一种基于双线阵的冰雹测量装置及测量方法与流程

1.本发明属于气象数据处理和冰雹粒子测量技术领域，具体地说，涉及一种基于双线阵的冰雹测量装置及测量方法。


背景技术：

2.作为在强对流天气条件下发生的一种固态降水的天气现象，冰雹往往能够对我们的社会生活以及工农业生产带来巨大的危害，有时甚至危及人民的生命财产安全。因此，如果能对冰雹进行准确的预测和消除，将可为人类社会挽回巨大的经济损失，并减轻对人类生命安全的威胁。
3.对冰雹进行准确预测和人工干预依然是一个世界性的难题，因为目前人类对于冰雹的形成过程和条件、地面降雹特征等还缺乏准确的认识和了解。因此，实现对冰雹进行准确预测与人工干预的前提是能够对冰雹的形成过程和条件、地面降雹特征等进行准确观测，但是，相应观测设备的缺乏极大限制了对于冰雹事件发生发展过程的认识。
4.目前，用于冰雹粒子测量的冰雹地面观测仪器主要可以分为两类：一类是可以提供时间记录的仪器，如冰雹谱仪；另一类则是提供时间积分测量的仪器，如冰雹印迹板和冰雹摄像仪；其中，冰雹印迹板是使用最为广泛的时间积分测量类仪器，其含有一个覆箔的泡沫塑料垫，可以保存下冰雹撞击留下的凹痕，该类型仪器利用不同大小冰雹质量和末速度差异造成的不同印痕，来分析冰雹粒子大小、质量等参量。但是，该仪器不能准确获得冰雹的大小尺寸、形状、降雹时间和冰雹的空间浓度，也无法区分不同降雹过程和冰雹印痕重叠的影响等。而冰雹摄像仪是另一种时间累积积分仪器，基于粒子的影像信息，虽然可实时获取冰雹粒子的大小尺寸和形状信息，但是，该仪器价格昂贵、安装和维护也较为繁琐，且无法获取冰雹粒子的下落末速度信息。
5.在冰雹粒子测量的时间记录仪器中，基于光学散射原理的激光冰雹谱仪是应用较为广泛的一种仪器，该仪器可以对冰雹粒子的大小、下落时间和末速度进行测量，因此可提供一次风暴过程中粒子谱随时间变化信息，但是，无法提供冰雹粒子的形状信息，粒子粒径测量范围也比较有限。而在现有的光学粒子测量仪器当中，美国dmt公司生产的、基于粒子挡光成像测量原理开发的冰雹谱仪mps(meteorological particle spectrometer)是一款能够对冰雹粒子的大小、形状和落速进行测量的仪器，但是，该仪器对粒子图像的采集使用的是预设频率，因此无法测量到准确的粒子图像信息，也就无法得到准确的冰雹粒子形状。此外，该仪器的测量范围也比较有限，仅能对6.2mm以下粒子进行测量。


技术实现要素：

6.为解决现有技术存在的上述缺陷，本发明提出了一种基于双线阵的冰雹测量装置，能够克服目前光学测量技术在冰雹大小测量有限、形状和落速测量上存在的精度不高的缺陷，该装置不仅可以对冰雹进行成像，而且采用上下两组光电二极管阵列的布置方式，能够准确有效测量冰雹的落速。
7.本发明提供了一种基于双线阵的冰雹测量装置，该装置包括：双线光源、双线光电二极管阵列、光电信号采集处理电路和数据处理终端；
8.所述双线光源与双线光电二极管阵列相对放置，双线光源中的每个点光源对应一个双线光电二极管阵列中的阵元，双线光源与双线光电二极管阵列之间形成仪器采样空间，待采样冰雹经过该仪器采样空间；双线光电二极管阵列电性连接光电信号采集处理电路，光电信号采集处理电路通过网线连接数据处理终端；
9.所述双线光源，用于输出多个准直、光强分布均匀的、呈线性排列的上、下两列激光光束；
10.所述双线光电二极管阵列，用于接收相应激光光束和输出相应的光电流信号；
11.所述光电信号采集处理电路，用于接收双线光电二极管阵列输出的光电流并进行处理，计算出待采样冰雹的落速；并根据待采样冰雹的落速，计算并更新冰雹图像的采样率，再根据更新的采样率，对待采样冰雹在光电二极管阵列上所成的像进行采集和处理后，上传至数据处理终端；
