JPH036440A - 雨滴粒径分布測定装置 - Google Patents
雨滴粒径分布測定装置Info
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- JPH036440A JPH036440A JP1139218A JP13921889A JPH036440A JP H036440 A JPH036440 A JP H036440A JP 1139218 A JP1139218 A JP 1139218A JP 13921889 A JP13921889 A JP 13921889A JP H036440 A JPH036440 A JP H036440A
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- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
[産業上の利用分野]
本発明は、自然界の雨滴の粒径の分布を測定するための
雨滴粒径分布測定装置に関する。
雨滴粒径分布測定装置に関する。
[従来の技術]
従来、大気中から地上に落下する雨の雨量を測定する雨
量計のうちで、個々の雨滴について、その径を測定する
ことができ、雨滴径分布を求めることのできる方法とし
ては、濾紙によって捕集し、濾紙上の“しみ”から雨滴
の径を推定する方法が採用されている。この方法は、“
しみ”の径を求めるのも人間の目視に頼っているので、
多数の雨滴の分布を出す時には困難が伴う。
量計のうちで、個々の雨滴について、その径を測定する
ことができ、雨滴径分布を求めることのできる方法とし
ては、濾紙によって捕集し、濾紙上の“しみ”から雨滴
の径を推定する方法が採用されている。この方法は、“
しみ”の径を求めるのも人間の目視に頼っているので、
多数の雨滴の分布を出す時には困難が伴う。
この雨滴を濾紙によって捕集する方法の欠点を解消した
ものとして、スイスのデイストロメータ(Distro
met )社から、商品名、デイストロメータ(Dis
trometer )として市販されているマイクロフ
ォン雨量計がある。
ものとして、スイスのデイストロメータ(Distro
met )社から、商品名、デイストロメータ(Dis
trometer )として市販されているマイクロフ
ォン雨量計がある。
このマイクロフォン雨量計として、第4図のようにデイ
ストロメータは、径20CI11の円筒50に、雨受は
板51が被せてあり、雨受は板51への雨滴の52衝突
による振動がバネ53に支えられた中央の軸を通って、
マイクロフォン54に伝えられる。雨滴52が雨受は板
51の中央と端に当たったときの応答の差、雨受は板5
1が濡れているときの小雨滴の応答、変換器の特性など
いくつか問題がある(村山信彦、“これからの気象観測
”p44.東京堂出版(1983)参照)。
ストロメータは、径20CI11の円筒50に、雨受は
板51が被せてあり、雨受は板51への雨滴の52衝突
による振動がバネ53に支えられた中央の軸を通って、
マイクロフォン54に伝えられる。雨滴52が雨受は板
51の中央と端に当たったときの応答の差、雨受は板5
1が濡れているときの小雨滴の応答、変換器の特性など
いくつか問題がある(村山信彦、“これからの気象観測
”p44.東京堂出版(1983)参照)。
一方、雨滴によって生じる光のシンチレーションを使い
光伝播路上を平均降水量と粒径分布を逆算する光雨量計
がある。この光雨量計では、数mWのHe−Neレーザ
ビームを遮って雨滴が生じさせるシンチレーションパタ
ーンの落下速度を。
光伝播路上を平均降水量と粒径分布を逆算する光雨量計
がある。この光雨量計では、数mWのHe−Neレーザ
ビームを遮って雨滴が生じさせるシンチレーションパタ
ーンの落下速度を。
光風速計と同様の方法で求める。光雨量計において、地
上付近の雨滴の大きさと終速度の関係から、伝播路上の
平均降水量と粒径分布を逆算することが可能である。こ
の場合、雨滴による光強度変化から同様に雨滴径を求め
ることができる。
上付近の雨滴の大きさと終速度の関係から、伝播路上の
平均降水量と粒径分布を逆算することが可能である。こ
の場合、雨滴による光強度変化から同様に雨滴径を求め
ることができる。
また、第5図に示すように、光雨量計の別のタイプとし
て、イリング’7−7. (ILINGWORTH)ら
による光シャドウグラフの原理を利用したものがあル(
A、 J、 ILLINGWORTH& C,J、 5
TEVENS 、 J。
て、イリング’7−7. (ILINGWORTH)ら
による光シャドウグラフの原理を利用したものがあル(
A、 J、 ILLINGWORTH& C,J、 5
TEVENS 、 J。
Atmos、 0ceanic Technol; 4
(1987)441. )。
(1987)441. )。
この方法も、雨滴によって発生するパルス対のパルスの
高さと雨滴径との関係により、雨滴径を求めているので
あり、直接的に計測しているのではない。
高さと雨滴径との関係により、雨滴径を求めているので
あり、直接的に計測しているのではない。
以上のべた、光強度変化やパルス高さを求める方法は、
長期にわたる計測においては、システム全体の安定性(
アンプ等のゲインの変動を少なくする)を要求され、高
