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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程和宏觀動力結構的主要指標之一。通過分析雨滴譜,可以深入了解降水的發展和演變過程,揭示降水機制。傳統雨滴譜測量包括動力學法、濾紙色斑法、面粉團法、快速攝影法和浸潤法等,是通過人工采集大量的雨滴特性參數數據,根據雨滴直徑的大小進行統計分類。
    但傳統方法其過程繁瑣、精確度不高,為克服上述方法所帶來的問題,我們研發了基于激光原理的高精度激光雨滴譜系統,可以用于測量雨量、雨強以及顆粒大小及速度,甚至可以測量最小直徑0.16mm的顆粒。根據用戶需求,還可以增加其他氣象單元,在降水粒子觀測和降水物理研究中具有重要的作用。
    2  觀測系統設計
    2.1 目標
    1) 堅固緊湊
    2) 低維護
    3) 可測量顆粒直徑最低0.16 mm
    4) DSP技術
    5) 在山區使用的加熱擴展
    6) 遠程控制
    7) 安裝方便
    8) 適用于嚴酷環境 
    9) 標準數據輸出
     
    2.2 系統組成及技術指標
    2.2.1 系統由如下部分組成:
    1) 雨滴譜儀;
    2) 氣象單元(可選);
    3) 數據采集單元;
    4) 軟件;
    5) 防風附件(可選);
    6) 支架等;
     
     
    2.2.2 技術指標:

    技術參數:
    l 工作原理: 
     
    785 nm激光,最大0.5mW功率,激光等級1M
    l 測量區域: 46 cm² (23 x 2.0 cm)
    l 環境條件:  -40°C ~+70°C, 0~100% r.H. (可選-60°C ~+70°C)
    l 防護等級: IP65
    l 供電: 24V AC/DC, < 750 可選 230 VAC/115 VAC. 230 VAC/115 VAC
    l 重點: 4.8 kg(無其他配件)
    l 數據輸出: RS485 1200~115200 Bd, 全雙攻, 2個24VDC 光耦合器
    l 可選輸入:
    l 雷達反射率:
    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 區分不同降水: 雨、雪、冰雹等,命中率> 97%
    l 最小強度: 0.005 mm/h
    l 最高強度: 250 mm/h
    l 粒子等級:
    風向傳感器
    440種(22種直徑x 20種速度)
    l 測量范圍: 0 ~ 360°
    l 操作電壓 4 ~ 18V DC
    l 加熱: 24 V AC/DC, 最大20 W
    風速傳感器:  
    l 測量范圍: 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 溫度測量范圍:
    l 溫度測量精度:
    l 濕度測量范圍:
    l 濕度測量精度:
    l 傳感器:
    l 操作電壓:
    l 防護等級:
    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   數據處理
    專用數據采集分析軟件,可以采集、分析并對數據進行可視化,

     
    4   應用案例
    4.1  關于雨滴超級終端速度的進一步證據 (M. L. Larsen, A. B. Kostinski, and A. R. Jameson,2014)
     
     
    實驗使用21個LPM激光雨滴譜儀,進一步證明了小于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終端速度的雨滴,如果是由于大直徑雨滴破碎化而來,這些破碎化并非來自測量儀器。
    這些超級終端速度的雨滴可能對雷達降雨收集、侵蝕參數化以及雨滴大小分布的估測產生影響,其影響需要進一步研究。
    5 產地: 德國
     

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