專利名稱：一種光學(xué)降水量傳感系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于降水量測量技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種降水量傳感系統(tǒng)，尤其涉及一種光學(xué)降水量傳感系統(tǒng)，可測量降水過程中降水顆粒的直徑和速度，從而完成降水量實(shí)時(shí)監(jiān)測的氣象監(jiān)測。
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(jī)械裝置能夠測量較長時(shí)間段內(nèi)的降水量，但是無法實(shí)時(shí)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(dāng)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(jìn)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(duì)光路的遮擋來測量降水顆粒的直徑和降落速度。然而該產(chǎn)品采用單光路測量，因此在雨滴密布的天氣中或者測量區(qū)域較大時(shí)容易因?yàn)榻邓w粒的前后重疊而引起對(duì)降水顆粒直徑的誤判。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種光學(xué)降水量傳感系統(tǒng)，可消除現(xiàn)有光學(xué)降水量傳感器測量過程中因降水顆粒的重疊引起的降水顆粒直徑和數(shù)量的誤判問題，能夠準(zhǔn)確地獲得降水顆粒的直徑以及通過測量區(qū)域的降水顆粒的數(shù)量。為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案—種光學(xué)降水量傳感系統(tǒng)，所述傳感系統(tǒng)包括光源、準(zhǔn)直擴(kuò)束系統(tǒng)、分束鏡、反射鏡、第一線陣CCD接收器、第二線陣CCD接收器、數(shù)據(jù)采集卡以及處理器；使用兩路相互垂直的光路的重合區(qū)域作為測量區(qū)域；所述光源發(fā)出光的方向依次設(shè)有準(zhǔn)直擴(kuò)束系統(tǒng)、分束鏡，第一線陣CCD接收器接收從分束鏡發(fā)射的光，第二線陣CCD接收器接收經(jīng)分束鏡折射、經(jīng)反射鏡發(fā)射的光；所述數(shù)據(jù)采集卡連接第一線陣CCD接收器、第二線陣CCD接收器、處理器。作為本實(shí)用新型的一種優(yōu)選方案，所述光源為半導(dǎo)體激光器或LED。作為本實(shí)用新型的一種優(yōu)選方案，所述第一線陣CCD接收器、第二線陣CCD接收器前還分別設(shè)有透鏡。作為本實(shí)用新型的一種優(yōu)選方案，所述光源出射、經(jīng)過準(zhǔn)直擴(kuò)束系統(tǒng)后的光束與分束鏡呈45°角，由分束鏡分成相互垂直的兩束等強(qiáng)度平行光路。作為本實(shí)用新型的一種優(yōu)選方案，所述傳感系統(tǒng)包括兩個(gè)反射鏡，第一反射鏡與分束鏡平行，第二反射鏡與第一反射鏡垂直，使得兩束光垂直相交，兩束光重疊區(qū)域即為測量區(qū)域。所述第一線陣CCD接收器、第二線陣CCD接收器實(shí)時(shí)測量所述測量區(qū)域的測量值，并將光強(qiáng)信號(hào)轉(zhuǎn)化成電信號(hào)送入數(shù)據(jù)采集卡中；數(shù)據(jù)采集卡完成A/D轉(zhuǎn)化，再由單片機(jī)完成圖像處理。具體地，當(dāng)測量區(qū)域有降水顆粒通過時(shí)，由于顆粒對(duì)光路的遮擋作用，CXD接收器的測量值發(fā)生變化。通過測量區(qū)域后，光束由透鏡匯聚到線陣CXD的表面，CXD將光強(qiáng)信號(hào)轉(zhuǎn)化成電信號(hào)送入雙通道數(shù)據(jù)采 集卡中，由采集卡完成A/D轉(zhuǎn)化，再由單片機(jī)完成圖像處理，利用合適的算法得出降水顆粒的直徑和速度。統(tǒng)計(jì)某一段設(shè)定長度的時(shí)間內(nèi)所有通過測量區(qū)域的降水顆粒的體積即可得出該時(shí)間內(nèi)的降水量。作為本實(shí)用新型的一種優(yōu)選方案，所述處理器為單片機(jī)。本實(shí)用新型的有益效果在于本實(shí)用新型提出的光學(xué)降水量傳感系統(tǒng)采用雙光路測量方案，兩束平行光的重疊區(qū)域即為測量區(qū)域。當(dāng)降水顆粒分布密集時(shí)，能夠判斷是否有顆粒重疊發(fā)生，從而避免單光路測量時(shí)對(duì)降水顆粒直徑和數(shù)量的誤判。

