Лазерный измеритель параметров дождевых капель, работающий в проходящем свете
Дипломная работа - Разное
Другие дипломы по предмету Разное
в метеорологических лабораториях всего мира очень широкое распространение получили дисдрометры ударного типа с электромагнитным датчиком Определение размера капель в таких измерителях производится в момент удара падающей капли воды о горизонтальную контактную поверхность.
Диапазон измеряемых диаметров капель - 0,3-0,5 мм. При этом производители обещают абсолютную погрешность измерений не более 5%. Данный прибор привлекает своей компактностью, особенно это замечание касается внешнего блока (датчика), а также возможностью измерений при относительно большом удалении датчика от блока процессора и компьютера (порядка нескольких сот метров).
Однако, применение данного класса приборов сильно ограничивается невозможностью измерения твердых осадков, снега и града, а также капель обычного дождя, диаметр которых колеблется в диапазоне от 1мм до 6 мм.
Радиолокационные методы дистанционного измерения интенсивности осадков. Доплеровские метеорологические станции.
Задача восстановления микроструктуры осадков существует в области радиолокационной метеорологии уже достаточно давно. Для ее решения используются непрерывные доплеровские метеорологические станции. наиболее широко известным и применяемым на сегодняшний день можно считать микрорадар марки MRR - 2 фирмы METEK. Принцип измерения основан на соотношении между размером частиц осадков и скоростью их падения. Т.к. приборы данного типа усредняют результаты, за счет монотонности дождя, то это невыгодно для оперативного получения результатов и свидетельствует об ограничении данного типа установок по характеристике разрешающей способности определения микроструктуры осадков во времени.
Оптические методы дистанционного определения микроструктуры осадков.
Оптические дисдрометры.
Оптические методы относятся к бесконтактным дистанционным методам определения микроструктуры осадков. На основе данных методов создан наиболее широкий спектр метеорологического оборудования по контролю над осадками. Все они представляют собой 3 класса приборов, основанных на различных принципах измерения:
оптические системы видеонаблюдения;
оптические дисдрометры затенения;
оптические измерители комбинированного типа.
Первый тип устройств основан на применении системы видеодатчиков для регистрации падающих капель 2D - VIDEO - дисдрометр. Данный прибор был разработан в исследовательском центре JOANNEUM RESEARCH. Принцип действия 2D - Video дисдрометра заключается в съемке капли в момент ее пролета через измерительную площадку Основное преимущество 2D - Video дисдрометров заключается в возможности получать фотоснимки падающих частиц осадков, т.е. рассматриваются все детали их мгновенной формы, такие, какие они есть в реальных условиях. Однако использование видеокамер влечет за собой ряд существенных недостатков. Во - первых, очень высокая стоимость оборудования. Во - вторых, поскольку принцип действия рассмотрен в обработке видеоизображений, в этом случае точность измерений микроструктуры осадков напрямую зависит от разрешающей способности видеокамеры, для 2D - Video дисдрометра эта величина разрешения по горизонтали и вертикали порядка 0,3 мм, что нельзя отнести к высокому показателю в системах максимального измерения микроструктуры.
К следующему типу оптических измерителей микроструктуры осадков относятся приборы, работающие по принципу затенения. В большинстве своем это устройства, работающие на основе применения лазерного источника света (например, лазерного диода ?=780 нм). Принцип измерения таких устройств заключается в следующем. Лазерный диод формирует луч, представляющий собой параллельный пучок света рис 6, поступающий напрямую на фотодиод. Частица, падающая через такой луч, вызывает его частичное затенение, при этом изменяется величина потока света, приходящего на приемник. Это изменение регистрируется фотодиодом и преобразуется в электрический импульс, амплитуда которого фиксируется, и переводится в цифровой код в схеме обработки сигнала. Особенностью лазерных дисдрометров является то, что толщина луча (в данном случае h = 0,75 мм) намного меньше диаметров частиц, поэтому значение выходного измеряемого сигнала будет пропорционально горизонтальному диаметру частицы в момент ее пролета через луч. Это свойство довольно невыгодно сказывается на общей погрешности измерений, поскольку при регистрации осциллирующих капель в момент их пролета через луч величина горизонтального сечения капель может изменяться на величину до 20%, при фиксированном эффективном диаметре, что является прямым вкладом в погрешность измерений. С технической точки зрения, применение тонкого лазерного луча влечет за собой повышение частоты модуляции сигнала (до 175 МГц), и использовать диод в режиме работы близком к пиковому. Это довольно невыгодно, увеличивается влияние температуры, и приводит к применению более дорогостоящих компонентов.
- Постановка исследования.
В рамках дипломной работы предполагается создать лазерный измеритель параметров капель. Разрабатываемый прибор позволит измерять диаметры капель от 1мм до 6 мм, что является стандартным диаметром капель для дождей в умеренной полосе.
Параметры лазерного дальномера:
- в качестве излучателя применяется полупроводниковый лазер
- длина волны излучения - 0,65 мкм;
- мощность импульса - 20 мВт;
Применение в качестве измерителя полупроводникового лазера позволяет снизить с?/p>