[发明专利]一种雨滴参数测试装置

权利要求书

1.一种雨滴参数测试装置，包括用于发射的激光器、透镜、柱面镜、第一线阵模板、第二线阵模板、滤光片及线阵CCD，其特征在于，待测雨滴置于第一线阵模板与第二线阵模板之间，并在待测雨滴一侧设置有第一蓝宝石玻璃，待测雨滴另一侧设置有第二蓝宝石玻璃，柱面镜设置在透镜与第一线阵模板之间，激光器设置在透镜前方，滤光片设置在第二线阵模板与线阵CCD之间；同时激光器、透镜、柱面镜、第一线阵模板、第一蓝宝石玻璃、第二蓝宝石玻璃、第二线阵模板、滤光片及线阵CCD从左至右按顺序依次排列，且中心线位于同一水平面。

2.根据权利要求1所述的一种雨滴参数测试装置，其特征在于，激光器为633nm的He-Ne激光器。

3.根据权利要求1所述的一种雨滴参数测试装置，其特征在于，滤光片为窄带滤光片。

4.根据权利要求1所述的一种雨滴参数测试装置，其特征在于，第一蓝宝石玻璃上镀有导电膜。

5.根据权利要求1所述的一种雨滴参数测试装置，其特征在于，第二蓝宝石玻璃上镀有导电膜。

6.根据权利要求1所述的一种雨滴参数测试装置，其特征在于，线阵CCD采用滨松S12551-2408CCD线阵传感器。

7.根据权利要求1～6任一项所述的一种雨滴参数测试装置，其特征在于，当柱面镜的一个线光照射线阵CCD时，线阵CCD上每一个点阵均视为一个单独的光探测器；

在待测雨滴未进入光源与线阵CCD之间的区域时，线阵CCD上的每一个点都接收到一个固定的光强I₀，当待测雨滴进入光源与线阵CCD之间的区域时，由于待测雨滴为球形，每一滴待测雨滴的边缘尺寸向雨滴中心尺寸以指数程度增加，故通过待测雨滴入射至线阵CCD点阵上的光强I衰减非常明显，其变化规律符合朗伯定律：

A＝lg(1/T)＝Kbc (1)

式(1)中，A为吸光度，T为透射比，是出射光强度I比入射光强度I₀；

K为摩尔吸收系数，与吸收物质的性质及入射光的波长λ有关；

c为吸光物质的浓度，b为吸收层厚度；

因被测物均为液态水，测量光为一定值单色光，故去掉式(1)中的c、K，简化为：

A＝lg(1/T)＝b (2)

即b＝lg(I₀/I) (3)

因一排线光通过待测雨滴的部位不同，在线阵CCD点阵上对应的待测雨滴截面厚度值b也不同，由奎奈斯定律可知，通过测量待测雨滴下落过程3次或3次以上，即可得到其中的两次测量在雨滴球心一侧:

当两次测量在雨滴球心两侧时，

而当两次测量在雨滴球心同侧时，

式(4～5)中，D₁为t₁时刻光线射过待测雨滴的切割线，r₁为切割线D₁的一半；

D₂为t₂时刻光线射过待测雨滴的切割线，r₂为切割线D₂的一半；

D为待测雨滴直径，r₃为待测雨滴直径D的一半；

h₁为切割线D₁到切割线D₂的距离；

h₂为切割线D₂到待测雨滴直径D的距离；

t₁、t₂分别为激光器的两次激光照射时间；

L为t₁、t₂之间的距离；t_d为t₁、t₂之间的间隔时间；

v为待测雨滴下落速度；

计算待测雨滴半径时，区分射过待测雨滴的切割线D₁、D₂是否过截面圆心：

①两条切割线D₁、D₂过截面圆心，

②两条切割线D₁、D₂未过截面圆心，

式(6～7)中，A为切割线D₁的二分之一、B为切割线D₂的二分之一，由朗伯定律测得b值；

C为两条切割线D₁、D₂之间的距离等于线阵CCD两个测点之间的距离；

D为待测雨滴截面直径；

r为待测雨滴截面半径；

h为截面圆心至靠近截面圆心第一条切割线的距离；

通过对通过待测雨滴光强的计算，得出两个与待测雨滴截面直径平行的切割线的值，根据下式计算得出待测雨滴截面直径：

式(8)中，r为待测雨滴半径(mm)；

ρ_气为大气密度ρ_气(kg/m³)；

ρ_水为待测雨滴水的密度＝1x10³(kg/m³)；

g为重力加速度(m/s²)；

W_动为待测雨滴动能；

进而计算出待测雨滴参数。