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德国OTT Parsivel2多功能激光雨滴谱仪说明手册北京博伦经纬科技发展有限公司2014年1概述德国OTT Parsivel2激光雨滴谱仪是一种现代化的以激光技术为基础的光学测量系统。
传感器采用原装德国进口，它可以全面而可靠地测量各种类型的降水。
液态降水类型粒径的测量范围为0.2毫米到5毫米，固态降水类型粒径测量范围为0.2毫米到2.5毫米。
它可对速度为0.2到20米每秒降水粒子进行测量。
可测量的降水类型如下：毛毛雨、小雨、雨、雨、雨夹雪、雪、米雪、冻雨、冰雹。
降水测量是通过一个专门设计的特殊的传感元件来实现的。
它可以检测肉眼可见的地面以上一米降水。
设备具备有线和无线通信传输，数据获取和存储是通过一个快速的数字化信号处理器完成的。
2基本工作原理德国OTT Parsivel2激光雨滴谱仪的工作原理基础是一个能够发射水平光束的激光传感器。
其变送器和接收器集成在防护罩中。
图2-1工作原理图当激光束里没有降水粒子降落穿过时，最大电压为接收器的输出电压。
降水粒子穿过水平光束时以其相应的直径遮挡部分光束，因而产生输出电压。
我们通过电压的大小来确定降水粒子的直径大小。
降水粒子的下降速度是根据电子信号持续的时间推导出来的。
电子信号的持续时间为降水粒子开始进入光速到完全离开光束所经历的时间。
根据上述的决定量可以推算出降水滴谱、降水类型、降水动能、降水强度、雷达放射率和大气的能见度等信息。
安装在传感器头上的防雾装置能够防止降水粒子偏离防护罩、掉入激光束造成测量误差。
3系统组成德国OTT Parsivel2激光雨滴谱仪主要由气象传感器单元、数据采集控制单元、数据通信单元、供电单元、电源和通信防雷单元以及观测软件等几个部分组成。
数据处理控制中心气象传感器数据观测处理平台气象数据采集本场数据传输前端数据简化与综合监控与维护网络与通信其它共享平台通信防雷图3-1系统总体框图图3-2传感器实物图1.供电系统为保证系统稳定连续的电力供应，除降水现象仪本身采用了低功耗设计外，设备采用UPS 不间断稳压电源供电，保证了系统的长时间稳定可靠工作。
雨滴谱仪网数据在雷达定量降水估测中的应用张扬;刘黎平;何建新;文浩【摘要】为了探讨利用雨滴谱数据验证雷达观测的回波强度的偏差和实时拟合反射率因子(Z)与降水强度(R)的关系(即Z-R关系)进行定量降水估测的可能性，以发生在江苏南部的三次大范围降水过程为例，首先分析雨滴谱数据、雷达数据和雨量计数据的一致性，然后利用雨滴谱仪网法和传统方法分别进行降水估测，并对比两种方法的降水估测效果。
结果表明：雷达和雨滴谱仪观测的回波强度具有较好的一致性；采用雨量计数据和雨滴谱计算的平均降水强度存在一定差异，但其变化趋势基本一致。
相对于层状云降水，两种方法对对流云降水估测的误差更大，对层状云降水的估测，雨滴谱仪网法略优于传统方法，但对对流云降水的估测，雨滴谱仪网法更具优势。
总体上，雨滴谱仪网法估测的降水，其偏差和相对误差更小，估测值总量与雨量计观测雨量更接近，估测降水的效果更好。
%The objective of this study is to investigate the possibility of using drop size distribution data to assess the bias of radar echo in-tensity and to estimate precipitation quantitatively by fitting Z-R relationship in real time. Taking three precipitation processes occurred in the south of Jiangsu Province as examples, we have analyzed the consistency among the raindrop size distribution data, radar data and the rain gauge data, and then estimated precipitation by using disdrometer network method and traditional method, respectively, with comparing the precipitation estimation’s accuracy of the two methods. The results show that the echo intensity observed by radar and disdrometers have a good consistency. While the averaged rainfall intensities calculated by rain gauge data anddisdrometers data have some differences in magni-tude, their trends showed a general consistency. Error of the two methods is bigger for convective than for the stratiform precipitation esti-mates. The disdrometer network method has a clear advantage with respect to the traditional method when the convective precipitation is esti-mated. But when the