具有雨滴测量功能的自动气象观测系统设计

发布时间：2020-05-28 01:12

【摘要】：自动气象站是一种重要的的气象观测系统,可以实现对温度、湿度、气压、风速、风向、降水量等六种常见的气象要素的观测,还可以通过在系统中增加其他传感器,增加观测要素。雨滴谱作为气象观测的重要内容,在山洪泥石流等突发性自然灾害的预警和云降水研究等领域都有重要意义。但由于传统的光学雨滴谱观测仪器成本高昂,严重限制了其在自动气象站中的应用。基于这种应用需求,本文设计了一种成本较低的雨滴谱传感器。为实现较为完整的地面气象观测功能,本文还设计了一种自动气象观测系统,利用STM32处理器和高精度低噪声信号调理电路实现了硬件电路的设计,除了雨滴谱参数之外,亦实现了温湿度、风速风向、雨量等气象数据的测量与采集。在本文提出的这种雨滴谱传感器中,基于雨水中导电离子的电迁移效应设计了一种等距导电环形探头,利用模数转换器和外围电阻获取不同雨滴直径下探头的输出电压。通过实验获得了多组数据,并对实验的结果进行神经网络训练得到雨滴直径和探头输出电压的关系,以实现雨滴直径的测量。实验表明,若不考虑风速和雨滴末速度的影响,本文设计的雨滴谱传感器的雨滴直径的测量精度可达到±0.1mm。为了方便后期的跨平台开发,本文利用基类丰富、编程较为简便的C++开发框架Qt设计了一种自动气象站上位机软件,以实现对测量结果的实时显示、存储和远程访问。
【图文】：

实物,自动气象站

Ｉ气压传／邋＿？脉冲信号计道通道｜邋ｎ逦｜逡逑Ｉ太阳总辐射传＿逦逦＊邋Ｉ逦数据采集器逦匕逡逑Ｉ太阳净辐射传感器Ｉ逦逦＾逡逑图１．１自动气象站工作原理逡逑２０世纪５０年代，诞生了包括ＡＭＯＳ－ＵＩ在内的首代自动气象站目前，应用最逡逑为广泛的自动气象站当属芬兰Ｖａｉｓａｌａ公司的ＭＡＷＳ２０１系列。如图１．２所示，ＭＡＷＳ２０１逡逑是适用于临时应用的便携式ＡＷＳ设备，配备有测量风况、压力、温度、相对湿度以及逡逑降水状况的传感器、太阳能电池板、内置电池轻便的铝制三角架和易用性连接器，安装逡逑快速方便。ＭＡＷＳ２０１还能测量多层次土壤温度和含水量、太阳总辐射和净辐射、水位。逡逑ＭＡＷＳ２０１还预留了通用型和可配置型的１６位数模转换功能，可以和自制传感器配合逡逑使用。逡逑■ＷＷＷ脚卿取} 哪丨聊卿逡逑▲逡逑图１．２邋ＭＡＷＳ２０１实物图逡逑１９９９年，我国第一次引入芬兰的Ｖａｉｓａｌａ公司生产的自动气象站，并开始业务工作。逡逑２０００年我国首次将自主研制成功的自动气象站投入使用［６］。目前，，国内具备生产自动气逡逑象站的厂家不在少数

水文气象站

ＴＯ１１１，ｆ逡逑ＳＳＨＨＢｆｃａ逡逑图１．３ＣＡＷＳ６００自动气象站逡逑图１．４为华创公司生产的ＣＡＭＳ６２０－ＨＤ水文气象站，该气象观测站系统采用高性逡逑能、高精度、多通道的智能化ＣＡＭＳ６２０数据采集器作为采集核心，通过ＲＳ２３２或ＲＳ４８５逡逑通讯接口实现数据传输，利用Ｐａｒｓｉｖｅｌ雨滴谱仪测量雨滴谱。Ｐａｒｓｉｖｅｌ雨滴谱仪属于光学逡逑雨滴谱仪，可以实现自动化、实时性的测量，是目前使用比较广泛的雨滴谱测量仪器［７］。逡逑Ｐａｒｓｉｖｅｌ激光雨滴谱仪利用激光发生器产生波长为７８０ｎｍ的激光作为准直光源，经两次逡逑镜面反射到达接收端。在没有雨滴的情况下，接收端可以产生５Ｖ的电压输出。如果有逡逑雨滴穿过光路，接收端产生的电压信号将随雨滴直径产生不同程度的衰减，衰减的幅度逡逑反应了雨滴的直径
【学位授予单位】：南京信息工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：P415.12

【参考文献】