一种带温度校准的激光降水现象自动观测仪的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种带温度校准的激光降水现象自动观测仪，包括：激光传感器单元，由激光发射端与接收端两部分组成，发射端与接收端都采用密封装置，内置加热模块，外覆不锈钢防溅网，左右对称分布，固定在U型弯管两端，间距为180mm，用于采集降水粒子粒径、速度和数量，识别天气现象；温度传感器单元，固定在激光传感器单元上，通过线缆同激光传感器相连接，用于辅助判断降水类型，通过剔除和修正异常数据来提高对天气现象判断的准确性。
【专利说明】一种带温度校准的激光降水现象自动观测仪
【技术领域】
[0001]本实用新型属气象自动化观测【技术领域】，具体涉及一种带温度校准的激光降水现象自动观测仪，该仪器可监测空气中降水粒子的粒径分布及速度分布，可识别所有的降水类型，并计算出相应的降水强度、降水量、雷达反射率等相关项目，适用于天气现象的自动观测。
【背景技术】
[0002]降水现象的观测是地面气象观测中最基本的项目之一，降水类型、降水强度、降水量、雷达反射率等的准确判别为气象、水文、农业和资源环境等科学的研宄提供了重要依据，对农业生产、交通运输和防灾减灾等领域有重大的实用价值。
[0003]激光降水现象自动观测仪是以激光测量为基础的粒子测量传感器，采用平行均匀的激光束和光电管阵列结合，当有降水粒子穿越采样空间时，自动记录遮挡物的宽度，通过穿越时间计算降水粒子的粒径和速度，由检测的信号变化数目计算出通过采样区的粒子数，根据降水粒子的粒径、末速度和数量对降水粒子进行分类以雨滴谱的形式展现出来，判断降水类型，并计算出降水强度、累积降水量、雷达反射因子等相关信息，实现天气现象的自动识别。
[0004]在实际的应用中，部分降水粒子通过激光采样区时，受降水粒子重合、降水粒子落到采样区边缘、风力等外界因素的影响，仪器所采集到的降水粒子的粒径与末速度时有偏差，现有的激光降水现象自动观测仪只能对采样周期内偶尔出现的一两个有较大偏差的粒子进行剔除处理，当一个采样周期内偏差粒子累积到一定数量时，就会造成对降水现象的误判，如出现降雨时误报降雪、雨夹雪等情况，从而影响了仪器测量的准确性。
实用新型内容
[0005]本实用新型的目的是提供一种带温度校准的激光降水现象自动观测仪，该观测仪利用不同类型降水发生时外界环境温度差异的特点，对一些导致降水类型误报的异常数据进行剔除和修正，从而提高仪器测量的准确性。
[0006]为了实现上述目的，本实用新型提供一种带温度校准的激光降水现象自动观测仪，包括激光传感器单元和温度传感器单元两部分。其特征在于，用于采集降水粒子粒径、速度和数量，识别天气现象的激光传感器单元，包括激光发射端和接收端、发射端发送一束均匀的平行激光束到达接收端；用于采集环境温度的温度传感器单元，温度传感器单元包括一个精度高、测量范围大的温度传感器。
[0007]优选地，所述激光传感器单元包含激光发射端和激光接收端。激光发射端发送一束30mm宽*0.9mm厚的均勾激光束到达激光接收端，激光发射端与激光接收端间距为180mmo
[0008]优选地，所述激光发射端和激光接收端，其上部均覆盖不锈钢防溅网，避免溅落的水滴对测量造成影响。
[0009]优选地，所述激光发射端和激光接收端，其内部均带有加热装置，在内部温度低于10°c时，启动加热装置，确保仪器在低温的环境下正常运行。
[0010]优选地，所述激光发射端和激光接收端，其通过U型不锈钢管相连接，激光发射端和激光接收端左右对称分布，防止飞溅的水滴对测量造成影响。
[0011]优选地，所述温度传感器单元，其测量范围为-60 °C ~ +100 °C，有效精度为0.0l0Co
[0012]优选地，所述温度传感器单元，固定在激光传感器单元上，通过线缆同激光传感器相连。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1为本实用新型所提供的带温度校准的激光降水现象自动观测仪整体结构示意图。
[0014]图2为不同类型降水的降水粒子粒径与速度区间分布图。
[0015]图3为不同类型降水的温度区间分布图。
[0016]图4为降雨时误报降雪滴谱图。
[0017]图5为降雨时误报雨夹雪滴谱图。
[0018]图1 中。
[0019]1.防溅落保护网、2.加热装置、3.1P67等级密封保护体、4.U型连接管、5.温度传感器、6.激光带。
【具体实施方式】
[0020]为了使本【技术领域】的人员更好地理解本实用新型方案，下面结合附图和【具体实施方式】对本实用新型作进一步的详细说明。
[0021]请参考图1，图1为本实用新型所提供带温度校准的激光降水现象自动观测仪的一种【具体实施方式】
的结构示意图。
[0022]在一种【具体实施方式】中，本实用新型所提供的带温度校准的激光降水现象自动观测仪，包括激光传感器单元和温度传感器单元两部分。激光传感器单元包括:1.防溅落保护网、2.加热装置、3.1P67等级密封保护体、4.U型连接管；温度传感器单元包括:5.温度传感器。
[0023]当有降水粒子穿越采样空间激光带6时，激光传感器自动记录遮挡物的宽度，通过穿越时间计算降水粒子的粒径D和速度V，由检测的信号变化数目计算出采用周期内通过采样区的粒子数量N，并根据降水粒子的粒径、末速度和数量对降水粒子进行分类，在前端电脑上以雨滴谱的形式展现出来。
