Лазерный измеритель параметров дождевых капель, работающий в проходящем свете
Дипломная работа - Разное
Другие дипломы по предмету Разное
ействие смещению упавшей капли, т.е. система возвращается в исходное состояние ожидания. Безусловно, смещение вызванное падением одной капли очень мало и короткодейственно и требуется очень высокое быстродействие, чтобы возвратиться в исходное положение. Амплитуда импульса на выходе усилителя является мерой, характеризующей размер капли, вызвавшей этот импульс.
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. Даже при больших диаметрах капель погрешность измерения сильно возрастает. Это в первую очередь связано с механическими осцилляциями, возникающими в электромагнитном датчике, приводящими к появлению времени нечувствительности системы, отсчитывающемуся с момента ударения частицы о контактную поверхность. Также к ложным регистрациям капель может приводить турбулентность в ветровых потоках, при измерениях в натуральных условиях. Остается и проблема влияния акустических шумов большой мощности. Все эти факторы, безусловно, сужают спектр возможных применений дисдрометра ударного типа RD - 80.
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.
Таблица 1. Основные характеристики микрорадара MRR - 2.
Рабочая частота24,1 ГГц (? = 12 мм)Мощность передатчика50 мВтПараметры антенныПараболическая моностатическая антенна, апертурный диаметр 0,5 мШирина луча2МодуляцияНепрерывный ЧМ - сигналРазрешение по высоте35 - 200 м
Принцип измерения основан на соотношении между размером частиц осадков и скоростью их падения, последняя зависимость была получена Атласом в 1973 г. Все вычисления основаны на анализе доплеровских спектров, в соответствии с методикой Строча, описываемой в 1976 г. При измерениях микроструктуры осадков радиолокационными установками определяются следующие параметры: среднее распределение плотности осадков, концентрация жидкой воды и функция распределения осадков.
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.
Рисунок 5. Принцип действия 2D - Video дисдрометра.
Принцип действия 2D - Video дисдрометра заключается в съемке капли в момент ее пролета через измерительную площадку. Как показывает рис.5 две перпендикулярные полосы света, проецируются на линейно сканирующие камеры. Геометрическая виртуальная измерительная площадка расположена в области перекрывания этих двух полос света. Гидрометеоры падающие через площадку, оставляют тень, которая записывается на камеру. От каждого одиночного гидрометеора достигающего измеряющей области, измеряется и записывается передняя сторона, вид сбоку и вертикальная скорость падения.
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.
Заметим также и то, что для регистрации капель, скорость падения которых может быть до Vmax = 10 м/с, частота следования кадров при съемке должна быть достаточно высока, что приводит к существенному повышению требований к передающей аппаратуре, отвечающей за передачу и хранение данных. Данный тип дисдрометров находит свое применение при решении отдельных иссле