12.所述数据处理终端，用于获取待采样冰雹的直径、落速和真实图像，并对其进行处理和存储，并将处理后的冰雹粒子图像进行显示。
13.作为上述技术方案的改进之一，所述双线光源为双线半导体激光器阵列；
14.该双线半导体激光器阵列包括：第一激光器阵列单元和第二激光器阵列单元；
15.第一激光器阵列单元和第二激光器阵列单元呈上下排列设置，且二者之间设置固定距离；其中，该固定距离的取值范围为1-10cm；
16.所述第一激光器阵列单元和第二激光器阵列单元均为由n个等间距设置的点光源组成的、呈线性排列的激光器阵列，其中，20≤n≤200；
17.每个点光源是一个半导体激光器，且能输出一准直、光强分布均匀的激光光束，直接照射于双线光电二极管阵列中对应的光电二极管上。
18.作为上述技术方案的改进之一，所述双线光电二极管阵列包括：第一光电二极管阵列单元和第二光电二极管阵列单元；
19.第一光电二极管阵列单元和第二光电二极管阵列单元呈上、下排列设置，且二者之间设置固定距离；其中，该固定距离的取值范围为1-10cm；
20.所述第一光电二极管阵列单元和第二光电二极管阵列单元均为由n个等间距设置的光电二极管组成的、呈线性排列的光电二极管阵列；其中，20≤n≤200；
21.每个光电二极管接收来自每个相对应的点光源发射的准直、光强分布均匀的激光光束。
22.作为上述技术方案的改进之一，所述光电信号采集处理电路包括：前端信号调理电路和fpga控制电路；
23.所述前端信号调理电路，用于对双线光电二极管阵列输出的光电流进行快速响应处理后，提供给后端的fpga控制电路一组二值信号；
24.所述fpga控制电路包括fpga芯片，用于对仪器采样空间第一次出现待采样冰雹时，接收该组二值信号，并经过相应的逻辑运算，产生相应的脉冲指示信号，根据得到的脉冲信号时间，计算出待采样冰雹的落速，并根据该落速，更新冰雹图像的采样率，再根据更新的采样率，对待采样冰雹在光电二极管阵列上所成的像进行采集，并将采集到的图像和
参数信息进行压缩存储，当存满一帧后采集三路温度监测电压值，连同压缩的图像数据通过网络上传至数据处理终端。
25.作为上述技术方案的改进之一，所述前端信号调理电路包括依次顺序串联连接的互阻放大电路u1、后级信号放大电路u2、分压射随电路u3和比较电路u4；
26.所述互阻放大电路u1，用于将双线光电二极管阵列输出的光电流转换为对应的电压信号，并将其输入至后级信号放大电路u2；
27.所述后级信号放大电路u2，用于将互阻放大电路u1的输出的电压信号进行放大，并将其输入至比较电路u4；
28.所述分压射随电路u3，用于为比较电路u4提供一个进行比较的电压阈值参考电平，并将其输入至比较电路u4；
29.所述比较电路u4，用于对输入的放大后的信号与电压阈值参考电平进行比较；
30.其输出电压只有两种：高电平或者低电平，如果用1表示高电平，用0表示低电平，则比较电路u4的输出正好和待采样冰雹是否出现遮挡的状态对应起来。
31.作为上述技术方案的改进之一，所述fpga控制电路的具体实现过程为：
32.当待采样冰雹经过双线光源所输出的电激光束时，先经过第一光电二极管阵列单元时，该单元会通过前端信号调理电路产生一组二值信号，并输入至fpga芯片，此时fpga芯片会产生一个脉冲指示信号，并记录下接收到该脉冲信号的时间t1；当待采样冰雹继续下落，到达第二光电二极管阵列单元时，该单元同样会通过前端信号调理电路产生另一组二值信号，并输入至fpga芯片，此时fpga芯片会产生另一个脉冲指示信号，fpga芯片会记录下接收到该脉冲信号的时间t2；
33.根据得到的t1和t2，计算出待采样冰雹的落速v：
[0034][0035]
其中，s为第一光电二极管阵列单元与第二光电二极管阵列单元之间的固定距离；
[0036]
并实时根据待采样冰雹的落速和光学分辨率，计算冰雹图像的采样率f；