stratiform precipitation is estimated, the disdrometer network method is slightly better than the traditional method, whose bias and relative error are smaller and the estimated precipitation total is closer to rain gauge observation. From overall evaluation results, the skill of precipitation estimation by using disdrometer network method is better than the traditional method.【期刊名称】《暴雨灾害》【年(卷),期】2016(035)002【总页数】9页(P173-181)【关键词】Z-R关系;定量降水估测;雨滴谱仪网法;一致性【作者】张扬;刘黎平;何建新;文浩【作者单位】成都信息工程大学，成都610225; 中国气象科学研究院，北京100081;中国气象科学研究院，北京100081;成都信息工程大学，成都610225;成都信息工程大学，成都610225; 中国气象科学研究院，北京100081【正文语种】中文【中图分类】P414.9张扬，刘黎平，何建新，等.雨滴谱仪网数据在雷达定量降水估测中的应用［J］.暴雨灾害，2016，35（2）﹕173-181ZHANG Yang，LIU Liping，HE Jianxin，et al. Application of raindrop size distribution data from a disdrometer network to quantitative precipitation estimation［J］. Torrential Rain and Disasters，2016，35（2）﹕173-181 资助项目：国家科技支撑计划项目（2012BAC22B00）；国家自然科学基金项目（91337103）第一作者：张扬，主要从事雷达气象学研究。
环境科学科技创新导报 Science and Technology Innovation Herald166雨滴是云中各种因素综合作用的结果，是宏观、微观过程相互影响的最终产物，而雨滴谱则带有其形成发展的信息。
雨滴谱（Rai nd rop Si z e Distr ibution）指的是单位空间体积内各种大小雨滴的数量随其直径的分布。
目前，对雨滴谱的观测已成为云和降水物理观测的重要项目之一，在气象、水文及相关学科领域都有十分重要的应用价值。
通过对雨滴谱的观测研究，可以了解降水的微物理结构及其参量的演变规律，更重要的是它还反映了云中成雨过程、云动力学和微物理学之间的相互制约关系。
另外，雨滴谱的研究在雷达气象，人工影响天气，边界层陆面过程，气溶胶等诸多领域中也发挥着不可替代的作用。
1 雨滴谱探测研究发展雨滴谱的测量研究由来已久，国外的科研人员早在19世纪90年代就开始关注雨滴谱的观测，并且在此以后陆续提出了一系列的测量雨滴尺度分布的方法[1]。
我国从20世纪60年代开始对雨滴谱进行观测和研究。
1962年中国科学院地球物理研究所分别在南岳衡山和东岳泰山组织了系统观测，得出了我国云雾降水微结构的一些重要特征[2-3]，这些研究成果在对我国云雾降水过程的了解提供一定帮助的同时，也拉开了我国的云雨滴谱观测的序幕。
70年代末，国内学者分别在东北平原、长江流域、西北高原等地进行了雨滴谱的观测与研究工作，80年代以来，雨滴谱的研究工作不断在各地展开[4]。
尤其是近年来，随着激光雨滴谱仪等一系列新仪器的引进和对云物理降水过程的关注，大量不同地区、不同类型云降水的雨滴谱分布特征被总结发现，进一步推动了雨滴谱研究的深入。
1.1 早期人工观测早期用于分析雨滴尺寸和分布的方法主要有：动力学方法、斑迹法、面粉法、照相法和浸润法等。
但因各种原因，早期的观测方法普遍存在测量精度不高，效率较低，测量实时性差的缺点，而且对数据进行整理分析时只能靠人工操作，无法自动完成测量分类，容易产生人为误差和错误[5]。
雨滴谱式降水现象仪降水类型判定算法优化探究杨宁;张晋;刘钧【摘要】雨滴谱式降水现象仪目前已在国内台站大量列装,随着众多设备投入运行,全国各地大量真实的降水现象原始数据和粒子谱图数据可被测量记录,通过对其中部分数据的对比分析,发现雨滴谱式降水现象仪在现象判定准确性方面与人工观测还有一定差距.通过对国内真实观测数据的横向比对发现,发生降水天气现象的同时,相关气象要素值都会发生相应的变化,在完善现有算法的基础上,提出一种通过综合目前业务台站已有相关气象要素的实时数据进行现象综合判定的方法,从而解决因单一传感器观测原理和方式的局限性导致现象判定准确性不佳的问题,提高天气现象判定准确性.该方法的实质与人工观测某种天气现象时的工作原理保持一致.通过对部分已有天气现象对比观测数据的分析,在提出相应的阈值进行综合判定后,能够对部分现象的误报进行订正.通过对不同地域大量数据的分析汇总,这种方式能够解决部分由于仪器测量工作原理的局限性导致的单个仪器在现有条件下现象观测准确性无法完全达到人工观测水平的问题.【期刊名称】《气象科技进展》【年(卷),期】2018(008)006【总页数】6页(P89-94)【关键词】降水天气现象;雨滴谱【作者】杨宁;张晋;刘钧【作者单位】华云升达(北京)气象科技有限责任公司,北京 102299;中国华云气象科技集团公司,北京 100081;华云升达(北京)气象科技有限责任公司,北京 102299【正文语种】中文0 引言降水现象观测是地面气象观测的基本内容之一，实现降水现象自动观测，将有效提高观测的频次和质量。
