CN204462425U - 一种激光降水现象观测仪的测试装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例提供一种激光降水现象观测仪的测试装置，所述装置包括：一个透明圆盘(1)，所述透明圆盘(1)通过连接轴(3)连接到驱动电机(4)，所述驱动电机(4)驱动所述透明圆盘(1)以特定的转速旋转；所述驱动电机(4)连接到电机驱动器(5)，所述电机驱动器(5)控制所述驱动电机(4)的转速；所述透明圆盘(1)贴有模拟贴片(2)，所述模拟贴片(2)有已知的形状和尺寸，所述透明圆盘(1)置于所述激光降水现象观测仪的测试区域中旋转。

Description

一种激光降水现象观测仪的测试装置

技术领域

本实用新型涉及激光技术领域，特别涉及一种激光降水现象观测仪的测试装置。

背景技术

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、瞬时降水强度、降水量以及雷达反射率等数据，均可以作为判别气象、水文和资源环境等自然科学现象的重要依据。这在农业生产、交通运输和防灾减灾等领域有着重大的实用价值。

激光降水现象观测仪也称雨滴谱仪，是一种通过光学原理衡量降水现象的仪器。其原理可以简要的概括如下：在所述降水观测仪的测量区域内布置均匀的激光束，当降水粒子(如雨滴、雪花、冰雹)通过所述测量区域，就会对激光束产生一定的遮挡，于是利用光学传感器采集降水粒子遮挡激光束的面积和时间，以作为输出数据；进而可利用所述输出数据，计算输出降水类型、瞬时降水强度、降水量以及雷达反射率等关于降水现象的数据。

为了对所述降水观测仪进行测试和校验，则还需要有激光降水现象观测仪的测试装置。所述测试装置一般需要在降水观测仪的测量区域中利用某种方式模拟降水现象的发生，以测试降水观测仪的性能是否完好，测算是否精确。

现有技术中，采取在测量区域内释放自由落体钢珠的方式，以钢珠模拟降水粒子，达到仿真测试的目的。不过该方法的缺陷在于，测试过程中对于自由落体钢珠无法精确的进行控制，并且无法模拟高速降水粒子如冰雹，模拟程度比较单一，难以模拟如雨夹雪之类较为复杂的降水现象。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种激光降水现象观测仪的测试装置，利用透明圆盘上的贴片模拟降水粒子，并控制透明圆盘在测试区域内旋转，以实现高精确度的降水仿真测试。

为实现上述目的，本实用新型有如下的技术方案：

一种激光降水现象观测仪的测试装置，所述装置包括：

一个透明圆盘(1)，所述透明圆盘(1)通过连接轴(3)连接到驱动电机(4)，所述驱动电机(4)驱动所述透明圆盘(1)以特定的转速旋转；所述驱动电机(4)连接到电机驱动器(5)，所述电机驱动器(5)控制所述驱动电机(4)的转速；

所述透明圆盘(1)贴有模拟贴片(2)，所述模拟贴片(2)有已知的形状和尺寸，所述透明圆盘(1)置于所述激光降水现象观测仪的测试区域中旋转。

所述装置还包括：

所述驱动电机(4)通过升降支撑架(6)固定到调节底座(7)；所述升降支撑架(6)控制驱动电机(4)在Z轴方向上移动。

所调节底座(7)包括：

一条Y向滑轨(8)，所述升降支撑架(6)通过滑块(9)安装到所述Y向滑轨(8)上，Y向电机(10)驱动所述滑块(9)在所述Y向滑轨(8)上滑动，以使所述升降支撑架(6)及驱动电机(4)在Y轴方向上移动；

Y向滑轨(8)安装在平行的两条X向滑轨(11)上，所述X向滑轨(11)与所述Y向滑轨(8)相互垂直；X向电机(12)驱动所述Y向滑轨(8)在X向滑轨上滑动，以使所述升降支撑架(6)及驱动电机(4)在X轴方向上移动。

所述X向电机(12)和Y向电机(10)连接到电机驱动器(5)，所述电机驱动器(5)控制X向电机(12)和Y向电机(10)的启动与停止。

通过以上技术方案可知，本实用新型存在的有益效果是：将贴有模拟贴片透明原盘上，置于激光降水现象观测仪的测试区域中旋转，使得所述模拟贴片达到一定的线速度，由此来起到模拟降水粒子的效果；通过调节模拟贴片的形状、尺寸和线速度，准确的实现对于各类型降水现象的模拟；通过升降支撑架和调节底座，实现对于透明圆盘在测试区域中位置的控制；显著的提高了模拟测试的精确度和模拟的真实程度。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1～图2为本实用新型实施例所述装置结构示意图；