[0037][0038]
其中，res是光学分辨率，为已知值；
[0039]
并更新冰雹图像的采样率，再根据更新的采样率，对待采样冰雹在光电二极管阵列上所成的像进行采集，采用游程编码压缩算法，对采集到的图像和参数信息进行压缩存储；
[0040]
将压缩后的冰雹图像和参数数据进行打包，然后通过网络传送到所述数据处理终端。
[0041]
本发明还提供了一种基于上述测量装置实现的冰雹测量方法，该方法包括：
[0042]
步骤1)当待采样冰雹经过双线光源所输出的激光光束时，先经过第一光电二极管阵列单元时，该单元会通过前端信号调理电路产生一组二值信号，并输入至fpga芯片，此时fpga芯片会产生一个脉冲指示信号，并记录下接收到该脉冲信号的时间t1；当待采样冰雹继续下落，到达第二光电二极管阵列单元时，该单元同样会通过前端信号调理电路产生另一组二值信号，并输入至fpga芯片，此时fpga芯片会产生另一个脉冲指示信号，fpga芯片会
记录下接收到该脉冲信号的时间t2；
[0043]
根据得到的t1和t2，计算出待采样冰雹的落速v：
[0044][0045]
其中，s为第一光电二极管阵列单元与第二光电二极管阵列单元之间的固定距离；
[0046]
步骤2)根据待采样冰雹的落速和光学分辨率，计算冰雹图像的采样频率f；
[0047][0048]
其中，res是光学分辨率，为已知值；
[0049]
并更新冰雹图像的采样率，再根据更新的采样率，对待采样冰雹在光电二极管阵列上所成的像进行采集，采用游程编码压缩算法，对采集到的图像和参数信息进行压缩存储；
[0050]
步骤3)将压缩后的冰雹图像和参数数据进行打包，然后通过网络传送到所述数据处理终端；
[0051]
步骤4)所述数据处理终端对打包后的冰雹图像数据进行处理，获取待采样冰雹的直径、落速和真实图像，并对其进行处理和存储，并将处理后的冰雹粒子图像进行显示。
[0052]
本发明与现有技术相比的有益效果是：
[0053]
1、本发明的测量装置通过将分离的光电二极管拼装一起实现一个超长的光电二极管阵列，将分离的、可发射准直光束的半导体激光器拼装一起，以实现一超宽准直的线光源，以扩大仪器的采样面积，提高冰雹粒子的采样效率，可在对冰雹的大小尺寸和形状进行成像测量的同时，还可对冰雹粒子的落速进行准确地测量；
[0054]
2、本发明的测量装置通过计算得到的冰雹的落速，计算出fpga芯片采集冰雹图像的最优采样率并进行更新，能够使冰雹图像更加清晰，准确真实。
附图说明
[0055]
图1是本发明的测量装置的原理图；
[0056]
图2是本发明装置的测速示意图；
[0057]
图3是本发明的测量装置的示意图；
[0058]
图4是本发明的前端信号调理电路的示意图；
[0059]
图5是本发明的fpga控制电路的示意图；
[0060]
图6是采用本发明的装置重构的降水粒子图像。
具体实施方式
[0061]
现结合附图和实例对本发明作进一步的描述。
[0062]
本发明提出了一种基于双线阵的冰雹测量装置，该装置的测量原理为：利用分离的光电二极管拼装一起实现一个超长的光电二极管阵列，并组成双线光电二极管阵列；将分离的、可发射准直光束的半导体激光器拼装一起以实现一超宽准直的双线光源，两列光电二极管阵列平行分布，距离固定，两列线阵光源也平行分布，距离也固定，且均与其要照射的光电二极管阵列等高等距离布置。当有待采样冰雹粒子经过采用空间时，会挡住激光
光束并直接成像于光电二极管阵列的感光元件上，光电二极管阵列因冰雹粒子遮挡，使得其接收到的激光光强发生变化，从而导致其输出的电流发生变化，该变化的电流经信号采集处理电路进行处理后，选择任一光阵信号进行组合便可获取完整的待采样冰雹粒子图像，如图1所示。此外，待采样冰雹粒子经过两个光电二极管阵列时具有一定的时间差，而两个光电二极管阵列的距离是固定的，如图2所示，因此通过测量这一时间差就可以获取粒子穿过仪器采样区的速度，
