DE69714065T2

DE69714065T2 - System zur messung winterlicher niederschläge

Info

Publication number: DE69714065T2
Application number: DE69714065T
Authority: DE
Inventors: John Hallett; Martin Rasmussen
Original assignee: COMMUNITY COLLEGE SYS NEV, University of; University Corp for Atmospheric Research UCAR
Current assignee: COMMUNITY COLLEGE SYS NEV, University of; University Corp for Atmospheric Research UCAR
Priority date: 1996-11-01
Filing date: 1997-10-28
Publication date: 2003-02-27
Anticipated expiration: 2017-10-29
Also published as: CA2270548C; CA2270548A1; WO1998020372A1; ATE220802T1; EP0935768A1; US5744711A; DE69714065D1; EP0935768B1

Description

Von der US-Regierung finanzierte Erfindung

Die vorliegende Erfindung wurde durch die National Science Foundation mit Unterstützung seitens der US-Regierung gemäß dem Abkommen Nr. ATM-9209181 gemacht. Die US-Regierung besitzt bestimmte Rechte an dieser Erfindung.

GEBIET DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet meteorologischer Instrumente und insbesondere ein System, mit dem das flüssige Äquivalent von Winterniederschlag, der die Erdoberfläche erreicht, und die Intensität, in der der Winterniederschlag die Erdoberfläche erreicht, quantifiziert werden.

STAND DER TECHNIK

JP-A-62 299 354 beschreibt eine Vorrichtung zum Erfassen einer Schneedecke. Die Vorrichtung besteht aus zwei beheizten Platten, wobei die eine als Bezugsplatte in einem Schutzraum vorhanden ist, und die andere als eine Messplatte Schneefall ausgesetzt ist. Indem der Energieverbrauch verglichen wird, der erforderlich ist, um die beiden Platten auf einer bestimmten Temperatur zu halten, wird das Vorhandensein einer Schneedecke bestimmt.
US-A-3 472 088 beschreibt eine Vorrichtung, die die Regen-Niederschlagsintensität auf der Grundlage des Energieverbrauchs einer Platte bestimmt, die auf einer bestimmten Temperatur gehalten wird und dem Niederschlag ausgesetzt ist.

