfe des Dopplereffekts die Fall- bzw. Sinkgeschwindigkeit von Partikeln zu messen. Die Unterscheidung der Regenarten basiert auf den Unterschieden in den Fallgeschwindigkeiten für die verschiedenen Typen von Niederschlägen. Das große Probenvolumen und Wind kann die Messung stören. Unter Wind wird der Schneefall als Regen detektiert. Nieselregen kann leicht als Schneefall interpretiert werden, weil die kleinen Tröpfchen extrem langsam fallen. Geringe Niederschlagsmengen bzw. eine geringe Niederschlagsintensität wird überhaupt nicht als Niederschlag detektiert.
Daher erlauben herkömmliche Vorrichtungen lediglich eine relativ zuverlässige Detektion des Einsetzens und des Aufhörens von Niederschlag.
Sichtweitenmeßgeräte, die auf der Messung von Lichtstreuung basieren, arbeiten vergleichsweise gut unter Nebel, der Nieselregen nahe kommt, wobei deren Betrieb mit der Streuungstheorie übereinstimmt. Bei Regen übersteigt die Partikelgröße sehr stark die Wellenlänge des einfallenden Lichts wodurch die Voraussetzungen der Streuungstheorie nicht mehr gültig sind. Desweiteren unterscheiden sich die optischen Eigenschaften und die Größenverteilung von Schnee und Wasser voneinander. Ohne Korrektur hinsichtlich der Art und Menge des Typs und der des Niederschlags ist die Sichtweitenablesung von Sichtweitenmeßgeräten des Streuungstypes nicht bei allen Wetterbedingungen zuverlässig.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung die Nachteile des vorstehend beschriebenen Standes der Technik zu überwinden und ein gänzlich neues Verfahren und eine gänzlich neue Vorrichtung zur Messung des herrschenden Wetters und der meteorologischen Sichtweite bereitzustellen.
Das Verfahren basiert auf der gleichzeitigen Messung des scheinbaren Volumens an Niederschlag und der in dem in dem Probenraum enthaltenen Wassermenge.
Im einzelnen ist das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung durch das charakterisiert, was im kennzeichnenden Teil des Anspruch 1 gesagt ist.
Desweiteren ist eine Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung durch das charakterisiert, was im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 9 gesagt ist.
Die Erfindung besitzt signifikante Vorteile.
Wasser im flüssigen Zustand besitzt eine Dichte von 1,0, während im festen, kondensierten Zustand die Dichte von Wasser ungefähr 0,9 bis 0,01 beträgt. Eine typische Dichte von Schnee ist 0,1, wobei eine Schicht von 10 mm Schnee 1 mm Regen gleichkommt. Hieraus wird ersichtlich, daß selbst eine relativ ungenaue Messung des scheinbaren Volumens der Niederschlagspartikel und die Menge des enthaltenen Wassers, geschmolzenes bzw. flüssiges Wasser von dem festkondensierten Zustand des Wassers unterscheidet. Aufgrund des Verfahrens der Wassermengenmessung beeinflußt während des Niederschlags vorherrschender Wind das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung eher positiv als negativ, da nur ein Teil der Partikel detektiert wird, die im festkondensierten Zustand auftreten. Dies ist darauf zurückzuführen, daß ein Teil des Schnees nicht auf der geheizten Meßfläche haften bleibt, sondern von dem Wind weitergetragen wird. Dies führt zu einer erhöhten Differenz beim Volumenvergleich mit der gemessenen Wassermenge.
Ein kapazitives Meßverfahren für das Wasservolumen eleminiert unrichtige Niederschlagssignale die durch möglicherweise vorhandene Insekten, Staub, Sand, etc. erzeugt werden. Des weiteren ist dieses Verfahren extrem sensitiv bei Feuchtigkeitsmessungen bis hinab zu sehr kleinen gemessenen Wasservolumina.