图3为降水粒子分布图；

图4为本实用新型实施例所述方法流程图；

图5为本实用新型另一实施例所述方法流程图；

图6为激光束分布示意图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

前述已知，激光降水现象观测仪的原理即是，降水粒子通过测试区域时，会在一定时间和空间范围上遮挡测试区域中的激光束，影响激光束的强度分布，进而在光学传感器上产生光感电流的变化；而激光降水现象观测仪的输出数据即可以通过所述光感电流的变化进行推算。激光降水现象观测仪的推算过程为现有技术，在此不作赘述。

基于此原理可以理解的是，若要通过模拟降水粒子对激光降水现象观测仪进行测试，本质上就是需要利用类似降水粒子形状、尺寸和面积的某些遮光粒子，以接近降水粒子下降时的速度通过测试区域。由此达到模拟降水粒子的效果。

本实用新型实施例中，将公开一种激光降水现象观测仪的测试装置。所述装置将在一个可控转速的透明原盘上，贴有模拟贴片，所述模拟贴片便起到所谓遮光离子的作用；将所述透明原盘置于激光降水现象观测仪的测试区域中旋转，使得所述模拟贴片达到一定的线速度，由此来起到模拟降水粒子的效果。

参见图1～2所示，为本实用新型实施例所述激光降水现象观测仪的测试装置的结构示意图。

图1中，所述装置包括：

一个透明圆盘1，所述透明圆盘1通过连接轴3连接到驱动电机4，所述驱动电机4驱动所述透明圆盘1以特定的转速旋转；所述驱动电机4连接到电机驱动器5，所述电机驱动器5控制所述驱动电机4的转速；所述透明圆盘1贴有模拟贴片2，所述模拟贴片2有已知的形状和尺寸，所述透明圆盘1置于所述激光降水现象观测仪的测试区域中旋转。

此处需要解释说明的是，所谓将透明圆盘1置于测试区域中旋转，可以是将透明圆盘完全置于所述测试区域中，也可以是部分置于测试区域中，只需使所述模拟贴片2能够垂直的通过测试区域即可。

可见，所述透明原盘1置于测试区域中，并不起到遮光的效果，而透明原盘1上贴有的模拟贴片2，则存在遮光效果。所述模拟贴片2有已知的形状和尺寸。

由于不同的降水现象中，降水粒子的形态都不相同，所以模拟贴片2的形状、尺寸和面积是决定模拟效果的重要因素。

本实施例中，可以通过改变模拟贴片2的形状和尺寸，来模拟不同的降水现象，甚至可以通过贴置多个模拟贴片2，来模拟更为复杂的降水现象。比如，直径约1～5mm的圆形模拟贴片可模拟雨滴，直径约6～20mm的圆形模拟贴片可模拟者冰雹，直径约2～15mm的圆形贴片来模拟雪花等；以上数据均可以依据自然规律进行设定。

同样，决定模拟效果的另一个重要因素则是模拟贴片2通过测试区域的线速度。例如，自然现象中，一般雪花和冰雹都可以用直径约6～10mm的圆形模拟贴片进行模拟，但是雪花降落的线速度较低，约在3m/s以下，而冰雹一般在8～15m/s区间内。所以本实施例中，通过驱动电机4控制透明圆盘1的转速，以使得模拟贴片2达到特定的线速度，进而实现精确模拟各种降水现象的效果。

控制模拟贴片2的线速度，具体的可参考如下方式，假设要使模拟贴片2以线速度v旋转，则先量取模拟贴片2的中心到透明圆盘的圆心的距离r，进而求得透明圆盘所需达到的角速度ω＝v/r。于是，所述电机驱动器5控制所述驱动电机4达到特定的角速度，以使得驱动电机4通过连接轴3带动透明圆盘1以ω为角速度旋转，此时模拟贴片2的线速度恰好为v。需要说明的是，驱动电机4与透明圆盘1之间的角速度换算，还需参考二者在连接轴4上机械关系；此为本领域常规的机械原理，可视具体情况而定，在此不作赘述。

各种降水现象的降水粒子的速度/直径区间图，如图3所示。

本实施例中所述测试装置，不同于现有的钢珠自由落体测试的是，能够准确的控制模拟贴片通过测试区域的线速度，并且以模拟贴片代替钢珠模拟降水粒子，更加便于调节其形状和尺寸，成本低且方便性更高。

参见图2所示，为所述装置的另一个实施例。图2所示装置在图1的基础上，进一步的包括了一下结构：

所述驱动电机4通过升降支撑架6固定到调节底座7；所述升降支撑架6控制驱动电机4在Z轴方向上移动。

所调节底座7包括，一条Y向滑轨8，所述升降支撑架6通过滑块9安装到所述Y向滑轨8上，Y向电机10驱动所述滑块9在所述Y向滑轨8上滑动，以使所述升降支撑架6及驱动电机4在Y轴方向上移动。Y向滑轨8安装在平行的两条X向滑轨11上，所述X向滑轨11与所述Y向滑轨8相互垂直；X向电机12驱动所述Y向滑轨8在X向滑轨上滑动，以使所述升降支撑架6及驱动电机4在X轴方向上移动。