[0063]
该装置包括：双线光源、双线光电二极管阵列、光电信号采集处理电路和数据处理终端；
[0064]
所述双线光源与双线光电二极管阵列相对放置，双线光源中的每个点光源对应一个双线光电二极管阵列中的一个光电二极管，双线光源与双线光电二极管阵列之间形成仪器采样空间，待采样冰雹经过该仪器采样空间；双线光电二极管阵列电性连接(即双线光电二极管阵列的输出直接连接于光电信号采集处理电路的输入)光电信号采集处理电路，光电信号采集处理电路通过网线(即光电信号采集处理电路的输出直接连接于数据处理终端)连接数据处理终端；
[0065]
所述双线光源，用于输出多个准直、光强分布均匀的激光光束；
[0066]
所述双线光电二极管阵列，用于接收每个激光光束和输出相应的光电流，当待采样冰雹经过仪器采样空间时，因其对相应的激光光束的遮挡，会直接成像于光电二极管阵列上，形成像，并使得光电二极管阵列接收到的激光光束的光强变弱，从而导致光电二极管阵列输出的电流减小；
[0067]
在本实施例中，所述双线光电二极管阵列为两个分离的、呈线性排列的、上下设置的、设置固定间距的光电二极管阵列单元拼装一起实现的两个超长的光电二极管阵列。
[0068]
所述光电信号采集处理电路，用于接收双线光电二极管阵列输出的光电流并进行处理，计算出待采样冰雹的落速；并根据待采样冰雹的落速，计算并更新冰雹图像的采样率，再根据更新的采样率，对待采样冰雹在光电二极管阵列上所成的像进行采集和处理后，上传至数据处理终端；
[0069]
如图3所示，所述数据处理终端，用于获取待采样冰雹的直径、落速和真实图像，并对其进行处理和存储，并将处理后的冰雹粒子图像进行显示。在本实施例中，所述数据处理终端为上位机。
[0070]
其中，如图1所示，所述双线光源为双线半导体激光器阵列，该双线半导体激光器阵列包括：第一激光器阵列单元和第二激光器阵列单元；第一激光器阵列单元和第二激光器阵列单元上下设置，且二者之间设置固定距离s；其中，该固定距离s的取值范围为1-10cm。
[0071]
所述第一激光器阵列单元和第二激光器阵列单元均为由n个等间距设置的点光源组成的、呈线性排列的激光器阵列，每个点光源是一个波长为660nm的半导体激光器且能输出一准直、光强分布均匀的激光光束，直接照射于双线光电二极管阵列中相应的光电二极管上。在本实施例中，该双线半导体激光器阵列为两排激光器阵列；每排激光器阵列内设置n个等间距设置的半导体激光器；其中，20≤n≤200。
[0072]
如图1所示，所述双线光电二极管阵列包括：第一光电二极管阵列单元和第二光电二极管阵列单元；第一光电二极管阵列单元和第二光电二极管阵列单元上下设置，且二者
之间设置固定距离s；其中，该固定距离s的取值范围为1-10cm；。
[0073]
所述第一光电二极管阵列单元和第二光电二极管阵列单元均为由n个等间距设置的光电二极管组成的、呈线性排列的光电二极管阵列；每个光电二极管接收来自每个相对应的点光源发射的准直、光强分布均匀的激光光束；其中，20≤n≤200；每个光电二极管所占面积大小均为5mm
×
5mm。在本实施例中，所述双线光电二极管阵列为两排光电二极管阵列；每排光电二极管阵列内设置n个等间距设置的光电二极管；每个光电二极管接收来自激光器发射的激光光束。
[0074]