Das kleine Probenvolumen bei der optischen Messung verbessert das Signal/Rausch-Verhältnis, da die Intensität des von der Oberfläche des streuenden Partikels emittierten Lichts größer wird als bei der Abstrahlung der gleichen optischen Leistung in ein größeres Volumen eines Probenraums. Zusätzlich wird das Risiko mehrere Partikel gleichzeitig in dem Probenraum zu haben vermindert.
Ein Sichtweiten-Meßsystem des Streuungstypes, das ohne Korrekturen für Niederschläge arbeitet, ergibt schlechte Meßwerte während Niederschlägen. Nun wird eine Korrektur der abgelesen Meßwerte auf der Basis der detektierten Niederschlagsinformationen angewandt.
Nachfolgend wird die Erfindung genauer mit der Hilfe von beispielhaften Ausführungsformen untersucht, wie sie in dem beigefügten Zeichnungen illustriert sind, wobei
Figur 1 eine Meßvorrichtung zeigt, die auf einer Klein- Winkel-Optik gemäß der Erfindung zur Messung von herrschendem Wetter und Sichtweite basiert,
Figur 2 eine alternative Ausführungsform der Meßvorrichtung gemäß der Erfindung zum Messen von herrschenden Wetter und Sichtweite zeigt,
Figur 3 ein Detail einer Empfängereinheit gemäß der Erfindung zeigt,
Figur 4 ein Detail einer Sendereinheit gemäß der Erfindung zeigt,
Figur 5 diagrammartig beide Seiten und die Oberseite eines Montageverfahrens einer Sende/Empfängereinheit gemäß der Erfindung zeigt.
Gemäß Fig. 1 ist eine Sendereinheit 2 und eine Empfängereinheit mit einer Rechnereinheit 4 verbunden. Die optischen Achsen der Sendereinheit 2 und der Empfängereinheit 1 schließen einen Winkel α ein, der vorzugsweise 33º beträgt. Die von einer Linse 6 der Sendereinheit 2 und einer Linse 5 der Empfängereinheit 1 geformten Srahlen schneiden sich, wodurch sie in ihrem Schnittpunkt einen Meßraum 7 abgrenzen, der in vorteilhafter Weise ein Volumen von weniger als 0,2 Liter umfaßt. Die Messung der Wassermenge bzw. des Wasservolumens ist mit der Hilfe eines heizbaren kapazitiven Sensors 3 implementiert, der mit der Rechnereinheit 4 verbunden ist. Die in dem Meßraum 7 herrschende Temperatur wird desweiteren mit der Hilfe eines Sensors 8 gemessen, der ebenfalls mit der Rechnereinheit 4 verbunden ist.
Fig. 2 zeigt eine Meßvorrichtung die sich von der in Fig. 1 dargestellten Meßgeometrie unterscheidet. Die Vorrichtung umfaßt alle entsprechenden Komponenten, wie sie in Fig. 1 gezeigt sind: Eine Sendereinheit 22 mit einer Linse 26, eine Empfängereinheit 21 mit einer Linse 25, einen Meßraum 27, der durch die Strahlen dieser Einheiten abgegrenzt ist, einen heizbaren, kapazitiven Sensor 23 zum Messen des Wasservolumens und eine Rechnereinheit 24, die zum Verarbeiten der Meßergebnisse und der Steuerung des Systems dient.
Die in Fig. 1 und 2 gezeigte Basisvorrichtung ist ein extrem empfindliches und genaues Sichtweitenmeßgerätes, das nach dem Prinzip der Kleinwinkel-Vorwärtsstreuung arbeitet.
Die optische Niederschlagsanalyse basiert auf einer detaillierten Analyse des Sichtweitenmeßsignals. Echtzeitmessung und Analyse werden mittels eines integrierten Mikrocomputers in der Rechnereinheit 4 durchgeführt.
Der auf den kapazitiven Sensor 3 folgende Wasservolumenmeßbereich steuert die automatische Aufheizung der Sensormeßfläche und liefert ein Signal für das Einsetzen und das Aufhören des Niederschlags und auch ein analoges Spannungssignal, das der auf der Sensoroberfläche gemessenen Wassermenge entspricht. Das analoge Signal wird in digitale Form umgewandelt und das während eines Meßzykluses aufsummierte Wasservolumen werden aus deren Größe und Änderungen errechnet.