PROBLEM

Schneemesser (snow gauge) ist der allgemeine Name für eine Vorrichtung, die dazu dient, das flüssige Äquivalent von Winterniederschlag zu quantifizieren, der die Erdober fläche an einem bestimmten Punkt der Erdoberfläche erreicht. Für die Zwecke dieses Dokumentes schließt Winterniederschlag gefrorenen Niederschlag und unterkühlten Niederschlag ein, wobei dazu Schnee, gefrierender Nieselregen und unterkühlter Nieselregel gehören, dies jedoch keine Einschränkung darstellt. Vorhandene Schneemesser beruhen jedoch auf einem an sich ungenauen Verfahren, bei dem Winterniederschlag aufgefangen und geschmolzen wird und der geschmolzene Niederschlag gewogen wird, um eine Gesamtakkumulation im Verlauf der Zeit abzuschätzen. Der Wege-Schneemesser akkumuliert Winterniederschlag in einem Akkumulationsbehälter, wenn der Winterniederschlag im freien Fall in den Akkumulationsbehälter fällt. Idealerweise fällt der Winterniederschlag in der gleichen Intensität und der gleichen Menge in den Akkumulationsbehälter wie der Winterniederschlag in der unmittelbaren Umgebung des Schneemessers fallen wurde. Der Akkumulationsbehälter ist mit Chemikalien gefüllt, so beispielsweise einer Frostschutzlösung, die aus Ethylenglykol oder einem Gemisch aus Glycol und Methanol oder einer Lösung mit ähnlicher Wirkung besteht, um den Winterniederschlag aufzulösen und zu verhindern, dass der verflüssigte Probeninhalt des Akkumulationsbehälters erneut friert. Eine Schicht aus Öl auf der Oberfläche der Frostschutzlösung trägt dazu bei Verdampfung des Frostschutzmittels und flüssiger aufgefangener Probe in dem Akkumulationsbehälter zu verzögern. Das Gewicht der flüssigen Probe wird in eine entsprechende Tiefenmessung umgewandelt, so dass die Gesamtsumme des Niederschlags und die Intensität des Niederschlags in Abhängigkeit von der Zeit geschätzt werden. Messauflösungen bei bzw. im Bereich von 0,2 mm sind beim Einsatz eines Wiege-Schneemessers erreichbar. Zu handelsüblichen Wiege-Schneemesserb gehören der Messer Universal von Belfort und der Messer ETI von Electronics Techniques Incorporated, wobei dies jedoch keine Einschränkung darstellt. Der Messer Universal ist der bevorzugte Schneemesser und der Messer, der vom United States Weather Service (NWS) verwendet wird.
Ein Problem bei einem Wiege-Schneemesser besteht darin, dass die Gesamtgenauigkeit des Messers auf mechanische Auflösungen der Akkumulation beschränkt ist. Daher ist es möglich, dass ein leichtes Winterniederschlagsereignis von oder im Bereich von 10 mm Akkumulation pro Stunde oder weniger beispielsweise überhaupt nicht erfasst wird, oder es zu erheblichen Zeitverzögerungen zwischen Akkumulationsberichten während eines derartigen Ereignisses kommen kann. In beiden Fällen sind vorhandene Schneemesser nicht in der Lage, zuverlässig und genau die Echtzeit-Akkumulation für derartige leichte Niederschlagsereignisse zu berichten.
Ein weiteres Problem, das bei einem Wiege-Schneemesser auftritt, besteht darin, dass selbst bei einem starken Winterniederschlagsereignis eine Zeitverzögerung zwischen dem Zeitpunkt, zu dem der Winterniederschlag fällt, und dem Zeitpunkt auftritt, zu dem der Schneemesser erfasst bzw. unter dem Gewicht einer messbaren Akkumulation des Winterniederschlags "umkippt". Die Zeitverzögerung kann von wenigen Minuten bis zu dreißig Minuten oder mehr reichen, so dass es schwierig wird, eine Echtzeit-Niederschlagsintensität genau zu erfassen.
Ein weiteres Problem bei einem Wiege-Schneemesser besteht darin, dass durch Wind verursachte Messfehler aufgrund von Windböen auftreten, die den Schneemesser und/oder den Akkumulationsbehälter indem Schneemesser in Schwingung versetzen bzw. zum Schwanken bringen. Obwohl das Schneemessergehäuse verstärkt werden kann, um Windböen zu widerstehen, ohne in Schwingung bzw. ins Schwanken zu geraten, wird der durch die Verstärkung erreichte Vorteil durch die zusätzlichen Material- und Herstellungskosten zunichte gemacht. Selbst wenn das Schneemessergehäuse verstärkt ist, bleibt die Empfindlichkeit des Akkumulationsbehälters im Inneren des Gehäuses Schwingungen und/oder Stößen aufgrund von Windböen ausgesetzt, die durch das im Wesentlichen hohle Schneemessergehäuse hindurch blasen.
Ein weiteres Problem bei Wiege-Schneemessern besteht in der Akkumulation von Schneefall an den inneren Seitenwänden des Messers. Diese Akkumulation an den inneren Seitenwänden stört wirkliche Echtzeit-Aufzeichnung des tatsächlichen Niederschlags, der die Erdoberfläche erreicht, und zwar in einem Maß, dass die aufgezeichnete Niederschlagsintensität bis zu 70% geringer ist als die tatsächliche Niederschlagsintensität.
Ein weiteres Problem bei Wiege-Schneemessern besteht darin, dass sie nicht in der Lage sind, zwischen Niederschlagsarten zu unterscheiden, die bei Temperaturen nahe bzw. unter Null Grad vorhanden sein können. Ein Beispiel für die Niederschlagsarten, die bei Temperaturen nahe bzw. unter Null Grad vorhanden sein können, sind Schnee und Niesel.
Aufgrund der Probleme von Wiege-Schneemessern, die oben erläutert sind, ist ein hochgenauer, kostengünstiger Schneemesser wünschenswert, der ein flüssiges Äquivalent des Winterniederschlags in wirklicher Echtzeit mit Auflösungen quantifiziert, die bei oder erheblich unter 0,2 mm Akkumulation liegen. Ein Schneemesser des gewünschten Typs ist vor der unten offenbarten und beanspruchten Erfindung bisher nicht geschaffen worden.

