[發明專利]一種基于光場攝像技術的三維雨滴譜儀及其運行工藝和應用

有效

• 申請號: 202110987203.4
• 申請日: 2021-08-26
• 公開（公告）號: CN113804605B
• 公開（公告）日: 2023-04-28
• 發明（設計）人: 郜海陽;趙文川;寇蕾蕾;廖淑君;康佳慧
• 申請（專利權）人: 南京信息工程大學
• 主分類號: G01N15/10
• 分類號: G01N15/10
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 曹翠珍

本發明公開了一種基于光場攝像技術的三維雨滴譜儀及其運行工藝和應用，所述三維雨滴譜儀包括兩套結構完全相同的光場探測系統，所述光場探測系統包括光源系統、2個遮光罩、光場采樣區、光場采樣區外殼以及光場接收處理系統；所述2個遮光罩的一端分別安裝在所述光場采樣區外殼相對的兩側，所述光源系統和所述光場接收處理系統分別安裝在所述2個遮光罩的另一端，所述光場采樣區設置于所述光場采樣區外殼內部；所述兩套光場探測系統以同一個光場采樣區為中心點互相垂直設置。本發明的三維雨滴譜儀具有高精度，低成本，操作簡單等優點，并且可實現自動觀測，可在兩個垂直方向上同時進行觀測，探測結果精確度高，易于維護，不易損壞，穩定性強。

技術領域

本發明屬于大氣探測技術與裝備領域，涉及光場成像技術及雨滴譜探測技術，具體涉及一種基于光場攝像技術的三維雨滴譜儀及其運行工藝和應用。

背景技術

雨滴譜儀是研究降水現象的重要科學儀器，它要求對降水過程中降水粒子的直徑，下降速度甚至形狀做出精確測量。雨滴是云形成過程的最終產物。雨滴譜的研究，對云發展過程、降水形成的物理過程以及降水形成的機制等方面的研究很有價值,對研究流域洪水預報、微波通信、自然現象模擬、人工增雨條件、人工催化技術、雷達定量測量降水和效果檢驗等方面也有很重要的意義。

目前的激光雨滴譜儀主要采用降水粒子經過降水采樣區時，光電二極管感應降水粒子穿越過程中激光信號強弱的變弱，并將該變化以變化的電壓的形式輸出，變化的電壓中包含了降水粒子的信息，經過控制單元分析即可得到降水粒子的參數信息。專利CN208847854U公開了一種激光雨滴譜儀的標定裝置，可有效解決當前激光雨滴譜儀無法進行現場標定的問題，進而保障設備穩定的測量精度，保障業務產品的有效性。專利CN108195294A公開了一種下落粒子的直徑測量方法及激光雨滴譜儀，利用具有更好線性度的平行激光來測量下落粒子的直徑，能夠使得下落粒子的測量誤差更小。

激光雨滴譜在測量過程面對著諸多問題，例如風，風對雨滴譜的數據測量會有比較大的影響，目前已經有很多設備加裝了風擋，但是沒有專用的標準設備，都需要定制，且質量很難控制。針對比較惡劣的觀測環境，設計的風擋裝置，需同時滿足抵御30m/s大風、便于設備的維護、高度可調節、能夠適用于多款觀測設備等功能。基于此，中國專利CN211450119U公開了一種雨滴譜儀風擋，通過多個齒片圍成的圍欄結構對大風進行抵御，減少大風對雨滴譜儀的影響，其中支柱能夠調節高度，適應于不同高度的雨滴譜儀，適應性更強。同時也缺乏雨滴譜儀校準裝置，中國專利CN205539544U公開了一種雨滴譜校準儀器，該裝置實現了程序化模擬降水粒子的尺度和速度，進而校驗被測雨滴譜儀的測量結果，從而得出被測雨滴譜儀工作是否正常的結論，結構設計靈活、緊湊，檢測結果準確可靠。

在氣象領域中，雨滴譜的測量結果的精確與否，嚴重影響著降水粒子特性的觀測以及其微觀物理特征的分析，對研究降水的發展過程及電磁波的散射衰減特性、雷達因子的校正以及人工影響天氣等諸多領域也有著非常重要的意義。然而傳統的一維激光雨滴譜儀遮擋率高，測量精度較差，二維雨滴譜儀2DVD盡管有著較高的探測精確度，但卻具有非常昂貴的價格，以及非常高的敏感性，使用年限短，耐用性差，維護困難。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明提供一種基于光場攝像技術的三維雨滴譜儀及其運行工藝和應用，可在兩個垂直方向上同時進行觀測，探測結果精確度高，同時成本低，易于維護，不易損壞，穩定性強。

本發明是通過以下技術方案實現的：

一種基于光場攝像技術的三維雨滴譜儀，包括兩套結構完全相同的光場探測系統，所述光場探測系統包括光源系統、2個遮光罩、光場采樣區、光場采樣區外殼以及光場接收處理系統；所述2個遮光罩的一端分別安裝在所述光場采樣區外殼相對的兩側，所述光源系統和所述光場接收處理系統分別安裝在所述2個遮光罩的另一端，所述光場采樣區設置于所述光場采樣區外殼內部；

所述兩套光場探測系統以同一個光場采樣區為中心點互相垂直設置；