Der integrale Mikrocomputer der Rechnereinheit 4 führt auch die weitere Verarbeitung und die Ausgabe der Meßdaten sowie Eigendiagnose der allgemeinen Systemfunktionen und hinsichtlich der Datenzuverlässigkeit durch.
Ein Hauptteil der Systemfunktionen und nahezu alle Signalverarbeitungsschritte sind mittels Software implementiert.
Die Messung der optischen Signale geschieht gemäß den Fig. 4 und 3 wie folgt:
Gemäß Fig. 4 emittiert eine bei einer Wellenlänge von 850 nm arbeitende infrarotlichtemittierende Diode 40 der Sendereinheit mit einer Frequenz von 2,3 kHz impulsmoduliertes Licht. Das emittierte Licht wird mit einer Linse 44 (Brennweite 75 mm) kollimiert, so daß der Sendestrahl auf einen Punkt ungefähr 1 m von der Diode entfernt fokusiert wird. Die Intensität des emittierten Lichts wird mittels eines regelbaren Impulsmodulators 49 hinsichtlich der Auswirkungen von Temperaturdrift und Diodenalterung mittels eines Rückkopplungschaltkreises 47 stabilisiert, der mit einer Fotodiode 42 zum Messen des Ausgangspegels der lichtemittierenden Diode und mit einem Heizelement 41 zum Temperaturkonstanthalten der Betriebstemperatur der lichtemittierenden Diode verbunden ist. Der Impulsmodulator 49 der lichtemittierenden Diode empfängt auch ein Phasenschiebersignal 46. Verschmutzung der Linse der Sendereinheit wird durch Messung der Rückstreuung des von der Linse emittierten Lichts mit Hilfe einer Fotodiode 43 überwacht. Die lichtemittierende Diode 40 wird mittels eines mechanischen Zentrierelements 48 aus gerichtet. Die Sendereinheit wird mit der Einpfängereinheit mittels eines Synchronisationssignals 45 synchronisiert.
Gemäß Fig. 3 ist die Empfängereinheit so angeordnet und ausgerichtet, daß Sende und Empfängerstrahl sich unter einem Winkel von ungefähr 33º schneiden. Verschmutzung der Empfängerlinse 33 kann mittels einer kleinen Hilfs-LED 34 überwacht werden, wobei das von der Empfängerlinse 33 zurückgestrahlte Licht proportional zu dem Grad der Verschmutzung im Bereich des optischen Pfades ist. Die PIN- Fotodiode 30 der Einpfängereinheit ist mit einem Synchronverstärker 36 verbunden der mittels eines Synchronisationssignals 38 synchronisiert wird. Die Ausgangsspannung aus dem Verstärker wird in einem Spannungs/Frequenz- Umwandler 37 in eine Frequenz (Frequenzbereich 100 Hz bis 10 kHz) umgewandelt. Die Ausgangsfrequenz 39 der Empfängereinheit wird mittels eines Zählschaltkreises auf der Prozessorkarte der Vorrichtung und dem Prozessor selbst gemessen. Der Prozessor empfängt alle 4...8 ms ein Frequenzabtastsignal aus dem Zählerschaltkreis. Alle Frequenzabtastungen werden aufeinanderfolgend in einem Datenspeicher für die weiteren Berechnungen gespeichert. Der Empfänger ist hinsichtlich des optischen Systems mittels eines Zentrierelements 35 ausgerichtet. Ein opotischer Filter 31 ist zum Wegfiltern unerwünschter Wellenlängen vorgesehen.
Um die Leerlauffrequenz und das Systemrauschen zu messen, steuert der Prozessor den Empfänger und Sender so, daß sie beispielsweise über die in Fig. 4 gezeigte Signalleitung 46 asynchron arbeiten. Die so gemessene Leerlauffrequenz ist daher frei von Anteilen aufgrund von Streuung des ausgesandten Lichts und umfaßt daher die Leerlauffrequenz des Spannungs/Frequenzwandlers des Empfängers und das elektrische und optische Rauschen alleine.
