專利名稱：一種雨滴參數(shù)的測量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種雨滴參數(shù)的測量裝置，具體涉及到以多普勒頻移效應(yīng)為基礎(chǔ)的雨滴下落速度的測量方法，可應(yīng)用于氣象監(jiān)測、環(huán)境監(jiān)測和農(nóng)業(yè)監(jiān)測等技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的降水測量裝置為翻斗式雨量筒和稱重式雨量筒，這類機械裝置能夠測量較長時間段內(nèi)的降水量，但是無法實時監(jiān)測降水量的大小，無法測量降水顆粒的直徑、速度等天氣參數(shù)，因此該類裝置已經(jīng)無法滿足當前氣象監(jiān)測的需求。隨著光電檢測技術(shù)和的激光測量技術(shù)的不斷進步，新的光學(xué)雨量傳感器也不斷問世，如OTT公司的Parsivel光學(xué)降水量傳感器，根據(jù)降水顆粒對光路的遮擋來測量降水顆粒的直徑和降落速度。然而該儀器價格昂貴，數(shù)據(jù)處理復(fù)雜，并且無法區(qū)分雨滴重疊情況。上述測量裝置是基于雨滴對平行光束的遮擋作用，其使用范圍受限由雨滴尺寸，當雨滴直徑小于O. Imm時，遮擋效應(yīng)不再明顯，衍射現(xiàn)象明顯，無法由光線遮擋的方法來測量雨滴直徑。因此,新的雨滴測量裝置亟需提出。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的在于，提供一種雨滴參數(shù)的測量裝置，本實用新型旨在提出一種更加準確、更加快捷、更易實現(xiàn)、更低成本的雨滴速度等參數(shù)的測量方法。不同于現(xiàn)有產(chǎn)品和相關(guān)技術(shù)，本實用新型使用雨滴的多普勒效應(yīng)來檢測雨滴的降落速度，進而根據(jù)經(jīng)驗公式計算雨滴直徑、降水動能等氣象參數(shù)。本實用新型所需要解決的技術(shù)問題，可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)一種雨滴參數(shù)的測量裝置，包括激光器、準直擴束透鏡組、分束鏡、至少一個反射鏡、測量空間、匯聚透鏡、光電探測器、數(shù)據(jù)采集卡和計算機；其中，所述激光器射出光束；所述準直擴束透鏡組將所述激光器射出的所述光束變成平行寬光束；所述分束鏡將所述準直擴束透鏡組發(fā)出的所述平行寬光束分為等強度兩束光路；至少一個所述反射鏡將所述分束鏡分出的所述兩束光路反射至所述測量空間，并在測量空間交匯，形成干涉場和干涉條紋；所述測量空間為雨滴降落過程中經(jīng)過的區(qū)域，所述雨滴經(jīng)過所述兩束光路的干涉區(qū)域切割所述干涉條紋，對光線散射，所述散射光線的光強受到干涉場光強分布的調(diào)制，所述雨滴的速度與所述散射光線的電流變化正相關(guān)；所述匯聚透鏡收集所述散射光線，照在所述光電探測器上；所述光電探測器采集所述測量空間內(nèi)的所述散射光線，探測所述雨滴的散射光線光強的電流信號，并將所述電流信號輸入到所述數(shù)據(jù)采集卡；所述數(shù)據(jù)采集卡采集所述散射光線的電流信號，并將所述電流信號進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，成為數(shù)字信號，再經(jīng)過數(shù)字信號放大以及噪聲濾除，然后傳入計算機；以及所述計算機計算出氣象參數(shù)。進一步，本實用新型的雨滴參數(shù)的測量裝置還可以具有這樣的特征其中，所述激光器為He-Ne激光器，射出高斯光束。進一步，本實用新型的雨滴參數(shù)的測量裝置還可以具有這樣的特征其中，所述反射鏡為兩個，兩個所述反射鏡分別將所述分束鏡分出的所述兩束光路反射至所述測量空間，并所述測量空間交匯，形成干涉場和干涉條紋。進一步，本實用新型的雨滴參數(shù)的測量裝置還可以具有這樣的特征其中，所述干涉條紋成水平分布。進一步，本實用新型的雨滴參數(shù)的測量裝置還可以具有這樣的特征所述匯聚透鏡設(shè)置于所述測量空間與所述光電探測器之間，提高所述光電探測器采集所述測量空間內(nèi)的所述散射光線的效率。匯聚透鏡有利于微弱的散射光探測。進一步，本實用新型的雨滴參數(shù)的測量裝置還可以具有這樣的特征所述光電探測器采用PIN光電二極管。進一步，本實用新型的雨滴參數(shù)的測量裝置還可以具有這樣的特征其中，所述氣象參數(shù)為雨滴的速度、雨滴直徑和降水動能。本實用新型的有益效果本實用新型采用多普勒測速原理，能夠?qū)崟r、準確地測量雨滴的降落速度，并且能夠識別雨滴的個數(shù)，從而能夠根據(jù)經(jīng)驗公式計算出雨滴的直徑、統(tǒng)計出單位時間的降水量、提供其他氣象參數(shù)，如降水動能等。

圖I為基于多普勒效應(yīng)的雨滴降落速度測量光路示意圖。圖2為單個雨滴經(jīng)過干涉條紋區(qū)域時散射光電流信號。附圖標記I.激光器，2.準直擴束透鏡組，3.分束鏡，4.反射鏡，5.反射鏡，6.測量空間，7.匯聚透鏡，8. PIN光電二極管，9.數(shù)據(jù)采集卡，10.計算機。
具體實施方式
