专利名称：一种水滴直径的测量方法
一种水滴直径的测量方法技术领域
本专利涉及到光学工程、数据信号处理、软件工程等领域，具体来说是一种测量速度较低，相互间隔较远，不会相互影响的低速稀疏水滴直径的测量方法。
背景技术：
测量水滴直径的方法主要有色斑法、面粉法、激光法、摄影法、浸入法等。色斑法和摄影法是应用比较广泛的水滴直径测量方法，这两种方法都是利用到水滴在同一材料上形成的色斑大小与水滴的直径大小成正比的假定，预先率定好水滴直径与色斑直径的关系，然后通过量水滴在滤纸、晒图纸、相纸等材料上形成的色斑大小推断出水滴的直径，或者是摄影图像的成像计算出水滴的直径。这两种方法都有相同的部分，就是根据水滴的周向判断水滴的直径，没有考虑厚度方向。而实际情况是水滴在空气中运动时，由于受到空气阻力的作用，往往是成椭球形，为了提高精度就不能完全按球形考虑水滴的直径。本专利就提出一种按椭球计算水滴的体积的模型，并换算成就球形计算出水滴的当量直径的方法。发明内容
为了解决上述问题，本发明提出一种测量速度较低，相互间隔较远，不会相互影响的低速稀疏水滴直径的测量方法，以椭球形模型对水滴进行分析，得到更加符合实际情况的高精度水滴直径。
本发明通过以下步骤来完成
步骤1 设备调试；
开启光源与光强感应器，使光源发出的光照照向凹面镜，通过调整凹面镜角度，使光照通过凹面镜平行射出，并照射到光强感应器中的光强感应阵列上。
步骤2 测得无水滴时光强感应阵列上各个阵列元素的光照强度；
每间隔30秒，通过光强感应器测得光强感应阵列上各个阵列元素aij的光照强度 I…通过分析处理装置接收三次光照强度I…取平均值为无水滴情况下各个阵列元素的光照强度；其中，i为光强感应阵列横坐标，j为光强感应阵列纵坐标。
步骤3 获得被测水滴在光强感应阵列上投影的最大长度L ；
令被测水滴在光强感应阵列上投影为区域A，则区域A上的阵列元素上的光强发生衰减，通过光强感应器测得区域A上的阵列元素上衰减后的光强为根据区域 A内所有阵列元素的坐标位置，选择间距最大的两个阵列元素和αΡ2 2，且得到αΡι 1 和aPw之间的距离L ；
步骤4 获得被测水滴在光强感应阵列上投影的最大宽度W ；
在区域A内选择两个阵列元素 aVsq3^W ap4q4，使 aVsq3^W αρ4 /4连线与 aP1Q1 禾口 aP^2连线相互垂直，且aP3…和aP4&之间的距离W为…垂直方向上的最大距1 ο
步骤5 获得区域A中光强衰减最大的阵列元素aPm￡ m;
根据步骤3中获得的无水滴情况下光强感应阵列上每个阵列元素的光照强度，得 到区域A中无水滴时阵列元素 ，的对应的光照强度精准值/"ap(;，则在区域A中，光强衰 减最大的阵列元素a—为/""、-/'、中的最大值所对应的阵列元素，且阵列元素aPmqm
在无水滴时光照强度精准值为Lpmqm，穿过水滴衰减后阵列元素aPm￡ m的光照强度 /'
aPmQm °步骤6 测得被测水滴直径；根据
权利要求
1.本发明一种水滴直径测量方法，其特征在于通过以下步骤来完成 步骤1 设备调试；开启光源与光强感应器，使光源发出的光照照向凹面镜，通过调整凹面镜角度，使光照通过凹面镜平行射出，并照射到光强感应器中的光强感应阵列上；被测水滴由凹面镜与光强感应器间经过；步骤2 测得无水滴时光强感应阵列上各个阵列元素的光照强度； 每间隔30秒，通过光强感应器测得光强感应阵列上各个阵列元素的光照强度Iij, 通过分析处理装置接收三次光照强度I…取平均值&为无水滴情况下各个阵列元素的光照强度；其中，i为光强感应阵列横坐标，j为光强感应阵列纵坐标； 步骤3 获得被测水滴在光强感应阵列上投影的最大长度L ；令被测水滴在光强感应阵列上投影为区域A，则区域A上的阵列元素上的光强发生衰减，通过光强感应器测得区域A上的阵列元素上衰减后的光强为；根据区域A内所有阵列元素的坐标位置，选择间距最大的两个阵列元素％^和aP^2，且得到aP^1和aP^2 之间的距离L ；步骤4 获得被测水滴在光强感应阵列上投影的最大宽度W ；在区域A内选择两个阵列元素％3( 3和％4( 4，使％3( 3和％4( 4连线与％1( 1和％2( 2连线相互垂直，且aP^3和aP^4之间的距离W为％论和aP^2垂直方向上的最大距离； 步骤5 获得区域A中光强衰减最大的阵列元素aPm￡ m;根据步骤3中获得的无水滴情况下光强感应阵列上每个阵列元素的光照强度的精准值，得到区域A中无水滴时阵列元素 ，的对应的光照强度精准值/"ap(!，则在区域A中，光强衰减最大的阵列元素aPm￡ m为/""、-/'、中的最大值所对应的阵列元素，且阵列元素a—在无水滴时光照强度为Lpmijm，穿过水滴衰减后阵列元素aPm￡ m的光照强度Gpmijm ； 步骤6 测得被测水滴直径； 根据
2.如权利要求1所述一种水滴直径测量方法，其特征在于所述光强感应器的光强感应阵列上设置有厚度均勻的透明膜，令C2为透明膜的衰减系数，透明膜厚度为h'，则
全文摘要
本发明公开一种水滴直径的测量方法，根据水滴对光的折射和衰减，得到获得被测水滴在光强感应阵列上投影的最大长度L以及最大宽度W；获得被测水滴在光强感应阵列上投影中光强衰减最大的阵列元素；根据均匀水滴的厚度计算公式得到被测水滴厚度H。由于水滴在空气中受到大气阻力的作用，会使得水滴成椭球形，由此根据L、W、H得到椭球型被测水滴的体积，将椭球型被测水滴体积换算成球形体积，由此得到被测水滴的直径。本发明的优点在于方法简单，水滴模型更接近于现实生活中的各式各样的水滴，测量更加精确。本方法可以应用于观测水滴大小对结冰的影响，以及观测雨水的大小对农作物生长的影响等领域，为这些领域的研究提供更精确的数据。
文档编号G01B11/08GK102494622SQ20111040983
公开日2012年6月13日 申请日期2011年12月9日 优先权日2011年12月9日
发明者常士楠, 杨波, 王超, 管章杰, 管贻生, 陈杜 申请人:北京航空航天大学