Signalmessung und Hintergrundmessen werden abwechselnd in 15s-Perioden durchgeführt, wobei angenommen wird, daß der gemessene Hintergrund und das Rauschen auch die Situation darstellen, wie sie während der Signalmessung vorherrscht.
Das gewählte Intervall für die Frequenzabtastung entspricht einer Zeit, die nötig ist eine Strecke von ungefähr 40 mm zu durchfallen, falls die Fallgeschwindigkeit des Partikels ungefähr 5 m/s beträgt, was einen typischen Wert für eine Grenzfallgeschwindigkeit für einen Wassertropfen darstellt. Da der Durchmesser des Meßraums mittels der Fokusieroptik ebenfalls auf ungefähr 40 mm begrenzt ist, ist die durch ein solches Partikel verursachte Signaländerung im Durchschnitt in einem einzigen Abtastzyklus zu detektieren. Schneeflocken fallen langsamer und sind daher über mehrere aufeinanderfolgende Abtastungen detektierbar. Unter vorherrschendem Wind wird jede Schneeflocke ebenfalls in einer einzigen Abtastung detektiert. Das für die Messung der Fallgeschwindigkeit verwendete Meßverfahren ist höchst ungenau und wird daher in der weiteren Signalverarbeitung nicht verwendet.
Die z.B. in Fig. 1 gezeigte ineinandergreifende glasgeschützte Sensoroberfläche 3 wird eingesetzt, indem der durch das ineinandergreifende Muster gebildete Kondensator als Teil eines Schwingkreises verbunden wird, dessen Resonanzfrequenz sich ändert, wenn das Anlagern von Wasser auf der Sensormeßoberfläche ermöglicht wird. Die Frequenz des oszillierenden Schwingkreises wird mittels eines Frequenz/Spannungs-Wandlers in ein Gleichstromsignal umgewandelt. Eine schwache Beheizung des Sensorsubstrats hält die Meßoberfläche trocken, wodurch eine direkte Kondensation der Feuchtigkeit auf der Meßoberfläche verhindert wird. Die Heizleistung der Sensoroberfläche 3 wird erhöht, wenn eine Vergrößerung der Meßsignalamplitude erfaßt wird.
Wegen der extremen Empfindlichkeit des Meßschaltkreises auf Wasser, was sich aufgrund der außerordentlich hohen Dielekrtizitätskonstante von Wasser ergibt, ist das Detektionsverfahren bezüglich anderer Substanzen unempfindlich. Die aufgeheizte Oberfläche schmilzt in festen Zustand kondensiertes Wasser, so daß das Meßverfahren auch für Schnee und Eis geeignet ist.
Das in eine Gleichspannung umgewandelte Signal wird ebenfalls mit einen Analog/Digital-Wandler abgetastet. Das Signal wird ungefähr einmal pro Sekunde abgetastet. Das bei einer trockenen Oberfläche gemessene Basissignal wird von diesen Abtastsignalen subtrahiert, wodurch die Berechnung des auf die Meßoberfläche gefallenen Wasservolumens aus den schnellen Variationen des Nettosignals und dem langsam sich ändernden Teil des Signals ermöglicht wird. Die Zeitkonstante zum Mitteln des sich langsam ändernden Signalteiles wird geeignet angepaßt, so daß sie für unterschiedliche Niederschlagsintensitäten bis zu Regen paßt.
Das Meßverfahren selbst wird folgendermaßen implementiert:
Durch Messung des Niederschlagsvolumens und gleichzeitig des in dem Meßraum enthaltenen Wasservolumens unter Verwendung beispielsweise der in Fig. 1 oder 2 dargestellten Vorrichtung, kann die Art des Niederschlags aus dem Verhältnis dieser Volumina abgeleitet werden. Das scheinbare Niederschlagsvolumen wird aus der optische Signalstreuung gemessen und die Menge des enthaltenen Wassers ergibt sich aus der Signaländerung, die von dem Wasser in dem kapazitiven Sensorschalterkreis verursacht wird. Das aus der optischen Streuung erhaltene Meßsignal mit Korrekturen durch die Niederschlagsinformation ergibt die Anzeige für die meteorologische Sichtweite.