価なシステムになる欠点がある。
長期にわたる計測においては、システム全体の安定性(
アンプ等のゲインの変動を少なくする)を要求され、高
価なシステムになる欠点がある。
原子炉内等における滴下液滴の径を計測する方法として
、第6図に示す一次元センサを用いた方法がある(特願
昭61−16511号)。この方法は、滴下する液滴7
2に平行光線71を照射し、その反射光及び透過屈折光
を光学結像系74により結像させ、一次元光センサ73
上の反射光及び透過屈折光の2つの輝点間の距離r、十
r2を検出するものである。
、第6図に示す一次元センサを用いた方法がある(特願
昭61−16511号)。この方法は、滴下する液滴7
2に平行光線71を照射し、その反射光及び透過屈折光
を光学結像系74により結像させ、一次元光センサ73
上の反射光及び透過屈折光の2つの輝点間の距離r、十
r2を検出するものである。
具体的に説明すると、この検出方法は、第7図(a)に
示すように、各液滴に平行光線71を照射することによ
って得られる反射光及び透過屈折光が夫々の輝点となっ
て液滴から出射することを利用したものである。ここで
、各液滴から得られる反射光及び透過屈折光の液滴中心
からの距離を夫々R1及びR2とすると、両輝点間の距
離は、R,十R2となる。
示すように、各液滴に平行光線71を照射することによ
って得られる反射光及び透過屈折光が夫々の輝点となっ
て液滴から出射することを利用したものである。ここで
、各液滴から得られる反射光及び透過屈折光の液滴中心
からの距離を夫々R1及びR2とすると、両輝点間の距
離は、R,十R2となる。
一方、両輝点位置は液滴の屈折率及び入射光の液滴に対
する入射角によって、一義的に定まるから、距離R,+
R2から液滴の径を求めることができる。実際には、液
滴からの反射光及び透過層折光は、光学結像系74によ
り拡大されて、第7図(b)に示す一次元光センサ73
に与えられる。
する入射角によって、一義的に定まるから、距離R,+
R2から液滴の径を求めることができる。実際には、液
滴からの反射光及び透過層折光は、光学結像系74によ
り拡大されて、第7図(b)に示す一次元光センサ73
に与えられる。
−次元センサ73上の反射光及び透過屈折光の2つの輝
点間の距離r+ +r2は、反射光及び透過屈折光の夫
々の入射角θ1.θ2及び光学結像系の倍率mとから、
液滴の半径R(=r/m)は次式(第1式)により算出
される。
点間の距離r+ +r2は、反射光及び透過屈折光の夫
々の入射角θ1.θ2及び光学結像系の倍率mとから、
液滴の半径R(=r/m)は次式(第1式)により算出
される。
1 rl +r2R=−・
・・・(第1式)%式% θ1=(π−θ)/2 ・・・(第2式)θ2=(θ
+2φ)/2 ・・・(第3式)%式% n= (n:屈折率)・・・(第4式)s
in φ より算出される。
・・・(第1式)%式% θ1=(π−θ)/2 ・・・(第2式)θ2=(θ
+2φ)/2 ・・・(第3式)%式% n= (n:屈折率)・・・(第4式)s
in φ より算出される。
この方法による滴下液滴の検出装置を雨量計に適用した
ときに、下記(い)〜(は)のような問題点が生じる。
ときに、下記(い)〜(は)のような問題点が生じる。
(い)液滴径の検出限界と、光源の必要強度第8図は、
−次元センサーとして、4096画素ccDセンサを用
いて直径5mmのボールレンズを計測したときの画素ご
との出力波形を示す図である。ここでは、光源として直
線偏光を用いた場合の計測結果を示している。この図に
おいて、一般的に反射光は、透過屈折光のピーク光量(
図の一番高い所の光量の)1/10以下の大きさである
。液滴径を求める為には、反射光及び透過屈折光の両方
が適当な強度を有する必要がある。
−次元センサーとして、4096画素ccDセンサを用
いて直径5mmのボールレンズを計測したときの画素ご
との出力波形を示す図である。ここでは、光源として直
線偏光を用いた場合の計測結果を示している。この図に
おいて、一般的に反射光は、透過屈折光のピーク光量(
図の一番高い所の光量の)1/10以下の大きさである
。液滴径を求める為には、反射光及び透過屈折光の両方
が適当な強度を有する必要がある。
一方、本発明者らの試験研究による知見から、反射光や
透過屈折光のピーク光量は、液滴径に比例することが判
明している。光源の光強度を増すと、微小液滴の検出は
可能となるが、今度は大きな液滴の透過屈折光が、飽和
する欠点がある。
透過屈折光のピーク光量は、液滴径に比例することが判
明している。光源の光強度を増すと、微小液滴の検出は
可能となるが、今度は大きな液滴の透過屈折光が、飽和
する欠点がある。
(ろ)光源強度プロフィルの平坦性
He−Neレーザの強度プロフィル(光束断面光量分布
)はガウス分布であるため、平行光線の強度プロフィル
もガウス分布となる。即ち、光軸中心近くでは、光の強
さは大きいが、端に近づくと低下してしまう。
)はガウス分布であるため、平行光線の強度プロフィル
もガウス分布となる。即ち、光軸中心近くでは、光の強
さは大きいが、端に近づくと低下してしまう。
このため、光軸中心付近では、微小液滴からの散乱光を
検出できるが、端に近づくと、大きな液滴しか検出でき
ない。検出が可能な液滴径が光軸中心と端では差が生じ
てしまい、液滴径分布を正確に求められないという致命