LÖSUNG

Mit dem Winterniederschlags-Messsystem der vorliegenden Erfindung, das in den unabhängigen Ansprüchen 1 und 6 definiert ist, werden die oben genannten Probleme gelöst, und ein Fortschritt wird erreicht. Das Winterniederschlags-Messsystem ist ein bedienungsloses System, das ein flüssiges Äquivalent von Winterniederschlag, wie beispielsweise Schnee oder Niesel, wie bereits definiert, in wahrer Echtzeit quantifiziert, ohne dass ein mit Chemikalien gefüllter Auffangbehälter oder andere mechanisch aktive Komponenten erforderlich sind. Das Winterniederschlags-Messsystem enthält eine längliche Röhre, eine Wärmeplatte in der länglichen Röhre und ein Verfahren sowie eine Vorrichtung, mit denen die Wärmeplatte auf einer im Wesentlichen konstanten Temperatur gehalten wird und eine Niederschlagsintensität bzw. -menge in Reaktion darauf bestimmt wird, dass die Wärmeplatte auf einer im Wesentlichen konstanten Temperatur gehalten wird. Das Halten der Wärmeplatte auf einer im Wesentlichen konstanten Temperatur schließt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erfassen einer Temperatur der Wärmeplatte und zum Regulieren einer der Wärmeplatte zugeführten Energiemenge in Reaktion auf die Erfassung ein. Das Bestimmen einer Niederschlagsintensität schließt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Quantifizieren einer Strommenge, die erforderlich ist, um die Wärmeplatte auf der im Wesentlichen konstanten Temperatur zu halten, und zum Umwandeln der Strommenge in eine Niederschlagsintensität ein. Das Bestimmen der Winterniederschlagsart, so beispielsweise Schnee oder Niesel, schließt ein Verfahren zum Analysieren von Energieanstiegsraten aufgrund einzelner Teilchen des Winterniederschlags ein, die mit der Wärmeplatte in Kontakt kommen.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 zeigt eine Ansicht einer Winterniederschlags-Messvorrichtung der vorliegenden Erfindung in Form eines Blockschaltbildes;
Fig. 2 zeigt eine alternative Ausführung einer Winterniederschlags-Messvorrichtung mit einer angebrachten Kamera;
Fig. 3 zeigt eine Draufsicht auf die Winterniederschlags-Messvorrichtung;
Fig. 4 zeigt eine weggeschnittene Draufsicht auf eine Wärmeplatte;
Fig. 5 zeigt Verfahrensschritte für das Winterniederschlags-Messsystem in Form eines Flussdiagramms; und
Fig. 6 zeigt eine Steuerelektronik für das Winterniederschlags-Messsystem in Form eines Blockschaltbildes.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG

