LPM激光雨滴谱仪

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1  引言
雨滴谱是反映降水微观物理过程和宏观动力结构的主要指标之一。通过分析雨滴谱,可以深入了解降水的发展和演变过程,揭示降水机制。传统雨滴谱测量包括动力学法、滤纸色斑法、面粉团法、快速摄影法和浸润法等,是通过人工采集大量的雨滴特性参数数据,根据雨滴直径的大小进行统计分类。
但传统方法其过程繁琐、精确度不高,为克服上述方法所带来的问题,我们研发了基于激光原理的高精度激光雨滴谱系统,可以用于测量雨量、雨强以及颗粒大小及速度,甚至可以测量最小直径0.16mm的颗粒。根据用户需求,还可以增加其他气象单元,在降水粒子观测和降水物理研究中具有重要的作用。
2  观测系统设计
2.1 目标
1) 坚固紧凑
2) 低维护
3) 可测量颗粒直径最低0.16 mm
4) DSP技术
5) 在山区使用的加热扩展
6) 远程控制
7) 安装方便
8) 适用于严酷环境 
9) 标准数据输出
 
2.2 系统组成及技术指标
2.2.1 系统由如下部分组成:
1) 雨滴谱仪;
2) 气象单元(可选);
3) 数据采集单元;
4) 软件;
5) 防风附件(可选);
6) 支架等;
 
 
2.2.2 技术指标:

技术参数:
l 工作原理: 
 
785 nm激光,最大0.5mW功率,激光等级1M
l 测量区域: 46 cm² (23 x 2.0 cm)
l 环境条件:  -40°C ~+70°C, 0~100% r.H. (可选-60°C ~+70°C)
l 防护等级: IP65
l 供电: 24V AC/DC, < 750 可选 230 VAC/115 VAC. 230 VAC/115 VAC
l 重点: 4.8 kg(无其他配件)
l 数据输出: RS485 1200~115200 Bd, 全双攻, 2个24VDC 光耦合器
l 可选输入:
l 雷达反射率:
PT100, 0--1 V, 0--1000 Hz, 串行同步 
Z=-9.9 – 99.9dBZ
降雨:  
l 粒径大小: 0.16 ~ 8 mm
l 颗粒速度 0.2 ~ 20 ms
l 区分不同降水: 雨、雪、冰雹等,命中率> 97%
l 最小强度: 0.005 mm/h
l 最高强度: 250 mm/h
l 粒子等级:
风向传感器
440种(22种直径x 20种速度)
l 测量范围: 0 ~ 360°
l 操作电压 4 ~ 18V DC
l 加热: 24 V AC/DC, 最大20 W
风速传感器:  
l 测量范围: 0.5...50 m/s
l 分辨率: 0.07 m
l 操作电压 4 ~ 18V DC
l 加热:
温湿度传感器
l 温度测量范围:
l 温度测量精度:
l 湿度测量范围:
l 湿度测量精度:
l 传感器:
l 操作电压:
l 防护等级:
24 V AC/DC, 最大20 W
 
-30°C ... + 70 °C
1/3 class B(0.25°C)
0 ... 100%
± 2 %
PT 100 acc. to IEC 751
9 - 30 V DC
IP 65
3   数据处理
专用数据采集分析软件,可以采集、分析并对数据进行可视化,

 
4   应用案例
4.1  关于雨滴超级终端速度的进一步证据 (M. L. Larsen, A. B. Kostinski, and A. R. Jameson,2014)
 
 
实验使用21个LPM激光雨滴谱仪,进一步证明了小于1mm直径的雨滴,降落的终端速度要大于静止空气中相同直径雨滴的降落速度。并且明确指出这些超级终端速度的雨滴,如果是由于大直径雨滴破碎化而来,这些破碎化并非来自测量仪器。
这些超级终端速度的雨滴可能对雷达降雨收集、侵蚀参数化以及雨滴大小分布的估测产生影响,其影响需要进一步研究。
5 产地: 德国
 

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