的な欠点を有する。
検出できるが、端に近づくと、大きな液滴しか検出でき
ない。検出が可能な液滴径が光軸中心と端では差が生じ
てしまい、液滴径分布を正確に求められないという致命
的な欠点を有する。
(は)ダイナミックレンジ
第6図の滴下液滴検出装置は、人が直接近づくことので
きない原子炉格納容器内などで使用することを前提に開
発されたものであり、光源のHeNeレーザの強度をい
くら大きくしても、人体に対する危険性は考慮しなくて
も良い。
きない原子炉格納容器内などで使用することを前提に開
発されたものであり、光源のHeNeレーザの強度をい
くら大きくしても、人体に対する危険性は考慮しなくて
も良い。
しかし、このような構成の滴下液滴検出装置を利用した
雨量計においては、自然界の降雨を計測するため、ある
限られた場所に設置されるとはいえ、人が接近すること
も予想される。このため、光源の光強度は低いものが望
ましい。また、一般的に雨量計の使用は、気象観測など
において、長期連続することが多い。このため、前述の
ように、強力なレーザ光源を用いない場合においても、
消費電力の小さい光源が必要とされる。
雨量計においては、自然界の降雨を計測するため、ある
限られた場所に設置されるとはいえ、人が接近すること
も予想される。このため、光源の光強度は低いものが望
ましい。また、一般的に雨量計の使用は、気象観測など
において、長期連続することが多い。このため、前述の
ように、強力なレーザ光源を用いない場合においても、
消費電力の小さい光源が必要とされる。
そこで、強力なレーザ光源を使用しないので安全で、且
つ、消費電力の少なく経済的な雨滴計量ll装置が提案
されている。
つ、消費電力の少なく経済的な雨滴計量ll装置が提案
されている。
[発明が解決しようとする課題]
上述した雨量計には、次の(1)、(2)のような欠点
がある。
がある。
(1)平行光を2方向から入射させたことによる問題点
。
。
第9図(a)及び(b)のように、平行光を2方向から
入射させたときにおいて、第10図(a)に示すように
2反射光と透過屈折光とが一致した場合には、1つの雨
滴に対して、2つの輝点が得られ、夫々の輝点の光量も
多きくなり、良好な計測が行われる。
入射させたときにおいて、第10図(a)に示すように
2反射光と透過屈折光とが一致した場合には、1つの雨
滴に対して、2つの輝点が得られ、夫々の輝点の光量も
多きくなり、良好な計測が行われる。
これに対して、第10図(b)においては、1つの雨滴
に対して4つの輝点が得られることになり、そのうち2
つの輝点が大きいので、計測は可能であるが、小さい輝
点が接近して存在するときには、輝点ピーク位置の検出
精度が低下する。
に対して4つの輝点が得られることになり、そのうち2
つの輝点が大きいので、計測は可能であるが、小さい輝
点が接近して存在するときには、輝点ピーク位置の検出
精度が低下する。
また、雨滴が2つ以上同時に検出された場合で、それら
が近接している時においては、まず、どの輝点がどちら
の雨滴に対応するかを判断するアルゴリズムを用意して
おく必要がある。
が近接している時においては、まず、どの輝点がどちら
の雨滴に対応するかを判断するアルゴリズムを用意して
おく必要がある。
例えば、−次元センサの光軸状で反射光と透過屈折光と
が一致するように、アラインメント(光軸調整)を行な
った場合について、考えると、光軸中心に落下する雨滴
に対しては、第10図(a)の輝点が得られ、計測には
、好都合である。
が一致するように、アラインメント(光軸調整)を行な
った場合について、考えると、光軸中心に落下する雨滴
に対しては、第10図(a)の輝点が得られ、計測には
、好都合である。
ところが、雨滴は光軸中心以外にも落下する。中心から
必ず外れたものについては、第10図(b)の輝点が得
られ、計測は可能である。ところが、(a)から(b)
へ変化する間には、必ず輝点が完全に一致するとは言え
ず、また、明瞭に分離も出来ないところが存在する。こ
こにおいて、計測精度が低下するという問題が発生する
。そこで、上記した内容を別の表現で言い換えると、(
a)反射光と、透過屈折光とが一致するように、アラ
0 インメントを完全にして、光軸中心近傍だけの限定され
た領域で計測するか、(b)反射光と透過屈折光とが一
致しないようなアライメントとして、雨滴が2つ以上存
在する時に、対応したアルゴリズムを用意する必要があ
った。(a)においては、測定エリアが制限されてしま
い、多数の内の僅かの雨滴しか計測されないし、(b)
においては、アルゴリズムが必要となるだけではなく、
データ処理時間がかかるという問題点があった。
必ず外れたものについては、第10図(b)の輝点が得
られ、計測は可能である。ところが、(a)から(b)
へ変化する間には、必ず輝点が完全に一致するとは言え
ず、また、明瞭に分離も出来ないところが存在する。こ
こにおいて、計測精度が低下するという問題が発生する
。そこで、上記した内容を別の表現で言い換えると、(
a)反射光と、透過屈折光とが一致するように、アラ
0 インメントを完全にして、光軸中心近傍だけの限定され
た領域で計測するか、(b)反射光と透過屈折光とが一
致しないようなアライメントとして、雨滴が2つ以上存
在する時に、対応したアルゴリズムを用意する必要があ