当冰雹粒子由上而下落入仪器采样区，并挡住照射于第一光电二极管阵列的激光光束时，该第一光电二极管阵列因待采样冰雹挡光，使得接收到的激光光强降低，使得其输出的光电流信号发生变化，该变化的光电流信号经前端信号调理电路快速响应处理后，得到一组二值信号，该组二值信号输入至fpga芯片，并经过相应的逻辑运算，会输出一个脉冲指示信号，fpga芯片会将接收到脉冲信号的时刻记为时间t1；当冰雹粒子继续下落时，到达第二光电二极管阵列单元所在的高度时，该光电二极管阵列同样会输出一组变化的光电流信号至前端信号调理电路进行快速响应处理，得到另一组二值信号，该组二值信号输入至fpga芯片，并经过相应的逻辑运算，会输出另一个脉冲指示信号，并将其发送至fpga芯片，fpga芯片会将接收该脉冲信号的时刻记为时间t2。
[0075]
作为降雹过程重要的微物理属性，冰雹粒子大小、形状以及落速的测量对于降雹过程的理解及其在天气与气候模式中的参数化中具有重要的意义。基于双线光电二极管阵列的地面冰雹粒子及其落速测量主要是利用一准直,光强分布比较均匀的半导体激光阵列直接照射到传感器光电二极管阵列上,半导体激光阵列单元数与光电二极管阵列的单元数相等，每个激光阵列单元均直接照射于光电阵列的相应单元上。在激光束照射下，各传感单元均会产生一个与其自身所接收到的激光光强成正比的电流值。当有粒子穿过激光光束区时,照射到传感单元上的激光强度由于粒子遮挡发生了变化，从而使得传感单元产生的电流值发生变化，引起每个单元变化的光能量变化值δe：
[0076][0077]
式中：e为无粒子遮挡时阵列单元输出恒定信号的光能量，a为粒子的投影面积，a为阵列单元的有效接收面积。由于粒子对光的遮挡，主要是对光的散射和吸收,即消光引起的。引入消光系数可得：
[0078][0079]
式(3)中,ke为颗粒消光系数。根据mie散射理论,当粒子直径大于2μm左右的时候，式(3)中的消光系数ke一般取其近似值2。因此当时，δe＝0，这时可以认为该阵列单元被完全遮挡。因此，以粒子出现，光电二极管单元所接收的光能衰减50％以上为阈值。当任一单元出现满足光能衰减阈值情况时，该单元所输出的电流经前端信号调理电路处理后会形成一脉冲信号由fpga控制电路采集感知。在感知到有粒子经过仪器采样区后，fpga芯片会以一定频率f对光电二极管阵列上每个光电二极管的电流进行检测并对检测出的信号进行处理。因此，上述过程可以说明粒子遮挡导致光电二极管阵列接收到的光强发生的变
化。
[0080]
将每处理一次所获取的一组信号称为1条线(slice),当把采样获取的多条线(slice)信号按照获取顺序拼接在一起时，便可重构出冰雹的图像并测得冰雹的大小，如图6所示，nx和ny分别是冰雹在两个垂直轴向上所占的最大的单元数，将单元数乘上仪器的分辨率就可以获取冰雹在不同方向上的粒径大小。对冰雹图像进行采样的采样率f由下式决定：
[0081][0082]
其中，res是仪器的分辨率；
[0083]
因此，对冰雹落速的精准测量决定了仪器的采样频率的准确性，而仪器采样频率是否准确又决定了所测冰雹粒子图像是否准确，进而影响到仪器对冰雹粒子物理参数测量的准确性。由于冰雹粒子的大小形状不一，测量时大气环境状况也不尽相同，导致每一个冰雹粒子的落速也不尽相同，因此需要对每一个冰雹粒子的落速进行准确测量以确定其合适的采样频率。
[0084]
为了解决冰雹落速测量准确性的问题，本发明提出了在获取到两列阵列的输出第一次变化的电流时间后，根据公式fpga芯片会自动计算出冰雹落速。结合仪器的分辨率res，便可计算出仪器的粒子图像采样率f。
[0085]
其中，所述光电信号采集处理电路包括：前端信号调理电路和fpga控制电路；
[0086]
所述前端信号调理电路，用于对双线光电二极管阵列输出的光电流进行快速响应处理后，提供给后端的fpga控制电路一组二值信号，并输入至fpga控制电路；
[0087]
具体地，如图4所示，所述前端信号调理电路包括依次顺序串联连接的互阻放大电路u1、后级信号放大电路u2、分压射随电路u3和比较电路u4；
[0088]