Winterniederschlags-Messvorrichtung - Fig. 1-2

Fig. 1 zeigt eine Ansicht einer Winterniederschlags-Messvorrichtung 100, die in dem Winterniederschlags-Messsystem eingesetzt wird. Die Winterniederschlags-Messvorrichtung 100 ist eine längliche Röhre 105 mit einer Innenfläche 103, einer Außenfläche 104, einer ersten Öffnung 106 an einem ersten Ende 107 und einer zweiten Öffnung 150 an einem zweiten Ende 151, wobei das zweite Ende 151 von dem ersten Ende 107 entfernt ist. Die längliche Röhre 105 enthält eine Sensorelektronikbaugruppe 120 und eine Gebläsebaugruppe 130.
Die Sensorelektronikbaugruppe 120 enthält eine primäre Wärmeplatte 110, ein Sensor- Steuergehäuse 125, eine Bezugsplatte 111 sowie eine Datenübertragungsverbindung 141 zu einem entfernten Prozessor 140. Die primäre Wärmeplatte 110 ist in der länglichen Röhre 105 und im Wesentlichen senkrecht dazu angeordnet. Das Sensor-Steuer gehäuse 125 enthält Verarbeitungselektronik zum Sammeln von Ursprungs-Niederschlagsdaten. Das Sensor-Steuergehäuse 125 ist unter der primären Wärmeplatte 110 angeordnet, um es vor äußeren Einflüssen zu schützen. Zu alternativen Anordnungen des Sensor-Steuergehäuses 125 gehören, ohne dass dies eine Einschränkung darstellt, Anbringung an der Außenfläche 104 der länglichen Röhre 105, funktionelle Verbindung mit der Winterniederschlags-Messvorrichtung 100 von einer entfernten Position aus, oder jede beliebige Anordnung in oder in der Nähe der länglichen Röhre 105, wenn gewährleistet ist, dass die Position Winterniederschlag 108 nicht daran hindert, im freien Fall in Richtung A in die längliche Röhre 105 hinein zu fallen. Bezugsplatte 111 befindet sich unter dem Sensor-Steuergehäuse 125, um sie vor äußeren Einflüssen zu schützen. Es sind alternative Anordnungen und Ausrichtungen von Bezugsplatte 111 möglich, wenn gewährleistet ist, dass die Bezugsplatte 111 im Wesentlichen der gleichen Umgebungstemperatur und/oder dem gleichen Luftstrom ausgesetzt ist wie die primäre Wärmeplatte 110, wobei sie gleichzeitig vor Kontakt mit Winterniederschlag 108 geschützt ist. Eine zusätzliche aerodynamische Verkleidung kann erforderlich sein, um Bezugsplatte 111 zu schützen, wenn Wind, Windböen oder andere starke Turbulenzen kontinuierlich und/oder so stark vorhanden sind, dass die Zuverlässigkeit der Bezugsplatte 111 als tatsächliche Bezugsgröße beeinträchtigt wird. Eine weitere Alternative besteht darin, redundante Bezugsplatten zu integrieren, um einen Bezugswertvergleich zu erleichtern. Der entfernte Prozessor 140 sammelt Daten von der Bezugsplatte 111 und der primären Wärmeplatte 110 zur anschließenden Verarbeitung.
In einer bevorzugten Ausführung ist die längliche Röhre 105 im Wesentlichen senkrecht zur Erdoberfläche angeordnet, wobei das erste Ende 107 im Wesentlichen zenital ausgerichtet ist. Die primäre Wärmeplatte 110 ist im Wesentlichen senkrecht in Bezug auf die längliche Röhre 105 angeordnet, und zwar so, dass im Wesentlichen gleichmäßige Luftdurchlasse 117-118 zwischen der primären Wärmeplatte 110 und der Innenfläche 103 der länglichen Röhre 105 vorhanden sind. Das bevorzugte Verhältnis der Größe der primären Wärmeplatte 110 zu der Größe der Luftdurchlasse 117 und 118 beträgt 1 : 1.
Gebläsebaugruppe 130 ist in der Nähe des zweiten Endes 151 der länglichen Röhre 105 angeordnet. Gebläsebaugruppe 130 enthält Gebläsemotor 131 und Gebläse 132. Gebläsemotor 131 ist an der Innenfläche 103 der länglichen Röhre 105 mit Winkeln 135-136 angebracht Die Energiezufuhr für die elektrischen Bauteile in der Wintemieder schlags-Messvorrichtung befindet sich normalerweise an einer entfernten Position, so beispielsweise bei dem entfernten Prozessor 140 bzw. in dessen Nähe. In einer bevorzugten Ausführung strömt Luft durch die längliche Röhre 105 in Richtung A in die erste Öffnung 106 hinein und über die zweite Öffnung 150 aus. Bei im Wesentlichen anhaltendem Wind, Windböen und/oder starken Turbulenzen kann ein Schutzschirm oder eine andere Abschirmung erforderlich sein, um den Luftstrom durch die längliche Röhre 105 in beiden Richtungen einzuschränken.
In einer bevorzugten Ausführung ist die primäre Wärmeplatte 110 an dem Sensor-Steuergehäuse 125 mit Anbringungen 113-114 so angebracht, dass die Wärmefläche 112 im Wesentlichen zenital ausgerichtet ist. Bezugsplatte 111 ist an Sensor-Steuergehäuse 125 mit Winkeln 128-129 so aufgehängt, dass Bezugsplatte 111 den gleichen Umgebungsbedingungen ausgesetzt ist wie die primäre Wärmeplatte 110, ohne dass sie Kontakt mit Winterniederschlag 108 ausgesetzt ist. Sensor-Steuergehäuse 125 ist an der Innenfläche 103 der länglichen Röhre 105 mit Winkeln 123-124 angebracht.
Fig. 2 zeigt eine alternative Ausführung einer Winterniederschlags-Messvorrichtung 100 in Fig. 1. In Fig. 2 enthält die Winterniederschlags-Messvorrichtung 100 eine Gebläsebaugruppe 130 und eine Sensorelektronik-Baugruppe 120 in einer länglichen Röhre 105, wie es in Fig. 1 offenbart ist. Die Ausführung in Fig. 2 enthält jedoch eine transparente primäre Wärmeplatte 210, einen Spiegel 230 und eine Kamera 220. Bei der transparenten primären Wärmeplatte 210 handelt es sich um ein Heizelement, das in transparentes Material eingebettet ist. Bei dem Spiegel 230 handelt es sich um einen normalen reflektierenden Spiegel, der einer Kameraöffnung 222 zugewandt ist und durch Spiegelträger 231 in einem vorgegebenen festen Winkel getragen wird. Die Kamera 220 ist an Kameraöffnung 222 in der länglichen Röhre 105 angebracht. Der Hauptkörper der Kamera 220 wird durch Kameraträger 221 an der Außenseite der länglichen Röhre 105 getragen. Wenn der Spiegel 230 im richtigen Winkel angeordnet ist, kann Kamera 220 den Winterniederschlag 108, der auf der freiliegenden Fläche 212 der transparenten Wärmeplatte 210 landet, über Spiegel 230 sehen. Die Möglichkeit, den Winterniederschlag 108 auf der freiliegenden Fläche 212 zu sehen, ermöglicht wertvolle Echtzeit- Sichtbarkeitsdaten-Rückkopplung, so dass tatsächliche Ereignisse an der Position der Messvorrichtung 100 aus der Ferne überwacht werden können, wenn es sich bei Kamera 220 um eine Videokamera handelt.