った。(a)においては、測定エリアが制限されてしま
い、多数の内の僅かの雨滴しか計測されないし、(b)
においては、アルゴリズムが必要となるだけではなく、
データ処理時間がかかるという問題点があった。
(2)雨滴が一次元光センサのレンズ系の焦点より外れ
ることの問題点 雨滴の総量を求める際においては、それほど問題ではな
いが、雨滴粒径分布を求めるためには、雨滴の位置が焦
点より外れるという問題を生じる。
ることの問題点 雨滴の総量を求める際においては、それほど問題ではな
いが、雨滴粒径分布を求めるためには、雨滴の位置が焦
点より外れるという問題を生じる。
なぜなら、雨滴径Rは、レンズ径の像倍率mに反比例す
る。ここで、像倍率mは、レンズ系の焦点に対して定義
されている。このため、雨滴が焦点よりレンズの方に近
づけば、大きく計測されるし、遠ざかれば、小さく計測
されることになる。
る。ここで、像倍率mは、レンズ系の焦点に対して定義
されている。このため、雨滴が焦点よりレンズの方に近
づけば、大きく計測されるし、遠ざかれば、小さく計測
されることになる。
雨滴が全くランダムな位置に落下すれば、近くに落下す
るものと、遠くに落下するものとの確率は、はぼ等しく
、体積の総量を求めるときには、多数の雨滴が、平均化
されて、それほどの偏りを生じることはない。一方、雨
滴径の分布を計測する際には、これは致命的な欠点であ
る。全く同じ大きさの雨滴が落下したとしても、落下す
る位置によって大きく (又は小さく)計測されて、分
布を持ってしまうからである。
るものと、遠くに落下するものとの確率は、はぼ等しく
、体積の総量を求めるときには、多数の雨滴が、平均化
されて、それほどの偏りを生じることはない。一方、雨
滴径の分布を計測する際には、これは致命的な欠点であ
る。全く同じ大きさの雨滴が落下したとしても、落下す
る位置によって大きく (又は小さく)計測されて、分
布を持ってしまうからである。
そこで、本発明の技術的課題は、雨滴の滴下位置による
散乱角の変化に対応した雨滴径及び分布を計測すること
ができる雨滴粒径分布測定装置を提供することにある。
散乱角の変化に対応した雨滴径及び分布を計測すること
ができる雨滴粒径分布測定装置を提供することにある。
[課題を解決するための手段]
本発明によれば、落下する雨滴に光を入射させる光発生
部と、該雨滴により散乱される反射光と該雨滴を透過す
る屈折光との2つの輝点間の距離を検出する検出部と、
該検出部により検出された輝点間の距離の値に基づいて
雨滴径を演算する処理部とを有し、前記光発生部は収束
光を発生することを特徴とする雨滴粒径分布測定装置が
得られ1す る。
部と、該雨滴により散乱される反射光と該雨滴を透過す
る屈折光との2つの輝点間の距離を検出する検出部と、
該検出部により検出された輝点間の距離の値に基づいて
雨滴径を演算する処理部とを有し、前記光発生部は収束
光を発生することを特徴とする雨滴粒径分布測定装置が
得られ1す る。
また、本発明によれば、前記検出部は、一次元光センサ
と、該一次元光センサと光軸を合わせて連結され、前記
輝点を所定の倍率をもって結像させる光学結像系とを有
し、前記光発生部は前記一次元光センサの光軸に対して
互いに対称となる位置に配され、前記光軸に対して互い
に等しい角度で交差するような収束光を発生する第1及
び第2の光源を有し、前記処理部は、前記輝点の距離を
所定の倍率とに基づいて前記雨滴径を演算することを特
徴とする雨滴粒径分布測定装置が得られる。
と、該一次元光センサと光軸を合わせて連結され、前記
輝点を所定の倍率をもって結像させる光学結像系とを有
し、前記光発生部は前記一次元光センサの光軸に対して
互いに対称となる位置に配され、前記光軸に対して互い
に等しい角度で交差するような収束光を発生する第1及
び第2の光源を有し、前記処理部は、前記輝点の距離を
所定の倍率とに基づいて前記雨滴径を演算することを特
徴とする雨滴粒径分布測定装置が得られる。
更に、本発明によれば、前記一次元光センサの焦点面近
傍だけに雨滴が落下するように雨滴落下角穴を設けたこ
とを特徴とする雨滴粒径分布測定装置が得られる。
傍だけに雨滴が落下するように雨滴落下角穴を設けたこ
とを特徴とする雨滴粒径分布測定装置が得られる。
[作 用コ
本発明の雨滴粒径分布測定装置は、光発生部と、検出部
と、処理部とを有する。
と、処理部とを有する。
光発生部は、落下する雨滴に光を入射させる。
検出部は、この雨滴により散乱される反射光と 2
この雨滴を透過する屈折光との2つの輝点間の距離を検
出する。
出する。
処理部は、検出部により検出された輝点間の距離の値に
基づいて雨滴径を演算する。
基づいて雨滴径を演算する。
更に、前記検出部は、一次元光センサと、この一次元光
センサと光軸を合わせて連結され、前記輝点を所定の倍
率をもって結像させる光学結像系とを有する。
センサと光軸を合わせて連結され、前記輝点を所定の倍
率をもって結像させる光学結像系とを有する。
また、前記光発生部は第1及び第2の光源を有してもよ
く、この場合、第1及び第2の光源は、前記一次元光セ
ンサの光軸に対して互いに対称となる位置に配され、発
生する光は、光軸に対して互いに等しい角度で交差する
ように収束光を発生する。
く、この場合、第1及び第2の光源は、前記一次元光セ