圖I為本實(shí)用新型降水量傳感系統(tǒng)的組成示意圖。圖2(a)、圖2(b)為雙光路測量區(qū)域中顆粒分布與探測信號(hào)的對(duì)應(yīng)關(guān)系示意圖。
具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖詳細(xì)說明本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例。實(shí)施例一請(qǐng)參閱圖1，本實(shí)用新型揭示了一種光學(xué)降水量傳感系統(tǒng)，包括光源I、準(zhǔn)直擴(kuò)束系統(tǒng)2、分束鏡3、反射鏡4、線陣CCD接收器6 (第一線陣CCD接收器、第二線陣CCD接收器)、數(shù)據(jù)采集卡7以及處理器8。所述光源I發(fā)出光的方向依次設(shè)有準(zhǔn)直擴(kuò)束系統(tǒng)2、分束鏡3，第一線陣CCD接收器接收從分束鏡3發(fā)射的光，第二線陣CCD接收器接收經(jīng)分束鏡3折射、經(jīng)反射鏡發(fā)射4的光；所述數(shù)據(jù)采集卡7連接第一線陣CXD接收器、第二線陣CXD接收器、處理器8。光源I可以為半導(dǎo)體激光器，也可以使用LED ;處理器8可以為單片機(jī)。光源I出射光束經(jīng)過擴(kuò)束準(zhǔn)直系統(tǒng)2后校正為平行光束，再由分束鏡3分成兩束光，其中一束光經(jīng)過反射鏡4的兩次反射后與第一束光相交，重疊區(qū)域9即為測量區(qū)域。當(dāng)測量區(qū)域有降水顆粒通過時(shí)，由于顆粒對(duì)光路的遮擋作用，CCD接收器6的測量值發(fā)生變化。通過測量區(qū)域后，光束由透鏡5匯聚到線陣CXD接收器6的表面，線陣CXD接收器6將光強(qiáng)信號(hào)轉(zhuǎn)化成電信號(hào)送入雙通道數(shù)據(jù)采集卡7中，由采集卡完成A/D轉(zhuǎn)化，再由單片機(jī)8完成圖像處理，利用合適的算法得出降水顆粒的直徑和速度。統(tǒng)計(jì)某一段設(shè)定長度的時(shí)間內(nèi)所有通過測量區(qū)域的降水顆粒的體積即可得出該時(shí)間內(nèi)的降水量。圖2(a)、圖2(b)為重疊降水顆粒的識(shí)別原理示意圖。如圖2(a)所示，當(dāng)兩顆粒在X方向完全重疊時(shí)，此時(shí)X方向的探測器會(huì)產(chǎn)生誤判，將兩個(gè)降水顆粒誤判為一個(gè)，在不完全重疊的情況下，還會(huì)引起X方向探測器對(duì)降水顆粒直徑的判斷，因此需要Y方向的探測器輔助探測，區(qū)分X方向的探測信號(hào)是單個(gè)降水顆粒所造成還是降水顆粒重疊造成的。同理，圖2 (b)反應(yīng)的是降水顆粒在Y方向重疊的情況，同樣可以通過X方向探測器的信號(hào)來加以區(qū)分。因此，采用雙光路測量，能夠清楚地判斷測量區(qū)域中是否有降水顆粒相互重疊發(fā)生，避免了單光路測量時(shí)對(duì)降水顆粒直徑和數(shù)量的誤判。綜上所述，本實(shí)用新型提出的光學(xué)降水量傳感系統(tǒng)采用雙光路測量方案，兩束平行光的重疊區(qū)域即為測量區(qū)域。當(dāng)降水顆粒分布密集時(shí)，能夠判斷是否有顆粒重疊發(fā)生，從而避免單光路測量時(shí)對(duì)降水顆粒直徑和數(shù)量的誤判。[0023]這里本實(shí)用新型的描述和應(yīng)用是說明性的，并非想將本實(shí)用新型的范圍限制在上述實(shí)施例中。這里所披露的實(shí)施例的變形和改變是可能的，對(duì)于那些本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說實(shí) 施例的替換和等效的各種部件是公知的。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該清楚的是，在不脫離本實(shí)用新型的精神或本質(zhì)特征的情況下，本實(shí)用新型可以以其它形式、結(jié)構(gòu)、布置、比例，以及用其它組件、材料和部件來實(shí)現(xiàn)。在不脫離本實(shí)用新型范圍和精神的情況下，可以對(duì)這里所披露的實(shí)施例進(jìn)行其它變形和改變。
