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LPM激光雨滴譜儀

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1 引言
雨滴譜是反映降水微觀物理過(guò)程和宏觀動(dòng)力結(jié)構(gòu)的主要指標(biāo)之一。通過(guò)分析雨滴譜,可以深入了解降水的發(fā)展和演變過(guò)程,揭示降水機(jī)制。傳統(tǒng)雨滴譜測(cè)量包括動(dòng)力學(xué)法、濾紙色斑法、面粉團(tuán)法、快速攝影法和浸潤(rùn)法等,是通過(guò)人工采集大量的雨滴特性參數(shù)數(shù)據(jù),根據(jù)雨滴直徑的大小進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分類。
但傳統(tǒng)方法其過(guò)程繁瑣、精確度不高,為克服上述方法所帶來(lái)的問(wèn)題,我們研發(fā)了基于激光原理的高精度激光雨滴譜系統(tǒng),可以用于測(cè)量雨量、雨強(qiáng)以及顆粒大小及速度,甚至可以測(cè)量小直徑0.16mm的顆粒。根據(jù)用戶需求,還可以增加其他氣象單元,在降水粒子觀測(cè)和降水物理研究中具有重要的作用。
2 觀測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
2.1 目標(biāo)
1) 堅(jiān)固緊湊
2) 低維護(hù)
3) 可測(cè)量顆粒直徑低0.16 mm
4) DSP技術(shù)
5) 在山區(qū)使用的加熱擴(kuò)展
6) 遠(yuǎn)程控制
7) 安裝方便
8) 適用于嚴(yán)酷環(huán)境
9) 標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)輸出

2.2 系統(tǒng)組成及技術(shù)指標(biāo)
2.2.1 系統(tǒng)由如下部分組成:
1) 雨滴譜儀;
2) 氣象單元(可選);
3) 數(shù)據(jù)采集單元;
4) 軟件;
5) 防風(fēng)附件(可選);
6) 支架等;


2.2.2 技術(shù)指標(biāo):

技術(shù)參數(shù):
l 工作原理:

785 nm激光,大0.5mW功率,激光等級(jí)1M
l 測(cè)量區(qū)域:46 cm2 (23 x 2.0 cm)
l 環(huán)境條件: -40°C ~+70°C, 0~* r.H. (可選-60°C ~+70°C)
l 防護(hù)等級(jí):IP65
l 供電:24V AC/DC, < 750="" 可選 230="" vac/115="" vac.="" 230="" vac/115="">
l 重點(diǎn):4.8 kg(無(wú)其他配件)
l 數(shù)據(jù)輸出:RS485 1200~115200 Bd, 全雙攻, 2個(gè)24VDC 光耦合器
l 可選輸入:
l 雷達(dá)反射率:
PT100, 0--1 V, 0--1000 Hz, 串行同步
Z=-9.9 – 99.9dBZ
降雨:
l 粒徑大?。?/span>0.16 ~ 8 mm
l 顆粒速度0.2 ~ 20 ms
l 區(qū)分不同降水:雨、雪、冰雹等,命中率> 97%
l 小強(qiáng)度:0.005 mm/h
l 強(qiáng)度:250 mm/h
l 粒子等級(jí):
風(fēng)向傳感器
440種(22種直徑x 20種速度)
l 測(cè)量范圍:0 ~ 360°
l 操作電壓4 ~ 18V DC
l 加熱:24 V AC/DC, 大20 W
風(fēng)速傳感器:
l 測(cè)量范圍:0.5...50 m/s
l 分辨率:0.07 m
l 操作電壓4 ~ 18V DC
l 加熱:
溫濕度傳感器
l 溫度測(cè)量范圍:
l 溫度測(cè)量精度:
l 濕度測(cè)量范圍:
l 濕度測(cè)量精度:
l 傳感器:
l 操作電壓:
l 防護(hù)等級(jí):
24 V AC/DC, 大20 W

-30°C ... + 70 °C
1/3 class B(0.25°C)
0 ... *
± 2 %
PT 100 acc. to IEC 751
9 - 30 V DC
IP 65
3 數(shù)據(jù)處理
數(shù)據(jù)采集分析軟件,可以采集、分析并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化,


4 應(yīng)用案例
4.1 關(guān)于雨滴超級(jí)終端速度的進(jìn)一步證據(jù) (M. L. Larsen, A. B. Kostinski, and A. R. Jameson,2014)


實(shí)驗(yàn)使用21個(gè)LPM激光雨滴譜儀,進(jìn)一步證明了小于1mm直徑的雨滴,降落的終端速度要大于靜止空氣中相同直徑雨滴的降落速度。并且明確指出這些超級(jí)終端速度的雨滴,如果是由于大直徑雨滴破碎化而來(lái),這些破碎化并非來(lái)自測(cè)量?jī)x器。
這些超級(jí)終端速度的雨滴可能對(duì)雷達(dá)降雨收集、侵蝕參數(shù)化以及雨滴大小分布的估測(cè)產(chǎn)生影響,其影響需要進(jìn)一步研究。
5 產(chǎn)地: 德國(guó)


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