ンサの光軸に対して互いに対称となる位置に配され、発
生する光は、光軸に対して互いに等しい角度で交差する
ように収束光を発生する。
そして、処理部は前記所定の倍率と、前記輝点間の距離
の値とに基づいて雨滴径やその分布を演算処理する。
の値とに基づいて雨滴径やその分布を演算処理する。
更に、一次元光センサの焦点面近傍だけに雨滴が落下す
るように雨滴落下角穴を設ければ、散乱光の検出精度を
増すことができる。
るように雨滴落下角穴を設ければ、散乱光の検出精度を
増すことができる。
[実施例]
本発明の実施例について説明する。
第1図は本発明の実施例に係る雨滴粒径分布測定装置の
構成を示す図である。
構成を示す図である。
第1図の測定装置において、雨滴に収束光線を入射させ
る光発生部3と、この雨滴に収束光線を入射することに
よって得られた透過屈折光と反射光との輝点間の距離を
検出する検出部1と、検出された輝点間の距離から、雨
滴の大きさを演算するデータ処理部2とを備えている。
る光発生部3と、この雨滴に収束光線を入射することに
よって得られた透過屈折光と反射光との輝点間の距離を
検出する検出部1と、検出された輝点間の距離から、雨
滴の大きさを演算するデータ処理部2とを備えている。
検出部1は、光学結像系1aとこの光学結像系に光軸を
あわせて連結された一次元光センサ1bとを有し、デー
タ処理部2に接続されている。
あわせて連結された一次元光センサ1bとを有し、デー
タ処理部2に接続されている。
また、光発生部3は、第1の光源3a及び第2の光源3
bとを備えている。
bとを備えている。
この第1の光源3aは、第1の平行光源10と第1のレ
ンズ12とを有する。第1の平行光源10から放射され
た平行光線11は、この光線]1の放射方向に光軸を一
致させて設けられた第1のレンズ12で収束角2αをも
って収束される。
ンズ12とを有する。第1の平行光源10から放射され
た平行光線11は、この光線]1の放射方向に光軸を一
致させて設けられた第1のレンズ12で収束角2αをも
って収束される。
この収束角2αは、一次元光センサ1の画角2αと等し
くなるように、一次元光センサ1の設定位置が決定され
ている。
くなるように、一次元光センサ1の設定位置が決定され
ている。
また、第2の光源3bも第1の光源3aと同様な構成を
有し、第2の平行光源20から放射した平行光線21は
、この光線の放射方向に光軸を一致させて設けられた第
2のレンズ22で収束角2αをもって収束される。
有し、第2の平行光源20から放射した平行光線21は
、この光線の放射方向に光軸を一致させて設けられた第
2のレンズ22で収束角2αをもって収束される。
第1及び第2の平行光源10及び20は、検出部の光軸
3に対して互いに対称となり、第1及び第2の平行光源
10及び20の光軸13,2Bは、この光軸3に対して
角度θをなすように配置されている。
3に対して互いに対称となり、第1及び第2の平行光源
10及び20の光軸13,2Bは、この光軸3に対して
角度θをなすように配置されている。
また、第1及び第2の平行光源10.20と一次元セン
サ1の光軸とを含む平面の鉛直上方に雨滴落下角穴4が
設けられ、その水平位置は、一次元光センサ1bの焦点
面に中心が位置するように設定されている。
サ1の光軸とを含む平面の鉛直上方に雨滴落下角穴4が
設けられ、その水平位置は、一次元光センサ1bの焦点
面に中心が位置するように設定されている。
尚、第1図に示すような平行光源10.20が2台配置
するような構成に代えて、−台のみを用5 いて、この−台の平行光源10を半透鏡て分割して、こ
の半透鏡の反射光と透過光とを互いに交差するような2
つの平行光源として構成しても良い。
するような構成に代えて、−台のみを用5 いて、この−台の平行光源10を半透鏡て分割して、こ
の半透鏡の反射光と透過光とを互いに交差するような2
つの平行光源として構成しても良い。
前記のいずれの平行光源においても、従来と同様に平坦
な強度プロフィルを持つものが好ましい。
な強度プロフィルを持つものが好ましい。
また、既に述べた平行光線の収束用レンズとしては、シ
リンドリカルレンズが採用できる。
リンドリカルレンズが採用できる。
処理部2は、従来法と同様に(第7図)、検出部1から
の2つの輝点間の距離r+ +r2の値と、光学結像係
の倍率m及び、入射角θ1+θ2から、雨滴の粒径Rを
前述の第1式から演算する。
の2つの輝点間の距離r+ +r2の値と、光学結像係
の倍率m及び、入射角θ1+θ2から、雨滴の粒径Rを
前述の第1式から演算する。
また、得られた個々の雨滴の粒径から粒径分布を演算す
る。
る。
次に、本発明の実施例に係る雨滴粒径分布測定装置の測
定原理について説明する。
定原理について説明する。
まず、説明を簡単にす゛るために、平行光源のみを使用
した場合について説明する。
した場合について説明する。
この場合には、光軸の中心のみの雨滴だけが検出される
。
。
即ち、平行光線が、雨滴によって散乱されると 6
雨滴表面に、夫々反射光と透過屈折光とに対応した2つ
の輝点が表れることは、幾何光学の計算によっても簡単
に示すことができる。
の輝点が表れることは、幾何光学の計算によっても簡単
に示すことができる。
一方、2つの平行光線の光軸が夫々−次元センサの光軸
に対して対称で且つ角度θとなるように平行光線を入射