[0024]请参考图2，图2为不同类型降水的降水粒子粒径与速度区间分布图。
[0025]如图2所示，各种类型降水如毛毛雨、雨、雪、雨夹雪、冰雹和霰等均位于不同区域内，当降水发生时，理想状况下，同一类型的降水粒子的直径和速度均位于同一区域内，根据此区间分布图即可判断出降水类型，进一步的计算出降水动能、降水量、雷达反射率等相关信息。
[0026]请参考图3，图3为不同类型降水的温度区间分布图。
[0027]如图3所示，当降水类型为毛毛雨、雨、冰雹时，外界温度高于0°C ;当降水类型为冻雨时，温度范围为-8°C ~ (TC ;冰粒子，温度范围为-8°C ~ +3°C ;雨夹雪，温度范围为-8°C ~ +6°C;米雪、雪，温度范围为低于+6°C，另外，霰粒子一般在0°C左右，也可能出现在-40。。。
[0028]请参考图4，图4为降雨误报降雪图。
[0029]如图4所示，降水时间为2014年6月18日，外界温度为16°C，依照采集的降水粒子的谱图分布来看，其多数粒子位于图2所示降水粒子粒径与速度区间分布图中的降雪区域，导致天气现象误报为降雪。
[0030]请参考图5，图5为降雨误报雨夹雪图。
[0031]如图5所示，降水时间为2014年6月18日，外界温度为15°C，依照采集的降水粒子的谱图分布来看，其部分位于图2所示降水粒子粒径与速度区间分布图中的降雨区域，部分位于雨夹雪和降雨区域，导致天气现象误报为雨夹雪。
[0032]图4与图5所产生的误报的原因是降雨粒子重合、降雨粒子落入采样区边缘或者受外界风等环境干扰，从而导致降雨粒子进入了降雪或者雨夹雪的区域，进一步的导致了仪器的误判。
[0033]其工作原理如下。
[0034]由上所述，本实用新型所提供的带温度校准的激光降水现象自动观测仪，该仪器利用不同类型降水发生时近地面环境温度有差异的特点，对一些导致降水类型误报的异常数据进行剔除和修正，从而提高仪器测量的准确性。
[0035]还以图4与图5为例，图4测量时外界环境温度为16°C，图5为15°C，对照图3不同类型降水的温度区间分布图可知，图4与图5的降水类型可能为毛毛雨、雨或者冰雹，不可能为雪或者雨夹雪，再结合两图中降水粒子的速度和直径，排除毛毛雨和冰雹，最终得到的降水类型为雨，从而达到排除误报，提高仪器测量的准确性。
[0036]带温度校准的激光降水现象自动观测仪具有如下功能。
[0037]1.天气现象自动监测。
[0038]2.输出降水强度。
[0039]3.输出降水量。
[0040]4.输出雷达反射率。
[0041]综上所述，该带温度校准的激光降水现象自动观测仪利用不同类型降水发生时近地面环境温度有差异的特点，对一些导致降水类型误报的异常数据进行剔除和修正，在外观结构上采用模块化设计，具有精度高、实用性强、性能稳定、操作简单等特点。
[0042]上述带温度校准的激光降水现象自动观测仪仅是一种优选方案，具体并不局限于此，在此基础上可根据实际需要作出具有针对性的调整，从而得到不同的实施方式。由于可能实现的方式较多，这里就不再一一举例说明。
[0043]以上对本实用新型所提供的带温度校准的激光降水现象自动观测仪结构及其工作原理进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的核心思想。应当指出，对于本【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。
【权利要求】
1.一种带温度校准的激光降水现象自动观测仪，包括激光传感器单元和温度传感器单元两部分，其特征在于，用于采集降水粒子粒径、速度和数量，识别天气现象的激光传感器单元，包括激光发射端和接收端两部分，发射端发送一束均匀的平行激光束到达接收端，发射端和接收端全部采用密封装置，其密封等级可达到IP67 ;用于采集环境温度的温度传感器单元，温度传感器单元包括一个精度高、测量范围大的温度传感器。
2.根据权利要求1所述的一种带温度校准的激光降水现象自动观测仪，其特征在于，所述激光传感器单元包含激光发射端和激光接收端，激光发射端发送一束30mm宽*0.9mm厚的均匀激光束到达激光接收端，激光发射端与激光接收端间距为180_。
3.根据权利要求2所述的一种带温度校准的激光降水现象自动观测仪，其特征在于，所述激光发射端和激光接收端，其上部均覆盖不锈钢防溅网，避免溅落的水滴对测量造成影响。
4.根据权利要求2所述的一种带温度校准的激光降水现象自动观测仪，其特征在于，所述激光发射端和激光接收端，其内部均带有加热装置，在内部温度低于10°C时，加热装置启动，确保仪器在低温的环境下正常运行。
5.根据权利要求2所述的一种带温度校准的激光降水现象自动观测仪，其特征在于，所述激光发射端和激光接收端，其通过U型不锈钢管相连接，激光发射端和激光接收端左右对称分布，防止飞溅的水滴对测量造成影响。
6.根据权利要求1所述的一种带温度校准的激光降水现象自动观测仪，其特征在于，所述温度传感器单元，其测量范围为_60°C ~ +100°C，有效精度为0.01°C。
7.根据权利要求1所述的一种带温度校准的激光降水现象自动观测仪，其特征在于，所述温度传感器单元，固定在激光传感器单元上，通过线缆同激光传感器相连。
【文档编号】G01W1/14GK204256199SQ201420728417
【公开日】2015年4月8日 申请日期:2014年11月28日 优先权日:2014年11月28日
【发明者】李建成 申请人:北京中科宇天科技发展有限公司