Details der Wärmeplatte - Fig. 3-4

Fig. 3 zeigt die bevorzugte geometrische Form der Winterniederschlags-Messvorrichtung 100 und der primären Wärmeplatte 110 entweder vom ersten Ende 107 oder vom zweiten Ende 151 aus gesehen. Die Form kann jedoch jede beliebige Form aus dem geometrischen Spektrum von krummlinig bis mehrseitig sein, wenn die geometrische Form über 360º in sich geschlossen ist und die primäre Wärmeplatte 110 innerhalb der Wände der Innenfläche 103 der länglichen Röhre 105 zentriert ist, so dass ein Luftdurchlass 117-118 möglich ist. Die Kreisform der länglichen Röhre hat einen Durchmesser von ungefähr 20-30,5 cm für die Innenfläche 103.
Fig. 4 zeigt eine weggeschnittene Draufsicht auf die primäre Wärmeplatte 110. Die primäre Wärmeplatte 110 und die Bezugsplatte 111 sind hinsichtlich ihres physischen Aufbaus identisch und gehören zum Standard der Wärmeplatten, die in der Industrie erhältlich sind. Die geometrische Form der primären Wärmeplatte 110 und der Bezugsplatte 111 kann jede beliebige Form im geometrischen Spektrum von krummlinig bis mehrseitig sein, wenn die geometrische Form Raum für Luftdurchlasse 117-118 um die gesamte Platte herum lässt. In der bevorzugten Ausführung besteht die Wärmeplatte 110 aus Materialien mit einer gleichmäßig niedrigen Wärmekapazität in einem Aufbau, wie beispielsweise aus einem Aluminiumträger 420, einer Wärmeelement-Gitterschicht 410 und einer wärmeleitenden Verschlussschicht 405.