させた場合、片方の光源による反射光または透過屈折光
を他方の光源による透過屈折光または反射光と重ねあわ
せることも可能であり、このように2つの光が重ね合わ
さった場合には、輝点の輝度を上昇させることができる
。
に対して対称で且つ角度θとなるように平行光線を入射
させた場合、片方の光源による反射光または透過屈折光
を他方の光源による透過屈折光または反射光と重ねあわ
せることも可能であり、このように2つの光が重ね合わ
さった場合には、輝点の輝度を上昇させることができる
。
このように、2つの光を重ね合わせるには、計測する雨
滴の屈折率nを入れて求めた角度θに厳密に一致させる
必要がある。
滴の屈折率nを入れて求めた角度θに厳密に一致させる
必要がある。
これについての実際の操作は、はぼθと一致するように
、光軸調整をした上で、光軸中心に水滴等を落下させな
がら、輝点が合致する様に調整すれば良いのでそれ程の
困難は伴わない。
、光軸調整をした上で、光軸中心に水滴等を落下させな
がら、輝点が合致する様に調整すれば良いのでそれ程の
困難は伴わない。
つぎに、収束光源を用いた場合について、説明する。こ
の場合、光軸中心より外れた点の雨滴についても、2つ
の光源による輝点を重ね合わせることができる。
の場合、光軸中心より外れた点の雨滴についても、2つ
の光源による輝点を重ね合わせることができる。
第1図において、平行光源を上記の平行光源を用いた方
法でθとなる角に設定した後、レンズを置く。この場合
、平行光線11は第2図のように収束光線14a、14
bとなる。この場合、収束光線は、一次元光センサ(第
2図には図示せず。)の焦点面AOBに入射するものと
する。
法でθとなる角に設定した後、レンズを置く。この場合
、平行光線11は第2図のように収束光線14a、14
bとなる。この場合、収束光線は、一次元光センサ(第
2図には図示せず。)の焦点面AOBに入射するものと
する。
尚、第2図においては、一方の光源からの収束光線のみ
が示されている。図において、0点は光軸の中心であり
、この光軸中心より外れた点AとBについて考察を行う
。
が示されている。図において、0点は光軸の中心であり
、この光軸中心より外れた点AとBについて考察を行う
。
A点では、平行光線11aが入射したときに、一次元光
センサの主点Cから見れば、散乱角度θは、θ−δαと
なってしまう。θを一定に保持するためには、θよりδ
αだけ大きな収束光線14aを入射させれば良いことが
、直ちに理解できるであろう。
センサの主点Cから見れば、散乱角度θは、θ−δαと
なってしまう。θを一定に保持するためには、θよりδ
αだけ大きな収束光線14aを入射させれば良いことが
、直ちに理解できるであろう。
B点について、平行光線11bの散乱角θは、同様の理
由からθ+δαとなるため、同様にして、今度は平行光
11aの場合とは逆に、θよりδαだけ小さな収束光1
4bを入射させれば良い。そして、このδαは一次元光
センサの画角によって決定される角度である。この角度
で収束する光を一次元光センサの焦点面AOBに入射さ
せれば、どの位置においても、散乱角θは一定の値とな
る。
由からθ+δαとなるため、同様にして、今度は平行光
11aの場合とは逆に、θよりδαだけ小さな収束光1
4bを入射させれば良い。そして、このδαは一次元光
センサの画角によって決定される角度である。この角度
で収束する光を一次元光センサの焦点面AOBに入射さ
せれば、どの位置においても、散乱角θは一定の値とな
る。
−次元センサの光軸を挟んで対称な位置からもう一つの
光源を入射させる時にも、全く同じ説明が成り立つ。
光源を入射させる時にも、全く同じ説明が成り立つ。
このことは、光軸中心Oから外れた焦点面AOB上の全
ての位置において、雨滴からの反射光及び透過屈折光の
夫々の輝点が重ね合わされることを示している。
ての位置において、雨滴からの反射光及び透過屈折光の
夫々の輝点が重ね合わされることを示している。
以上は、あくまでも焦点面AOB上において成り立つ現
象であり、理論上は、少しでも焦点面より外れると、一
つの収束光線に対してさえ、散乱角θは保証されない。
象であり、理論上は、少しでも焦点面より外れると、一
つの収束光線に対してさえ、散乱角θは保証されない。
また、2つの収束光線に対しても成り立たないのは当然
で、この場合、1つの雨滴に対する輝点が2つにはなら
ず分離されてしまう。
で、この場合、1つの雨滴に対する輝点が2つにはなら
ず分離されてしまう。
また、焦点面AOBから外れると、見掛けの像1 つ
倍率が変化し、雨滴径が変化してしまう。これを避ける
ための治具が雨滴落下角穴4(第1図)であり、焦点面
AOBから雨滴の位置が外れるのを防ぐ役割を果たして
いる。
ための治具が雨滴落下角穴4(第1図)であり、焦点面
AOBから雨滴の位置が外れるのを防ぐ役割を果たして
いる。
尚、雨滴落下角穴4は、理論的には、無限小の幅が要求
されるが、実際の場合は、光学上杵される精度、即ち、
焦点面上とみても問題が生じない程度のずれ範囲に収ま
る有限の値で作成することになる。
されるが、実際の場合は、光学上杵される精度、即ち、
焦点面上とみても問題が生じない程度のずれ範囲に収ま
る有限の値で作成することになる。
本発明の実施例に係る光発生部の光源について説明する
。
。