Die Intensitätsänderungen des Streulichts werden unter Verwendung eines kleinvolumigen Meßraums (0,2 Liter) mit einer Abtastfrequenz von wenigstens 20 Signalabtastungen pro Sekunde gemessen. Die gleiche Messung wird auch ohne Lichtstreuungssignal durchgeführt, um den Rauschpegel zu bestimmen. Signal- und Rauschsignalmessungen werden kontinuierlich und abwechselnd durchgeführt.
Wenn die Summe der Signaländerungen innerhalb einer voreingestellten Periode kleiner als der vorstehend beschriebene Schwellenwert für die Detektion von Niederschlag ist, wird das Ende bzw. das Aufhören von Niederschlag angezeigt. Die Detektion des Niederschlags erfolgt auch zusätzlich durch Überwachung des Signalpegels auf der geheizten Kapazitätssensormeßoberfläche.
Wenn Niederschlag detektiert wird, werden die Quadrate aller Signaländerungen, die den voreingestellten Beobachtungsschwellenwert übersteigen, errechnet, summiert und das Ergebnis wird mittels eines Korrekturfaktors korrigiert. Das Endresultat ist eine Zahl die proportional zu dem scheinbaren Volumen der detektierten Partikel ist.
Die Wassermenge des Niederschlags wird aufgrund der Signalanalyse von der Meßoberfläche des geheizten Kapazitätssensors bestimmt. Die Messung wird kalibriert, so daß während Regens das optisch gemessene scheinbare Volumen und die Menge der darin enthaltenen Wassers ungefähr gleich sind.
Der Anteil von Gefrorenem in dem Niederschlag ergibt sich aus dem Verhältnis des scheinbaren Volumens des Niederschlags zu seiner Menge. Niederschlag ist Schneefall, falls die Differenz zwischen dem scheinbaren Volumen und der gemessenen Wassermenge groß ist. Niederschlag ist Regen falls die Differenz klein ist. Graupel bzw. Graupelschauer bilden Fälle dazwischen.
Hagelkörner werden durch die Bedingung detektiert, daß die einzelnen Partikel sehr groß sind und daß die Differenz zwischen dem scheinbaren Volumen und der gemessenen Wassermenge groß ist.
Nieselregen wird als Regen kategorisiert, wobei alle gemessenen Einzelpartikel eine Größe unterhalb einer vorbestimmten Grenze aufweisen.
Die gleiche Vorrichtung wird auch zur Messung der meteorologischen Sichtweite genutzt.
Die Sichtweitenanzeige wird entsprechend der Niederschlagsanzeige korrigiert.
Für die Messung der Wassermenge werden verschiedene Verfahren angewendet. Die beste Alternative von allen wäre ein genauer und extrem empfindlicher Ausgleich. Andere alternative Verfahren sind zu unempfindlich, um eine ausreichende Gesamtempfindlichkeit für die Detektion der Niederschlagsart zu gewährleisten.
Eine grobe Einteilung der Niederschlagsarten ist auf der Basis der Temperaturmessung in dem Meßraum möglich.
Wie aus Fig. 5 zu ersehen ist, ist die Sender- oder alternative die Empängereinheit 50 auf einen Linsentubus 54 als Träger mittels einer Stützplatte 52 mit einer Bohrung, die vorzugsweise konisch abgeschrägt ist, und einem offenen, konisch abgeschrägten Ring 51 montiert. Dadurch ist die auf einer Basisplatte 56 befestigte Sender/Empfängereinheit 50 sowohl zentral durch die durch eine Linse 55 bestimmten optische Achse ausgerichtet als auch fest an den Linsentubus 54 in einem Punkt befestigt, der durch die Brennweite F bestimmt ist, wenn die Schrauben 53 festgezogen werden. Hierbei drückt die sich der Basisplatte 56 annähernde Stützplatte 52 den konisch abgeschrägten Ring 51 gegen den Linsentubus, wodurch das Gesamtsystem an Ort und Stelle gehalten wird.

