专利名称：一种雨滴参数的测量装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种雨滴参数的测量装置，具体涉及到以多普勒频移效应为基础的雨滴下落速度的测量方法，可应用于气象监测、环境监测和农业监测等技术领域。
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。然而该仪器价格昂贵，数据处理复杂，并且无法区分雨滴重叠情况。上述测量装置是基于雨滴对平行光束的遮挡作用，其使用范围受限由雨滴尺寸，当雨滴直径小于O. Imm时，遮挡效应不再明显，衍射现象明显，无法由光线遮挡的方法来测量雨滴直径。因此,新的雨滴测量装置亟需提出。
实用新型内容本实用新型的目的在于，提供一种雨滴参数的测量装置，本实用新型旨在提出一种更加准确、更加快捷、更易实现、更低成本的雨滴速度等参数的测量方法。不同于现有产品和相关技术，本实用新型使用雨滴的多普勒效应来检测雨滴的降落速度，进而根据经验公式计算雨滴直径、降水动能等气象参数。本实用新型所需要解决的技术问题，可以通过以下技术方案来实现一种雨滴参数的测量装置，包括激光器、准直扩束透镜组、分束镜、至少一个反射镜、测量空间、汇聚透镜、光电探测器、数据采集卡和计算机；其中，所述激光器射出光束；所述准直扩束透镜组将所述激光器射出的所述光束变成平行宽光束；所述分束镜将所述准直扩束透镜组发出的所述平行宽光束分为等强度两束光路；至少一个所述反射镜将所述分束镜分出的所述两束光路反射至所述测量空间，并在测量空间交汇，形成干涉场和干涉条纹；所述测量空间为雨滴降落过程中经过的区域，所述雨滴经过所述两束光路的干涉区域切割所述干涉条纹，对光线散射，所述散射光线的光强受到干涉场光强分布的调制，所述雨滴的速度与所述散射光线的电流变化正相关；所述汇聚透镜收集所述散射光线，照在所述光电探测器上；所述光电探测器采集所述测量空间内的所述散射光线，探测所述雨滴的散射光线光强的电流信号，并将所述电流信号输入到所述数据采集卡；所述数据采集卡采集所述散射光线的电流信号，并将所述电流信号进行模数转换，成为数字信号，再经过数字信号放大以及噪声滤除，然后传入计算机；以及所述计算机计算出气象参数。进一步，本实用新型的雨滴参数的测量装置还可以具有这样的特征其中，所述激光器为He-Ne激光器，射出高斯光束。进一步，本实用新型的雨滴参数的测量装置还可以具有这样的特征其中，所述反射镜为两个，两个所述反射镜分别将所述分束镜分出的所述两束光路反射至所述测量空间，并所述测量空间交汇，形成干涉场和干涉条纹。进一步，本实用新型的雨滴参数的测量装置还可以具有这样的特征其中，所述干涉条纹成水平分布。进一步，本实用新型的雨滴参数的测量装置还可以具有这样的特征所述汇聚透镜设置于所述测量空间与所述光电探测器之间，提高所述光电探测器采集所述测量空间内的所述散射光线的效率。汇聚透镜有利于微弱的散射光探测。进一步，本实用新型的雨滴参数的测量装置还可以具有这样的特征所述光电探测器采用PIN光电二极管。进一步，本实用新型的雨滴参数的测量装置还可以具有这样的特征其中，所述气象参数为雨滴的速度、雨滴直径和降水动能。本实用新型的有益效果本实用新型采用多普勒测速原理，能够实时、准确地测量雨滴的降落速度，并且能够识别雨滴的个数，从而能够根据经验公式计算出雨滴的直径、统计出单位时间的降水量、提供其他气象参数，如降水动能等。
图I为基于多普勒效应的雨滴降落速度测量光路示意图。图2为单个雨滴经过干涉条纹区域时散射光电流信号。附图标记I.激光器，2.准直扩束透镜组，3.分束镜，4.反射镜，5.反射镜，6.测量空间，7.汇聚透镜，8. PIN光电二极管，9.数据采集卡，10.计算机。
具体实施方式
以下结合具体实施例，对本实用新型作进一步说明。应理解，以下实施例仅用于说明本实用新型而非用于限定本实用新型的范围。实施例图I为基于多普勒效应的雨滴降落速度测量光路示意图，如图I所示，一种雨滴参数的测量装置，包括激光器I、准直扩束透镜组2、分束镜3、反射镜4、反射镜5、测量空间6、汇聚透镜