所述互阻放大电路u1，用于将双线光电二极管阵列输出的光电流信号(微弱瞬变信号)转换为对应的电压信号，并将其输入至后级信号放大电路u2；其中，输出的每个光电流信号为与激光器输出的激光光束的激光光强成比例的电流信号；
[0089]
所述后级信号放大电路u2，用于将互阻放大电路u1的输出的电压信号进行放大，并将其输入至比较电路u4；
[0090]
所述分压射随电路u3，用于为比较电路u4提供一个进行比较的电压阈值参考电平，并将其输入至比较电路u4；
[0091]
所述比较电路u4，用于对输入的放大后的信号与电压阈值参考电平进行比较；
[0092]
其输出电压只有两种：高电平或者低电平，如果用1表示高电平,用0表示低电平，则比较电路u4的输出正好和冰雹是否出现遮挡的状态对应起来。
[0093]
在本实施例中，当激光光束直照时,双线光电二极管阵列接收到的光强产生的电压值的一半作为该传感器支路单元比较电路的阈值电压,即以双线光电二极管阵列接收到的激光光强被减弱一半以上时表示粒子出现事件。
[0094]
当仪器采样空间内没有待采样冰雹粒子经过时，此时双线半导体激光器阵列中的激光器直接照射于光电二极管阵列中的光电二极管上，此时，光电二极管(任一支路)输出光电流i,该电流信号经信号调理电路调理(如图4所示)后将输出高电平信号，即数字信号
1，假设光电二极管阵列的光电二极管数是10，则fpga芯片接收到的电平信号将是1111111111，这10个高电平信号与的结果是1；通过这个结果，fpga判定此时没有待采样冰雹粒子经过，无须进行任何的计算采集工作等；而当有待采样冰雹粒子经过时(如图1所示)，只要该采样冰雹粒子挡住任何1个支路，假设挡住的是最左侧支路，则该支路信号经信号调理电路调理后其输出将为低电平信号即0，其余支路依然能接收到激光器发出的激光光束，依然输出高电平信号，则此时fpga芯片接收到的电平信号将是0111111111，这10路信号的与结果将为0；通过这个结果，fpga判定此时有待采样冰雹粒子经过，立即记录此时的时间t1,并立马等待第2个阵列10路输出信号与结果为0的时刻(即t2)，由t1与t2，便可获取待采样冰雹粒子的落速以及图像的更新采样率(图2)，利用计算出来的更新的采样率，重新对冰雹粒子图像进行采集；粒子图像重构问题，其实就是这10个2值信号的拼接问题。
[0095]
比如如下一个采样结果：0111111111
[0096]
0001111111
[0097]
0000011111
[0098]
0000000111
[0099]
上面的一个粒子采样事件里采样了4条slices，这4条slices中的0构成了一个四分之一的球形。因此，计时脉冲信号是用来定时与计算图像采样率的，具体的粒子图像还需要对整个光电二极管阵列的输出信号进行扫描后得到的。在其他具体实施例中，上面的1和0的具体逻辑定义是可以更改的，可以假设粒子图像挡住是0，也可以设定为1，这个不影响整个仪器的采样结果。因此，在本发明的方法中，涉及的两个计时脉冲不需要去限定高电平或者低电平，都是计时脉冲信号。
[0100]
所述fpga控制电路包括fpga芯片，用于双线光电二极管阵列第一次出现待采样冰雹图像时，接收该组二值信号，并经过相应的逻辑运算，产生相应的脉冲指示信号，根据得到的脉冲信号时间，计算出待采样冰雹的落速，并根据该落速，更新冰雹图像的采样率，再根据更新的采样率，对待采样冰雹在光电二极管阵列上所成的像进行采集，并将采集到的图像和参数信息进行压缩存储，当存满一帧后采集三路温度监测电压值，连同压缩的图像数据通过网络上传至数据处理终端。其中，该参数信息包括：待采样冰雹的落速和直径的统计信息，以及电压与工作环境温度信息。
[0101]