第3図(a)及び第3図(b)は第1又は第2の光源を
構成する平行光源10又は20を示す図である。
構成する平行光源10又は20を示す図である。
第3図(a)及び第3図(b)のように平行光源は、H
e−Neレーザ30.第1の光線変換器31及び第2の
光線変換器32又は32−を有し、通常は第1の光線変
換器31としてビームエキスパンダを挿入している。
e−Neレーザ30.第1の光線変換器31及び第2の
光線変換器32又は32−を有し、通常は第1の光線変
換器31としてビームエキスパンダを挿入している。
また、第2の光線変換器32.32−は、シリ 0
トリカルレンズ32a、32bの組合せ(第3図(a)
) 、又は、プリズム等のアモルフイ・ンク光学系34
a、34b、35c、35d=−(第3図(b))を有
する。He−Neレーザ30からの光ハ、反射鏡33a
、33b・・・によって方向転換され、第1の光線変換
器31を経て平坦光に変換され、更に、第2の光変換器
32によりスリ・ソト状の断面をもつ光線に拡大される
。
) 、又は、プリズム等のアモルフイ・ンク光学系34
a、34b、35c、35d=−(第3図(b))を有
する。He−Neレーザ30からの光ハ、反射鏡33a
、33b・・・によって方向転換され、第1の光線変換
器31を経て平坦光に変換され、更に、第2の光変換器
32によりスリ・ソト状の断面をもつ光線に拡大される
。
このスリット状の断面を持つ光線は、第1図に示すよう
に、収束レンズ12.22を経て所定の収束角をもって
放射される。
に、収束レンズ12.22を経て所定の収束角をもって
放射される。
本発明の実施例においては、第3図(a)及び(b)で
示された第1の光線変換器は、第3図(c)のような2
枚の非球面レンズを備えた、平行光線変換器を有する。
示された第1の光線変換器は、第3図(c)のような2
枚の非球面レンズを備えた、平行光線変換器を有する。
第3図(c)において、第1の光線変換器は、一対の非
球面レンズ37及び38を有する。
球面レンズ37及び38を有する。
一方の非球面レンズ37は凹面、他方の非球面レンズ3
8は凸面を夫々有する。
8は凸面を夫々有する。
第1の光線変換器は、レーザ発振器から発振された光強
度がガウス分布のプロフィルをもつ入射光36を左方か
ら入射し、2枚の非球面レンズ37及び38を透過して
、均一な強度プロフィルを有する平坦光39に変換する
。
度がガウス分布のプロフィルをもつ入射光36を左方か
ら入射し、2枚の非球面レンズ37及び38を透過して
、均一な強度プロフィルを有する平坦光39に変換する
。
この場合の従来と同様にエネルギー効率を高めることが
できる。
できる。
尚、第3図(c)においては、第1の平行光線変換器は
、2枚の非球面レンズ31及び32を有するが、本実施
例とは別に、球面レンズの組合せより構成することもで
きる。
、2枚の非球面レンズ31及び32を有するが、本実施
例とは別に、球面レンズの組合せより構成することもで
きる。
[発明の効果]
以上説明したように、本発明によれば、収束光源を用い
ることにより、−次元センサの焦点面内で、雨滴の滴下
位置が変化しても、雨滴からの散乱光を一定の位置に導
くことができるために、焦点面内を雨滴が追従している
間中、安定に雨滴粒径及び粒径分布を計測することがで
きる。
ることにより、−次元センサの焦点面内で、雨滴の滴下
位置が変化しても、雨滴からの散乱光を一定の位置に導
くことができるために、焦点面内を雨滴が追従している
間中、安定に雨滴粒径及び粒径分布を計測することがで
きる。
更に、本発明によれば、雨滴落下角穴4を設けることに
より、更に、測定精度を高めることかできる。
より、更に、測定精度を高めることかできる。
第1図は本発明の実施例に係る雨滴粒径分布測定装置の
一構成例を示す図、第2図は本発明の実施例に係る雨滴
粒径分布測定装置の測定原理を示す図、第3図(a)、
(b)、(c)は本発明の実施例に係る光源の説明に供
する図、第4図は従来の雨量計の一例を示す図、第5図
は従来の光雨量計の一例を示す図、第6図は従来の滴下
液滴の検出装置の一構成例を示す図、第7図(a)及び
(b)は第6図の滴下液滴の検出装置の粒径測定原理を
示す図、第8図は第6図の検出装置を使用した場合にお
いて、反射光と、透過光とが完全に分離できる場合の入
射角θと光強度との関係を示す図、第9図(a)は従来
の雨滴計測装置の一構成例を示す図、第9図(b)は従
来の雨滴計測装置の他の構成例を示す図である、第10
図(a)は第9図(a)及び(b)の雨滴計測装置を使
用した場合において、反射光と、透過光とが一致した場
合の入射角θと光強度との関係を模式的に示す図、第1
0図(b)は第9図(a)及び(b) 3 の装置を使用した場合において、反射光と、透過光とが
完全に分離できる場合の入射角θと光強度との関係を示
す図である。 図中、1は検出部、1aは光学結像系、1bは一次元光
センサ、2はデータ処理部、3a及び3bは光源、4は
雨滴角穴、5は光軸、10及び20は平行光源、11及
び21は平行光線、12及び22は収束レンズ、14及
び24は収束光、30はHe−Neレーザ、31は第1
の光線変換器、32は第2の光線変換器、37及び38
は非球面レンズ、50は円筒、51は両受は板、53は
バネ、54はマイクロホン、70.70−は光、71.