7、PIN光电二极管8、数据采集卡9和计算机10 ；激光器I为HeNe激光器，射出高斯光束，经过准直扩束透镜组2变成平行宽光束，平行宽光束再由分束镜3分成等强度两束光路。如图I所示，一束光路由反射镜4反射，另一束光路由反射镜5反射，两路反射光在测量区域6交汇，发生干涉，形成干涉场和干涉条纹，干涉条纹成水平分布。测量区域6为雨滴降落过程中经过的区域，雨滴经过测量区域6时，切割干涉条纹，对光线散射，散射光线的光强受到干涉场光强分布的调制，即散射的光强信号受到干涉条纹的调制，另外散射光由于多普勒效应产生频移。雨滴的速度与所述散射光线的电流变化正相关。[0025]图2.单个雨滴经过干涉条纹区域时散射光电流信号。如图2所示，单颗雨滴经过干涉区域时散射光的强度变化曲线，干涉区域的光强轮廓为高斯分布，并且受到干涉条纹的调制。雨滴的降落速度可由其切割干涉条纹的频率来计算获得。两束平行光在交汇的区域产生干涉直条纹，其条纹间距为
权利要求1.一种雨滴参数的测量装置，其特征在于，包括 激光器、准直扩束透镜组、分束镜、至少一个反射镜、测量空间、汇聚透镜、光电探测器、数据采集卡和计算机； 其中，所述激光器射出光束； 所述准直扩束透镜组将所述激光器射出的所述光束变成平行宽光束； 所述分束镜将所述准直扩束透镜组发出的所述平行宽光束分为等强度两束光路；至少一个所述反射镜将所述分束镜分出的所述两束光路反射至所述测量空间，并在测量空间交汇，形成干涉场和干涉条纹； 所述测量空间为雨滴降落过程中经过的区域，所述雨滴经过所述两束光路的干涉区域切割所述干涉条纹，对光线散射，所述散射光线的光强受到干涉场光强分布的调制，所述雨滴的速度与所述散射光线的电流变化正相关； 所述汇聚透镜收集所述散射光线，照在所述光电探测器上； 所述光电探测器采集所述测量空间内的所述散射光线，探测所述雨滴的散射光线光强的电流信号，并将所述电流信号输入到所述数据采集卡； 所述数据采集卡采集所述散射光线的电流信号，并将所述电流信号进行模数转换，成为数字信号，再经过数字信号放大以及噪声滤除，然后传入计算机；以及所述计算机计算出气象参数。
2.根据权利要求I所述的雨滴参数的测量装置，其特征在于 其中，所述反射镜为两个，两个所述反射镜分别将所述分束镜分出的所述两束光路反射至所述测量空间，并所述测量空间交汇，形成干涉场和干涉条纹。
3.根据权利要求2所述的雨滴参数的测量装置，其特征在于 其中，所述干涉条纹成水平分布。
4.根据权利要求I所述的雨滴参数的测量装置，其特征在于 所述汇聚透镜设置于所述测量空间与所述光电探测器之间，提高所述光电探测器采集所述测量空间内的所述散射光线的效率。
5.根据权利要求4所述的雨滴参数的测量装置，其特征在于所述光电探测器采用PIN光电二极管。
6.根据权利要求I所述的雨滴参数的测量装置，其特征在于 其中，所述气象参数为雨滴的速度、雨滴直径和降水动能。
专利摘要本实用新型公开了一种雨滴参数的测量装置，包括激光器、准直扩束透镜组、分束镜、至少一个反射镜、测量空间、光电探测器、数据采集卡和计算机；激光器依次经过准直扩束镜和分束镜，形成两束宽光束，再由反射镜折转后在测量空间形成干涉条纹。当雨滴经过测量区域时对光线散射，一部分散射光被汇聚透镜收集，照在PIN光电二极管上，再由数据采集卡将光电二极管的电流信号采集、A/D转换并送入计算机中，由计算机进行数据处理和结果分析。本实用新型能够实时、准确地测量雨滴的降落速度、雨滴的直径、降水动能的气象参数。
文档编号G01W1/14GK202814847SQ20122019748
公开日2013年3月20日 申请日期2012年5月2日 优先权日2012年5月2日
发明者凌进中, 王文娜, 韩朝霞, 黄元申, 张大伟, 庄松林 申请人:上海理工大学
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