Claims

1. Verfahren zur Messung des herrschenden Wetters und der meteorologischen Sichtbarkeit, in welchem

- das scheinbare Volumen an Niederschlag in einem Meßraum (7) mittels eines optischen Streuungstyp-Meßinstruments optisch gemessen wird,

- das scheinbare Volumen an Niederschlag in einem Meßraum (7) gemessen wird, der ein Volumen von weniger als 0,2 Liter aufweist,

- gleichzeitig mit der Messung des scheinbaren Volumens an Niederschlag auch die mit dem Meßraum (7) verbundene Wassermenge gemessen wird.

2. Verfahren wie in Anspruch 1 definiert, dadurchgekennzeichnet, daß während der Messung des scheinbaren Volumens an Niederschlag und der mit dem Meßraum (7) verbundenen Wassermenge auch die mit dem Meßmoment verbundene Größenverteilung der Tröpfchen (Partikel) gemessen wird.

3. Verfahren wie in Anspruch 1 definiert, dadurch gekennzeichnet, daß die mit dem Meßraum (7) verbundene Wassermenge gemessen wird, wobei ein erwärmter kapazitiver Sensor (3) verwendet wird.

4. Verfahren wie in Anspruch 3 definiert, dadurchgekennzeichnet, daß der kapazitive Sensor (3) kontinuierlich auf einem Basisleistungsniveau erwärmt wird, um die Meßoberfläche des Sensors trocken zu halten, die Heizleistung bei einem ausreichend starken Anwachsen des Meßsignals erhöht wird und die Heizleistung während Perioden, in denen das Signal einen vorgegebenen Grenzwert nicht überschreitet, korrespondierend verringert wird.

5. Verfahren wie in einem vorhergehenden Anspruch definiert, dadurch gekennzeichnet, daß Niederschlag in fester Kondensationsform für die Messung der Wassermenge auf der Meßoberfläche geschmolzen wird.

6. Verfahren wie in einem vorhergehenden Anspruch definiert, dadurch gekennzeichnet, daß die Wassermenge auf der Meßoberfläche des kapazitiven Sensors aus den Veränderungen bestimmt wird, die durch die Wassermenge in dem Meßsignal verursacht sind.

7. Verfahren wie in Anspruch 1 definiert, dadurch gekennzeichnet, daß das gemessene scheinbare Volumen an Niederschlag und die Menge an enthaltenem Wasser derart kalibriert sind, daß sie während eines Regenschauers annähernd gleich sind.

8. Verfahren wie in Anspruch 1 definiert, in welchem das scheinbare Volumen an Niederschlag mittels eines optischen Streuungstyp-Meßinstruments (1, 2) gemessen wird, dadurch gekennzeichnet, daß das scheinbare Volumen an Niederschlag, das mittels des Streuungstyp-Meßinstruments (1, 2) gemessen wird, und die Menge an enthaltenem Wasser verglichen werden und Niederschlag als Schneefall interpretiert wird, wenn eine große Differenz detektiert wird.

9. Vorrichtung zur Messung des herrschenden Wetters und der meteorologischen Sichtbarkeit, wobei die Vorrichtung umfaßt

- ein optisches Streuungstyp-Meßinstrument (1, 2) zur Messung des scheinbaren Volumens an Niederschlag in einem Meßraum (7), dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung umfaßt

- ein Mittel (3) zur Messung der mit dem scheinbaren Volumen an Niederschlag in dem Meßraum (7) verbundenen Wassermenge und

- ein Datenverarbeitungsmittel (4) zur Bestimmung des Niederschlagstyps aus dem gemessenen scheinbaren Volumen und der Wassermenge an Niederschlag.

10. Vorrichtung wie in Anspruch 9 definiert, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel zur Messung der mit dem scheinbaren Volumen an Niederschlag in dem Meßraum (7) verbundenen Wassermenge ein erwärmter kapazitiver Sensor (3) ist.

11. Vorrichtung wie in Anspruch 9 definiert, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel zur Messung der mit dem scheinbaren Volumen an Niederschlag in dem Meßraum (7) verbundenen Wassermenge eine Waage ist.

12. Vorrichtung wie in Anspruch 9 definiert, dadurch gekennzeichnet, daß die Sender- und/oder Einpfängereinheit (50) mit der Hilfe eines offenen, konisch abgeschrägten Rings (51) zwischen Trägerplatten (52, 56) an Ort und Stelle gehalten wird.