Funktionsschritte - Fig. 5

Fig. 5 zeigt die Funktionsschritte 500 für das Winterniederschlags-Messsystem der vorliegenden Erfindung in Form eines Flussdiagramms. Das System beginnt in Schritt 405 und geht in Schritt 507 zur Systeminitialisierung über. Die Systeminitialisierung 510 schiließt das Erwärmen der primären Wärmeplatte 110 und der Bezugspatte 111 auf eine vorgegebene Betriebstemperatur und das Kalibrieren der primären Wärmeplatte 11 () auf die Bezugsplatte 111 ein, ist jedoch nicht darauf beschränkt. Die optimale Betriebstemperatur für die primäre Wärmeplatte 110 und die Bezugsplatte 111 liegt unter dem lokalen Siedepunkt von Wasser, ist jedoch hoch genug, um den Wintemiederschlag unverzüglich verdunsten zu lassen, wobei dies im Wesentlichen 5-10 Sekunden dauern kann. Die Betriebstemperatur kann in Abhängigkeit von kritischen Betriebsbedingungen programmiert und reguliert werden, zu denen die Niederschlagsintensität, die Umgebungstemperatur, die Feuchtigkeit und die Kristallgröße gehören, wobei sie jedoch nicht darauf beschränkt sind. So verdunsten beispielsweise kleine Kristallgrößen schneller als große Kristallgrößen, die mit der gleichen Intensität fallen, so dass die Betriebstemperatur bei kleinen Kristallgrößen niedriger sein kann.
Die Systeminitialisierung in Schritt 507 schließt des Weiteren das Anfahren von Gebläsemotor 131 auf eine Geschwindigkeit ein, bei der Gebläse 132 Luft in Richtung B an der primären Wärmeplatte 110 vorbei und über die zweite Öffnung 150 saugt. Gebläse 132 muss so viel Luft an der primären Wärmeplatte 110 vorbei saugen, dass keine Konvektionswärmesäule an oder über der ersten Öffnung 106 entsteht, und verhindert, dass Winterniederschlag eintritt und auf die primäre Wärmeplatte 110 fällt. Ein weiterer Zweck des Gebläses 132 besteht darin, eine gleichmäßige Luftstromgeschwindigkeit in Richtung B an der Sensorelektronik-Baugruppe 120 vorbei zu erzeugen.
Wenn die primäre Wärmeplatte 110 und die Bezugspatte 111 eine optimale Betriebstemperatur für vorhandene Bedingungen aufweisen, beginnt ein kontinuierlicher Zyklus für beide Wärmeplatten. Die Temperatur der primären Wärmeplatte 110 wird in Schritt 514 geprüft. Wenn die Temperatur in Entscheidungsschritt 518 über oder unter einer idealen vorgegebenen Temperatureinstellung liegt, wird der zu der primären Wärmeplatte 110 fließende-Strom in Schritt 519 entsprechend reguliert, um die ideale vorgegebene Temperatur aufrechtzuerhalten, und der Prozess wird in Schritt 514 fortgesetzt. Wenn die Temperatur in Entscheidungsschritt 518 auf der idealen vorgegebenen Temperatureinstellung liegt, dann wird die Verarbeitung in Schritt 514 fortgesetzt.
Im Wesentlichen gleichzeitig mit dem kontinuierlichen Prozess der Schritte 514, 518 und 519 wird in Schritt 520 die Temperatur der Bezugsplatte 111 geprüft. Wenn die Temperatur in Entscheidungsschritt 525 über oder unter einer idealen vorgegebenen Temperatur liegt, wird der zu der Bezugsplatte 111 fließende Strom in Schritt 528 entsprechend reguliert, um die ideale vorgegebene Temperatur aufrechtzuerhalten, und der Prozess wird in Schritt 520 fortgesetzt. Wenn die Temperatur in Entscheidungsschritt 525 auf der idealen vorgegebenen Temperatureinstellung liegt, dann wird der Prozess in Schritt 520 fortgesetzt. Es ist anzumerken, dass die Schritte des Steuerns der Temperatur durch Steuern des zu der Bezugsplatte 11 und/oder der primären Wärmeplatte 110 fließenden Stroms als Alternative ausgeführt werden könnte, indem die Spannung so gesteuert wird, dass eine konstante Energieeinstellung für Bezugsplatte 11 und/oder die primäre Wärmeplatte 110 erreicht wird.
Im Wesentlichen gleichzeitig mit dem kontinuierlichen Temperaturprüfprozess für die primäre Wärmeplatte 110 und die Bezugsplatte 111, wie er oben definiert ist, werden die von der primären Wärmeplatte 110 und der Bezugsplatte 111 gezogenen Strommengen in Schritt 530 verglichen. Wenn der Winterniederschlag 108 auf die primäre Wärmeplatte 110 auftrifft, schmilzt der Winterniederschlag im Wesentlichen sofort und verdampft, so dass die erste Fläche 112 der primären Wärmeplatte 110 gekühlt wird. Die Bezugsplatte 111 ist den selben Umgebungsbedingungen ausgesetzt wie die primäre Wärmeplatte 110, kommt jedoch nicht mit Winterniederschlag in Kontakt. So ist die Differenz des Energieverbrauchs der primären Wärmeplatte 110 gegenüber der Bezugsplatte 111 direkt proportional zur Intensität des Winterniederschlags, der auf die primäre Wärmeplatte 111 fällt. Des Weiteren können, da die einzelnen schmelzenden Teilchen des Winterniederschlags eine andere Energieverbrauchskurve haben als nicht schmelzende Teilchen, Arten des Winterniederschlags, wie beispielsweise Schnee und Niesel unterschieden werden, indem die entsprechenden Energieverbrauchskurven verglichen werden.
Der Energieverbrauch sowohl durch die primäre Wärmeplatte 110 als auch die Bezugsplatte 111 und die Differenz des Energieverbrauchs werden in Schritt 537 mit einem Zeitvermerk in dem Sensorelektronik-Gehäuse 125 aufgezeichnet. In Schritt 539 wird die zeitlich datierte Niederschlagsintensität auf der Grundlage der Differenz in Ampere berechnet. In Schritt 542 fragt der entfernte Prozessor 140 periodisch den lokalen Prozessor in dem Sensorelektronik-Gehäuse 125 ab, um die Niederschlagsdaten zur weiteren Verarbeitung und Aufzeichnung zusammen mit den Daten von anderen Schneemesssystemen zu ermitteln.
Wenn die Messung des Energieverbrauchs und die Aufzeichnung von Daten in Entscheidungsschritt 550 fortgesetzt werden soll, wird die Verarbeitung in Schritt 530 fortgesetzt. Wenn die Messung des Energieverbrauchs und die Aufzeichnung von Daten in Entscheidungsschritt 550 nicht fortgesetzt werden soll, endet die Bearbeitung in Schritt 554.