所述X向电机12和Y向电机10连接到电机驱动器5，所述电机驱动器5控制X向电机12和Y向电机10的启动与停止。

为便于解释说明，可以预先建立如图2中所示的空间坐标系。在此坐标系中，Z向代表竖直方向，而X向与Y向是水平面上相互垂直的两个方向。

所示升降支撑架6提供了Z方向上的自由度，而调节底座7上的X向滑轨和Y向滑轨提供了X方向和Y方向上的自由度。所述透明圆盘1和驱动电机4安置在升降支撑架6和调节底座7上，便能够在三维的空间中任意移动，且使得透明圆盘1上的贴片2能垂直通过激光测试区域，进一步的可通过测试区域中的不同位置。

图2所示实施例区别于钢珠自由落体测试的另一个特征就在于，自由落体的钢珠不能够控制其下落轨迹，不能够保证其准确的通过测试区域。但是本实施例中，通过升降支撑架6和调节底座7，所述装置实现了对于透明圆盘1在测试区域中位置的控制。

通过图1～2所示的实施例可知，所述装置存在的有益效果是：将贴有模拟贴片透明原盘上，置于激光降水现象观测仪的测试区域中旋转，使得所述模拟贴片达到一定的线速度，由此来起到模拟降水粒子的效果；通过调节模拟贴片的形状、尺寸和线速度，准确的实现对于各类型降水现象的模拟；通过升降支撑架和调节底座，实现对于透明圆盘在测试区域中位置的控制；显著的提高了模拟测试的精确度和模拟的真实程度。

参见图4所示，为本实用新型所述激光降水现象观测仪的测试方法的具体实施例。所述方法实质上是利用图1～2所示装置，对激光降水现象观测仪进行测试的过程。所述方法包括一下步骤：

步骤401、将贴有模拟贴片的透明圆盘，置于所述激光降水现象观测仪的测试区域中旋转，所述模拟贴片符合预设的模拟数据。

本实施例中，将预设模拟数据。所述方法中可以人为预设的模拟数据，主要包括模拟贴片的形状、尺寸、面积和线速度，并且在已知上述数据基础上，还可以根据现有的物理学原理推算的更为复杂的模拟数据，例如瞬时降水强度、一定时间内的降水量或者雷达反射率等。

步骤402、采集激光降水现象观测仪输出的测试数据，并判断所述测试数据与所述模拟数据的差值是否在误差阈值范围之内，如果是则认为测试成功。

在利用所述装置进行模拟测试之后，将采集激光降水现象观测仪输出的测试数据。理论上，测试数据应该与预设的模拟数据相吻合，或者是在能够接受的误差阈值范围之内。如果所述测试数据与所述模拟数据的差值在误差阈值范围之内，应该认为激光降水现象观测仪测量并数据的测试数据是准确的。否则可以认为所述测试数据存在错误，激光降水现象观测仪不够准确。

按照上述的测试方式，可以对激光降水现象观测仪能够测量的诸多数据进行准确性的测试。

如图5所示的方法中，描述了测试降水粒子和速度的方式，也是最基础的一项模拟测试，具体如下：

步骤501、预设模拟数据，所述模拟数据包括模拟贴片的形状和尺寸；模拟贴片在激光降水现象观测仪的测试区域中的线速度。

本实施例中，设置所述模拟贴片为直径6mm的圆形，通过测试区域的线速度10m/s。

步骤502、将贴有满足预设形状和尺寸的模拟贴片的透明圆盘，置于所述激光降水现象观测仪的测试区域中以特定角速度旋转，以使所述模拟贴片达到符合模拟数据的线速度。

将符合上述形状尺寸的模拟贴片贴置透明圆盘，并将所述透明圆盘置于测试区域中旋转以进行模拟测试，控制透明圆盘的转速，使所述模拟贴片达到预设的线速度。控制透明圆盘转速的具体方式在前述实施例中已经阐述，在此不重复叙述。

步骤503、采集激光降水现象观测仪输出的测试数据，所述测试数据包括测得降水粒子形状和尺寸，及降水粒子的降落速度。

模拟测试过程中，激光降水现象观测仪即可正常进行测量，并输出测得降水粒子形状和尺寸，及降水粒子的降落速度。假设测得降水粒子直径为6.12mm，速度为9.84m/s。