其中，fpga控制电路选用以fpga芯片作为整个电路的核心单元，可完成粒子落速和粒子图像数据压缩编码等高速运算。整个fpga控制电路框图如图5所示。配置模块prom epcs16存储系统的配置信息，adc芯片主要用于读入三路温度监控电压信号，两个线阵比特信息经排阻电平转换后依次输入fpga芯片，由fpga芯片进行采集。当有粒子出现时，所述装置会对双线光电二极管阵列第一次出现粒子时刻做运算计算出粒子的落速，并更新采样率对粒子图像进行采集，并将采集到的粒子图像数据进行压缩存储，当存满一帧后会采集三路监测电压值，连同图像数据以网络传输方式往上位机传输。
[0102]
该组二值信号经fpga控制电路处理后会以一定的数据格式进行压缩，通过千兆以太网口，压缩后的数据会被上传至数据处理及显示模块进行处理、显示和存储。所述数据处理及显示模块在上位机上运行。
[0103]
具体地，如图2所示，当待采样冰雹经过双线光源所输出的激光光束时，先经过第一光电二极管阵列单元时，该单元会通过前端信号调理电路产生一组二值信号，并输入至
fpga芯片，此时fpga芯片会产生一个脉冲指示信号，并记录下接收到该脉冲信号的时间t1；当待采样冰雹继续下落，到达第二光电二极管阵列单元时，该单元同样会通过前端信号调理电路产生另一组二值信号，并输入至fpga芯片，此时fpga芯片会产生另一个脉冲指示信号，fpga芯片会记录下接收到该脉冲信号的时间t2；
[0104]
根据得到的t1和t2，计算出待采样冰雹的落速v：
[0105][0106]
其中，s为第一光电二极管阵列单元与第二光电二极管阵列单元之间的固定距离；
[0107]
并实时根据待采样冰雹的落速和光学分辨率，计算冰雹图像的采样率f；
[0108][0109]
其中，res是光学分辨率，为已知值；
[0110]
并更新冰雹图像的采样率，再根据更新的采样率，对待采样冰雹在光电二极管阵列上所成的像进行采集，采用游程编码压缩算法，对采集到的图像和参数信息进行压缩存储；其中，该参数信息包括：待采样冰雹的落速和直径的统计信息，以及电压与工作环境温度信息。
[0111]
将压缩后的冰雹图像和参数数据进行打包，然后通过网络，传送到所述数据处理终端。
[0112]
本发明还提了一种基于双线阵的冰雹测量方法，该方法包括：
[0113]
步骤1)当待采样冰雹经过双线光源所输出的激光光束时，先经过第一光电二极管阵列单元时，该单元会通过前端信号调理电路产生一组二值信号，并输入至fpga芯片，此时fpga芯片会产生一个脉冲指示信号，并记录下接收到该脉冲信号的时间t1；当待采样冰雹继续下落，到达第二光电二极管阵列单元时，该单元同样会通过前端信号调理电路产生另一组二值信号，并输入至fpga芯片，此时fpga芯片会产生另一个脉冲指示信号，fpga芯片会记录下接收到该脉冲信号的时间t2；
[0114]
根据得到的t1和t2，计算出待采样冰雹的落速v：
[0115][0116]
其中，s为第一光电二极管阵列单元与第二光电二极管阵列单元之间的固定距离；
[0117]
步骤2)根据待采样冰雹的落速和光学分辨率，计算冰雹图像的采样频率f；
[0118][0119]
其中，res是光学分辨率，为已知值；
[0120]
并更新冰雹图像的采样率，再根据更新的采样率，对待采样冰雹在光电二极管阵列上所成的像进行采集，采用游程编码压缩算法，对采集到的图像和参数信息进行压缩存储；
[0121]
步骤3)将压缩后的冰雹图像和参数数据进行打包，然后通过网络，传送到所述数据处理终端；
[0122]
步骤4)所述数据处理终端对打包后的冰雹图像数据进行处理，获取待采样冰雹的直径、落速和真实图像，并对其进行处理和存储，并将处理后的冰雹粒子图像进行显示。其
中，具体的处理过程包括：粒子图像数据解压缩，分割，粒径获取，粒径统计等。
[0123]
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。