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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(fā)展和演變過程，揭示降水機制。傳統(tǒng)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(tǒng)計分類。
但傳統(tǒng)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(fā)了基于激光原理的高精度激光雨滴譜系統(tǒng)，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(tǒng)設計
2.1 目標
1) 堅固緊湊
2) 低維護
3) 可測量顆粒直徑低0.16 mm
4) DSP技術
5) 在山區(qū)使用的加熱擴展
6) 遠程控制
7) 安裝方便
8) 適用于嚴酷環(huán)境
9) 標準數據輸出

2.2 系統(tǒng)組成及技術指標
2.2.1 系統(tǒng)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，大0.5mW功率，激光等級1M
l 測量區(qū)域：46 cm2 (23 x 2.0 cm)
l 環(huán)境條件： -40°C ~+70°C, 0~* 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="">
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(qū)分不同降水：雨、雪、冰雹等，命中率> 97%
l 小強度：0.005 mm/h
l 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, 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, 大20 W

-30°C ... + 70 °C
1/3 class B（0.25°C）
0 ... *
± 2 %
PT 100 acc. to IEC 751
9 - 30 V DC
IP 65
3 數據處理
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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