步骤504、判断所述测试数据与所述模拟数据的差值是否在误差阈值范围之内，如果是则认为测试成功。

对比判断所述模拟数据与测试数据，二者基本匹配，相差在误差阈值范围之内，则认为测试成功。

同理，只需更换模拟数据与测试数据的具体内容，还可以对激光降水现象观测仪完成其它测试。

例如，当所述模拟数据还包括：利用所述模拟贴片的形状和尺寸、模拟贴片在激光降水现象观测仪的测试区域中的线速度和通过次数，推算得到标准降水量；则所述激光降水现象观测仪输出的测试数据还包括，测量降水量。对比判断所述模拟数据与测试数据可测试激光降水现象观测仪测得的降水量数据是否准确。

或者，当所述模拟数据还包括：利用所述模拟贴片的形状和尺寸和模拟贴片在激光降水现象观测仪的测试区域中的线速度和通过次数，推算得到标准瞬时降水强度；则所述激光降水现象观测仪输出的测试数据还包括，测量瞬时降水强度。对比判断所述模拟数据与测试数据可测试激光降水现象观测仪测得的瞬时降水强度数据是否准确。

或者，当所述模拟数据还包括：利用所述模拟贴片的形状和尺寸和模拟贴片在激光降水现象观测仪的测试区域中的线速度和通过次数，推算得到标准雷达反射率；则所述激光降水现象观测仪输出的测试数据还包括，测量雷达反射率。对比判断所述模拟数据与测试数据可测试激光降水现象观测仪测得的雷达反射率数据是否准确。

诸如此类，本实施例中不再列举其他具体的测试内容，总之，结合上述原理进行的任何测试，均可以结合在本实用新型的整体技术方案之下。

另外还需要说明的是，通过本实用新型图2所示实施例所述的装置，还可以测试激光降水现象观测仪测试区域中的激光束，是否存在发散的现象。

具体如下：将贴有模拟贴片的透明圆盘，置于所述激光降水现象观测仪的测试区域中旋转，同时平行于测试区域中激光束移动；将其结果经过转换后以光感电流强度的图形输出，以判断测试区域中激光束是否发散。

如果是在均匀不发散的激光束中，旋转的将贴有模拟贴片的透明圆盘，平行于测试区域中激光束移动，所述观测仪采集到的光感电流应该是不发生变化的；反之如果光感电流随着移动渐变，则说明激光束存在发散现象，或者如果光感电流不规律变化，可能说明激光束的光强在测试区域中不均匀。参考图6所示。

通过以上技术方案可知，本实施例所述方法存在的有益效果是：将贴有模拟贴片透明原盘上，置于激光降水现象观测仪的测试区域中旋转，使得所述模拟贴片达到一定的线速度，由此来起到模拟降水粒子的效果；通过调节模拟贴片的形状、尺寸和线速度，准确的实现对于各类型降水现象的模拟；通过升降支撑架和调节底座，实现对于透明圆盘在测试区域中位置的控制；显著的提高了模拟测试的精确度和模拟的真实程度。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，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，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (4)

1.一种激光降水现象观测仪的测试装置，其特征在于，所述装置包括：

一个透明圆盘(1)，所述透明圆盘(1)通过连接轴(3)连接到驱动电机(4)，所述驱动电机(4)驱动所述透明圆盘(1)以特定的转速旋转；所述驱动电机(4)连接到电机驱动器(5)，所述电机驱动器(5)控制所述驱动电机(4)的转速；

所述透明圆盘(1)贴有模拟贴片(2)，所述模拟贴片(2)有已知的形状和尺寸，所述透明圆盘(1)置于所述激光降水现象观测仪的测试区域中旋转。

2.根据权利要求1所述测试装置，其特征在于，所述装置还包括：

所述驱动电机(4)通过升降支撑架(6)固定到调节底座(7)；所述升降支撑架(6)控制驱动电机(4)在Z轴方向上移动。

3.根据权利要求2所述测试装置，其特征在于，所调节底座(7)包括：

一条Y向滑轨(8)，所述升降支撑架(6)通过滑块(9)安装到所述Y向滑轨(8)上，Y向电机(10)驱动所述滑块(9)在所述Y向滑轨(8)上滑动，以使所述升降支撑架(6)及驱动电机(4)在Y轴方向上移动；

Y向滑轨(8)安装在平行的两条X向滑轨(11)上，所述X向滑轨(11)与所述Y向滑轨(8)相互垂直；X向电机(12)驱动所述Y向滑轨(8)在X向滑轨上滑动，以使所述升降支撑架(6)及驱动电机(4)在X轴方向上移动。

4.根据权利要求3所述测试装置，其特征在于，所述X向电机(12)和Y向电机(10)连接到电机驱动器(5)，所述电机驱动器(5)控制X向电机(12)和Y向电机(10)的启动与停止。