71−は平行光源、72は滴下液滴、73は一次元光セ
ンサ、74は光学結像系である。 4
一構成例を示す図、第2図は本発明の実施例に係る雨滴
粒径分布測定装置の測定原理を示す図、第3図(a)、
(b)、(c)は本発明の実施例に係る光源の説明に供
する図、第4図は従来の雨量計の一例を示す図、第5図
は従来の光雨量計の一例を示す図、第6図は従来の滴下
液滴の検出装置の一構成例を示す図、第7図(a)及び
(b)は第6図の滴下液滴の検出装置の粒径測定原理を
示す図、第8図は第6図の検出装置を使用した場合にお
いて、反射光と、透過光とが完全に分離できる場合の入
射角θと光強度との関係を示す図、第9図(a)は従来
の雨滴計測装置の一構成例を示す図、第9図(b)は従
来の雨滴計測装置の他の構成例を示す図である、第10
図(a)は第9図(a)及び(b)の雨滴計測装置を使
用した場合において、反射光と、透過光とが一致した場
合の入射角θと光強度との関係を模式的に示す図、第1
0図(b)は第9図(a)及び(b) 3 の装置を使用した場合において、反射光と、透過光とが
完全に分離できる場合の入射角θと光強度との関係を示
す図である。 図中、1は検出部、1aは光学結像系、1bは一次元光
センサ、2はデータ処理部、3a及び3bは光源、4は
雨滴角穴、5は光軸、10及び20は平行光源、11及
び21は平行光線、12及び22は収束レンズ、14及
び24は収束光、30はHe−Neレーザ、31は第1
の光線変換器、32は第2の光線変換器、37及び38
は非球面レンズ、50は円筒、51は両受は板、53は
バネ、54はマイクロホン、70.70−は光、71.
71−は平行光源、72は滴下液滴、73は一次元光セ
ンサ、74は光学結像系である。 4
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1、落下する雨滴に光を入射させる光発生部と、該雨滴
により散乱される反射光と該雨滴を透過する屈折光との
2つの輝点間の距離を検出する検出部と、該検出部によ
り検出された輝点間の距離の値に基づいて雨滴径を演算
する処理部とを有し、前記光発生部は収束光を発生する
ことを特徴とする雨滴粒径分布測定装置。 2、請求項第1項において、前記検出部は、一次元光セ
ンサと、該一次元光センサと光軸を合わせて連結され、
前記輝点を所定の倍率をもって結像させる光学結像系と
を有し、前記光発生部は前記一次元光センサの光軸に対
して互いに対称となる位置に配され、前記光軸に対して
互いに等しい角度で交差するような収束光を発生する第
1及び第2の光源を有し、前記処理部は、前記輝点の距
離を所定の倍率とに基づいて前記雨滴径を演算すること
を特徴とする雨滴粒径分布測定装置。 3、第1乃至第2の請求項記載の雨滴粒径分布測定装置
において、前記一次元光センサの焦点面近傍だけに雨滴
が落下するように雨滴落下角穴を設けたことを特徴とす
る雨滴粒径分布測定装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1139218A JP2681829B2 (ja) | 1989-06-02 | 1989-06-02 | 雨滴粒径分布測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1139218A JP2681829B2 (ja) | 1989-06-02 | 1989-06-02 | 雨滴粒径分布測定装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH036440A true JPH036440A (ja) | 1991-01-11 |
JP2681829B2 JP2681829B2 (ja) | 1997-11-26 |
Family
ID=15240265
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP1139218A Expired - Lifetime JP2681829B2 (ja) | 1989-06-02 | 1989-06-02 | 雨滴粒径分布測定装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2681829B2 (ja) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2000097841A (ja) * | 1998-08-22 | 2000-04-07 | Malvern Instruments Ltd | 粒子サイズの分布を測定するための装置及び方法 |
KR100715360B1 (ko) * | 2005-12-15 | 2007-05-09 | 대한민국 | 구름 및 안개 입자의 분포 관측 시스템 |
CN102426400A (zh) * | 2011-11-03 | 2012-04-25 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | 一种激光雨滴谱仪降水信息反演修正方法 |
CN108444877A (zh) * | 2018-06-11 | 2018-08-24 | 浙江大学 | 一种用于测量液滴的相位粒子干涉成像方法及装置 |
-
1989
- 1989-06-02 JP JP1139218A patent/JP2681829B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2000097841A (ja) * | 1998-08-22 | 2000-04-07 | Malvern Instruments Ltd | 粒子サイズの分布を測定するための装置及び方法 |
KR100715360B1 (ko) * | 2005-12-15 | 2007-05-09 | 대한민국 | 구름 및 안개 입자의 분포 관측 시스템 |
CN102426400A (zh) * | 2011-11-03 | 2012-04-25 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | 一种激光雨滴谱仪降水信息反演修正方法 |
CN108444877A (zh) * | 2018-06-11 | 2018-08-24 | 浙江大学 | 一种用于测量液滴的相位粒子干涉成像方法及装置 |
CN108444877B (zh) * | 2018-06-11 | 2024-02-23 | 浙江大学 | 一种用于测量液滴的相位粒子干涉成像方法及装置 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2681829B2 (ja) | 1997-11-26 |
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