Steuerelektronik - Fig. 6

Fig. 6 zeigt die Steuerelektronik für das Winterniederschlags-Messsystem in Form eines Blockschaltbildes. Das Winterniederschlags-Messsystem wird mit 110 V Wechselstrom oder als Alternative dazu mit 12 V Gleichstrom bei Fernbetrieb betrieben. In beiden Fällen erzeugt die Spannungsquelle 610 mit entsprechender Erdung 605 Energie für das gesamte System.
Gebläsemotor 131 wird über einen Spannungsregler 614 angetrieben. Die primäre Wärmeplatte 110 ist in einer Schleife mit Thermistor 628 zum Prüfen der Temperatur und Stromregler (amp controller) 625 zum Regulieren des zu der primären Wärmeplatte 110 fließenden Stroms nach Bedarf verbunden. Mikroprozessor 630 vergleicht die Daten bezüglich des durch die primäre Wärmeplatte 110 gezogenen Stroms, versieht sie mit einer Zeitmarkierung und überträgt die Daten zu einem entfernten Prozessor 635, um abschließende Berechnungen der Niederschlagsintensität auszuführen. Desgleichen ist Bezugsplatte 111 in einer Schleife mit Thermistor 620 zum Prüfen der Temperatur und Stromregler 618 zum Regulieren des zu Bezugsplatte 111 fließenden Stroms nach Bedarf verbunden. Mikroprozessor 630 vergleicht die Daten bezüglich des durch die Bezugsplatte 111 gezogenen Stroms, versieht sie mit einer Zeitmarkierung und überträgt die Daten zu einem entfernten Prozessor, um abschließende Berechnungen der Niederschlagsintensität auszuführen.

Claims

1. Winterniederschlags-Messsystem, das umfasst:

eine längliche Röhre (105),

eine Wärmeplatte (110), die in der länglichen Röhre (105) angebracht ist, eine Einrichtung, die die Wärmeplatte (110) auf einer im Wesentlichen konstanten Temperatur hält;

eine Einrichtung, die eine Niederschlagsmenge in Reaktion auf Energieverbrauch der Einrichtung, die die Wärmeplatte (110) auf der im Wesentlichen konstanten Temperatur hält, in Reaktion auf die Aufnahme eines vorhandenen Typs Niederschlag, der mit der Wärmeplatte (110) in Kontakt ist, bestimmt;

eine Einrichtung, die eine momentane Änderung des Energieverbrauchs der Wärmeplatte (110) in Reaktion auf die Aufnahme eines vorhandenen Typs Niederschlag, der mit der Wärmeplatte (110) in Kontakt ist, quantifiziert; und

eine Einrichtung, die angesichts der momentanen Änderung des Energieverbrauchs für jeden entsprechenden Typ Niederschlag unter verschiedenen Typen von Niederschlag unterscheidet.

2. System nach Anspruch 1, wobei die Einrichtung, die hält, umfasst:

eine Einrichtung (628), die eine Temperatur der Wärmeplatte (110) erfasst; und eine Einrichtung (625), die einen Betrag der der Wärmeplatte (110) zugeführten Energie in Reaktion auf die von der Einrichtung (628), die erfasst, bestimmten Temperatur reguliert.