以下結(jié)合具體實施例，對本實用新型作進一步說明。應(yīng)理解，以下實施例僅用于說明本實用新型而非用于限定本實用新型的范圍。實施例圖I為基于多普勒效應(yīng)的雨滴降落速度測量光路示意圖，如圖I所示，一種雨滴參數(shù)的測量裝置，包括激光器I、準直擴束透鏡組2、分束鏡3、反射鏡4、反射鏡5、測量空間6、匯聚透鏡
7、PIN光電二極管8、數(shù)據(jù)采集卡9和計算機10 ；激光器I為HeNe激光器，射出高斯光束，經(jīng)過準直擴束透鏡組2變成平行寬光束，平行寬光束再由分束鏡3分成等強度兩束光路。如圖I所示，一束光路由反射鏡4反射，另一束光路由反射鏡5反射，兩路反射光在測量區(qū)域6交匯，發(fā)生干涉，形成干涉場和干涉條紋，干涉條紋成水平分布。測量區(qū)域6為雨滴降落過程中經(jīng)過的區(qū)域，雨滴經(jīng)過測量區(qū)域6時，切割干涉條紋，對光線散射，散射光線的光強受到干涉場光強分布的調(diào)制，即散射的光強信號受到干涉條紋的調(diào)制，另外散射光由于多普勒效應(yīng)產(chǎn)生頻移。雨滴的速度與所述散射光線的電流變化正相關(guān)。[0025]圖2.單個雨滴經(jīng)過干涉條紋區(qū)域時散射光電流信號。如圖2所示，單顆雨滴經(jīng)過干涉區(qū)域時散射光的強度變化曲線，干涉區(qū)域的光強輪廓為高斯分布，并且受到干涉條紋的調(diào)制。雨滴的降落速度可由其切割干涉條紋的頻率來計算獲得。兩束平行光在交匯的區(qū)域產(chǎn)生干涉直條紋，其條紋間距為
權(quán)利要求1.一種雨滴參數(shù)的測量裝置，其特征在于，包括 激光器、準直擴束透鏡組、分束鏡、至少一個反射鏡、測量空間、匯聚透鏡、光電探測器、數(shù)據(jù)采集卡和計算機； 其中，所述激光器射出光束； 所述準直擴束透鏡組將所述激光器射出的所述光束變成平行寬光束； 所述分束鏡將所述準直擴束透鏡組發(fā)出的所述平行寬光束分為等強度兩束光路；至少一個所述反射鏡將所述分束鏡分出的所述兩束光路反射至所述測量空間，并在測量空間交匯，形成干涉場和干涉條紋； 所述測量空間為雨滴降落過程中經(jīng)過的區(qū)域，所述雨滴經(jīng)過所述兩束光路的干涉區(qū)域切割所述干涉條紋，對光線散射，所述散射光線的光強受到干涉場光強分布的調(diào)制，所述雨滴的速度與所述散射光線的電流變化正相關(guān)； 所述匯聚透鏡收集所述散射光線，照在所述光電探測器上； 所述光電探測器采集所述測量空間內(nèi)的所述散射光線，探測所述雨滴的散射光線光強的電流信號，并將所述電流信號輸入到所述數(shù)據(jù)采集卡； 所述數(shù)據(jù)采集卡采集所述散射光線的電流信號，并將所述電流信號進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，成為數(shù)字信號，再經(jīng)過數(shù)字信號放大以及噪聲濾除，然后傳入計算機；以及所述計算機計算出氣象參數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的雨滴參數(shù)的測量裝置，其特征在于 其中，所述反射鏡為兩個，兩個所述反射鏡分別將所述分束鏡分出的所述兩束光路反射至所述測量空間，并所述測量空間交匯，形成干涉場和干涉條紋。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的雨滴參數(shù)的測量裝置，其特征在于 其中，所述干涉條紋成水平分布。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的雨滴參數(shù)的測量裝置，其特征在于 所述匯聚透鏡設(shè)置于所述測量空間與所述光電探測器之間，提高所述光電探測器采集所述測量空間內(nèi)的所述散射光線的效率。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的雨滴參數(shù)的測量裝置，其特征在于所述光電探測器采用PIN光電二極管。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的雨滴參數(shù)的測量裝置，其特征在于 其中，所述氣象參數(shù)為雨滴的速度、雨滴直徑和降水動能。
專利摘要本實用新型公開了一種雨滴參數(shù)的測量裝置，包括激光器、準直擴束透鏡組、分束鏡、至少一個反射鏡、測量空間、光電探測器、數(shù)據(jù)采集卡和計算機；激光器依次經(jīng)過準直擴束鏡和分束鏡，形成兩束寬光束，再由反射鏡折轉(zhuǎn)后在測量空間形成干涉條紋。當雨滴經(jīng)過測量區(qū)域時對光線散射，一部分散射光被匯聚透鏡收集，照在PIN光電二極管上，再由數(shù)據(jù)采集卡將光電二極管的電流信號采集、A/D轉(zhuǎn)換并送入計算機中，由計算機進行數(shù)據(jù)處理和結(jié)果分析。本實用新型能夠?qū)崟r、準確地測量雨滴的降落速度、雨滴的直徑、降水動能的氣象參數(shù)。
文檔編號G01W1/14GK202814847SQ20122019748
公開日2013年3月20日 申請日期2012年5月2日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月2日
發(fā)明者凌進中, 王文娜, 韓朝霞, 黃元申, 張大偉, 莊松林 申請人:上海理工大學(xué)