權(quán)利要求1.一種光學(xué)降水量傳感系統(tǒng)，其特征在于，所述傳感系統(tǒng)包括光源、準(zhǔn)直擴(kuò)束系統(tǒng)、分束鏡、反射鏡、第一線陣CCD接收器、第二線陣CCD接收器、數(shù)據(jù)采集卡以及處理器；使用兩路相互垂直的光路的重合區(qū)域作為測量區(qū)域；所述光源發(fā)出光的方向依次設(shè)有準(zhǔn)直擴(kuò)束系統(tǒng)、分束鏡，第一線陣CCD接收器接收從分束鏡發(fā)射的光，第二線陣CCD接收器接收經(jīng)分束鏡折射、經(jīng)反射鏡發(fā)射的光； 所述數(shù)據(jù)采集卡連接第一線陣CCD接收器、第二線陣CCD接收器，將采集到的數(shù)據(jù)送入處理器。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的光學(xué)降水量傳感系統(tǒng)，其特征在于 所述光源為半導(dǎo)體激光器或LED。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的光學(xué)降水量傳感系統(tǒng)，其特征在于 所述第一線陣CCD接收器、第二線陣CCD接收器前還分別設(shè)有透鏡。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的光學(xué)降水量傳感系統(tǒng)，其特征在于 所述光源出射、經(jīng)過準(zhǔn)直擴(kuò)束系統(tǒng)后的光束與分束鏡呈45°角，由分束鏡分成相互垂直的兩束等強(qiáng)度平行光路。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的光學(xué)降水量傳感系統(tǒng)，其特征在于 所述傳感系統(tǒng)包括兩個(gè)反射鏡，第一反射鏡與分束鏡平行，第二反射鏡與第一反射鏡垂直，使得兩束光垂直相交，兩束光重疊區(qū)域即為測量區(qū)域； 所述第一線陣CCD接收器、第二線陣CCD接收器實(shí)時(shí)測量所述測量區(qū)域的測量值，并將光強(qiáng)信號(hào)轉(zhuǎn)化成電信號(hào)送入數(shù)據(jù)采集卡中；數(shù)據(jù)采集卡完成A/D轉(zhuǎn)化，再由單片機(jī)完成圖像處理。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的光學(xué)降水量傳感系統(tǒng)，其特征在于 所述測量區(qū)域與第一線陣CXD接收器、第二線陣CXD接收器之間還分別設(shè)有透鏡。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的光學(xué)降水量傳感系統(tǒng)，其特征在于 所述處理器為單片機(jī)。
專利摘要本實(shí)用新型揭示了一種光學(xué)降水量傳感系統(tǒng)，所述傳感系統(tǒng)包括光源、準(zhǔn)直擴(kuò)束系統(tǒng)、分束鏡、反射鏡、第一線陣CCD接收器、第二線陣CCD接收器、數(shù)據(jù)采集卡以及處理器；所述光源發(fā)出光的方向依次設(shè)有準(zhǔn)直擴(kuò)束系統(tǒng)、分束鏡，第一線陣CCD接收器接收從分束鏡發(fā)射的光，第二線陣CCD接收器接收經(jīng)分束鏡折射、經(jīng)反射鏡反射的光；所述數(shù)據(jù)采集卡連接第一線陣CCD接收器、第二線陣CCD接收器，將獲取的數(shù)據(jù)送入處理器。本實(shí)用新型提出的光學(xué)降水量傳感系統(tǒng)采用雙光路測量方案，兩束平行光的重疊區(qū)域即為測量區(qū)域。當(dāng)降水顆粒分布密集時(shí)，能夠判斷是否有顆粒重疊發(fā)生，從而避免單光路測量時(shí)對(duì)降水顆粒直徑和數(shù)量的誤判。
文檔編號(hào)G01P5/26GK202372654SQ20112053502
公開日2012年8月8日 申請(qǐng)日期2011年12月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月19日
發(fā)明者凌進(jìn)中, 孟媛, 張大偉, 李柏承, 王力田, 王 琦, 黃元申 申請(qǐng)人:上海理工大學(xué)