3. System nach Anspruch 1, wobei die Einrichtung, die bestimmt, umfasst:

eine Einrichtung (630), die einen Betrag des Energieverbrauchs quantifiziert, um die Wärmeplatte (110) auf der im Wesentlichen konstanten Temperatur zu halten; und

eine Einrichtung (635), die den Betrag des Energieverbrauchs in eine Niederschlagsmenge umwandelt.

4. System nach Anspruch 3, wobei die Einrichtung, die quantifiziert, umfasst:

eine Einrichtung, die eine Bezugsplatte (111) auf der im Wesentlichen konstanten Temperatur hält, wobei die Bezugsplatte (111) Umgebungsbedingungen ausgesetzt ist, die die Wärmeplatte (110) beeinflussen, und die Bezugsplatte (111) vor Kontakt mit dem vorhandenen Typ Niederschlag geschützt ist, der mit der Wärmeplatte (110) in Kontakt ist, und

eine Einrichtung (630), die einen ersten Betrag von Energie, der erforderlich ist, um die Wärmeplatte (110) auf der im Wesentlichen konstanten Temperatur zu halten, in Bezug auf einen zweiten Betrag von Energie quantifiziert, der erforderlich ist, um die Bezugsplatte (111) auf der im Wesentlichen konstanten Temperatur zu halten.

5. System nach Anspruch 1, das umfasst:

eine Gebläseeinrichtung (130), die einen Luftstrom durch die längliche Röhre (105) erzeugt, um zu verhindern, dass sich eine Wärmesäule über der Wärmeplatte (110) bildet.

6. Verfahren zum Betreiben eines Winterniederschlags-Messsystems, das umfasst:

Anbringen einer Wärmeplatte (110) in einer länglichen Röhre (105);

Halten der Wärmeplatte (110) auf einer im Wesentlichen konstanten Temperatur;

Bestimmen einer Niederschlagsmenge in Reaktion auf Energieverbrauch der Wärmeplatte (110) bei der im Wesentlichen konstanten Temperatur in Reaktion auf das Aufnehmen eines vorhandenen Typs Niederschlag, der mit der Wärmeplatte (110) in Kontakt ist;

Quantifizieren einer momentanen Änderung des Energieverbrauchs der Wärmeplatte (110) in Reaktion auf die Aufnahme eines vorhandenen Typs Niederschlag, der mit der Wärmeplatte (110) in Kontakt ist; und

Unterscheiden unter verschiedenen Typen von Niederschlag angesichts der momentanen Änderung des Energieverbrauchs für jeden entsprechenden Typ Niederschlag.

7. erfahren nach Anspruch 6, wobei der Schritt des Haltens umfasst:

Erfassen einer Temperatur der Wärmeplatte (110); und

Regulieren eines Betrages von der Wärmeplatte (110) zugeführter Energie in Reaktion auf den Schritt des Erfassens.

8. Verfahren nach Anspruch 6, wobei der Schritt des Bestimmens umfasst:

Quantifizieren eines Betrages des Energieverbrauchs, mit dem die Wärmeplatte (110) auf der im Wesentlichen konstanten Temperatur gehalten wird; und

Umwandeln des Betrages des Energieverbrauchs in eine Niederschlagsmenge.

9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei der Schritt des Quantifizierens umfasst:

Halten einer Bezugsplatte (111) auf der im Wesentlichen konstanten Temperatur, wobei die Bezugsplatte (111) Umgebungsbedingungen ausgesetzt ist, die die Wär meplatte (110) beeinflussen, und die Bezugsplatte (111) vor Kontakt mit dem vorhandenen Typ Niederschlag geschützt ist, der mit der Wärmeplatte (110) in Kontakt ist; und

Quantifizieren eines ersten Betrages von Energie, der erforderlich ist, um die Wärmeplatte (110) auf der im Wesentlichen konstanten Temperatur zu halten, in Bezug auf einen zweiten Betrag an Energie, der erforderlich ist, um die Bezugsplatte (11) auf der im Wesentlichen konstanten Temperatur zu halten.

10. Verfahren nach Anspruch 10, das des Weiteren umfasst:

Absaugen von erwärmter Luft aus der Umgebung der Wärmeplatte (110), um zu verhindern, dass sich eine Wärmesäule über der Wärmeplatte (110) bildet.