雨滴谱式降水现象仪通过激光测量技术对降水过程进行记录、分析，能够自动实现降水现象要素观测，数据采样、存储和处理，并按照气象业务规定数据格式输出多种降水类型。
雨滴谱式降水现象仪目前在全国2423个台站已完成布设，正在进行人工与自动观测的对比，为降水现象仪数据的可用性进行科学论证。
从目前反馈的情况来看，设备整体性能明显优于人工观测，但在准确性方面还不能做到100%准确识别。
基于激光雨滴谱仪的降雨特征分析摘要：降水数据是研究气候变迁、天气动力、数值天气预报模式、水分平衡计算、水文模型等的重要参数，是雷达与卫星定标、水库管理、工程设计等的重要依据。
基于此，本文重点分析激光雨滴谱仪的降雨特征，以发挥出其在区域性降雨监测中的作用。
关键词：激光雨滴谱仪降雨特征分析引言降水是云中微物理过程，云动力学过程和诸多因素综合作用的结果。
云中宏观、微观过程矛盾共同作用的产物，降水过程可以通过雨滴大小分布情况反映出来。
随着直径的变化单位体积内各种大小雨滴的分布情况称之为雨滴谱或雨滴尺度分布。
对降水粒子特征进行研究，可以对云内的成雨机制进行解释，在对人工降雨的雨水条件、效果检验、增强雷达对降水测量的精确度，研究雨滴微波辐射、衰减过程等均具有十分重要的作用。
经过三十多年的发展，雨滴谱观测获取的结果在气象、水文等领域中得到了大范围应用。
其中，作为提供基础观测数据的仪器，雨滴谱观测仪在研究雨滴谱中发挥着十分重要的作用。
在降雨观测中引入雨滴谱仪，进而对降水特征进行全面分析，在区域性降雨监测中占据重要地位。
1 激光雨滴谱仪与自动雨量计降雨量比较为了验证激光雨滴谱仪测量降水量数据的精确度和可靠性水平，在多次对降水数据进行模拟时，将激光雨滴谱仪同自动气象站降水测量装置进行结合，借助于自动雨量计对降水量数据进行同步观测，并将最终观测到的降水量数据进行对比分析。
为了避免因降水不均匀引起的测量误差，应将两个不同的观测仪器放在同一位置，可以在激光雨滴谱仪下方放置自动雨量计，这种放置方式可以消除观测中降水数据空间和时间上的误差。
这里模拟不同降水强度下的11次连续降水，降水时间共16.2h、激光雨滴谱仪和自动雨量计的测量数据供972组进行分分析，观测到的降水强度在10~81mm/h之间，选取的降水量变化趋势基本保持一致，因激光雨滴谱仪的精确度水平较高，可以保留两位小数，因自动雨量计的观测数据精确度水平相对较低，可以保留一位小数。
基于半导体激光光源的新型雨滴谱测量仪薛拓;吴尚谦【摘要】提出一种基于半导体激光光源的新型雨滴谱测量仪，为了提高小雨滴直径和速度的测量精度，提出了一种根据平均光强大小浮动调节阈值的新方法。
采用LD 光源和线阵 CMOS 搭建雨滴测量光路，并用小球代替雨滴进行实验。
小球经过测量区域时，线阵 CMOS 测得的光强分布发生变化，且由于衍射的原因，经过不同的测量区域时所测得的光强分布存在显著的差别。
测量结果验证了新方法的可行性。
对比传统的测量方法，新型雨滴谱仪测量小雨滴的精度提高了约6％，能够满足降雨量自动测量中对小雨滴精确测量的要求。
%A new algorithm of obtaining floating thresholding based on average light intensity is used to improve the measurement accuracy of particle diameter and velocity of small raindrop.A LD source and linear CMOS are used to setup an optical measurement scheme for raindrop parameters with small ball be-ing used to substitute for raindrop.The intensity distribution of linear CMOS changes while the balls pass through the measurement area.There is a significant difference in the intensity distribution of the different measure area because of optical diffraction.The measurement results verify the feasibility of the new meth-od.The experimental result is compared with the traditional method.The result of the comparison shows that the accuracy is increased by about 6% and new raindrop monitor instrument satisfies the requirement of precipitation auto-measurement for high precision of small raindrop.【期刊名称】《曲阜师范大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2016(000)001【总页数】3页(P81-83)【关键词】光学测量;衍射;雨滴谱;雨滴直径;线阵 CMOS【作者】薛拓;吴尚谦【作者单位】昆明理工大学理学院，650500，云南省昆明市;昆明理工大学理学院，650500，云南省昆明市【正文语种】中文【中图分类】TN215雨量信息的测量在实际应用中有重要的意义，也是大气循环、农业安全检测、环境检测中的重要环节[1]．雨滴大小和速度的测量是研究土壤侵蚀机理的重要依据[2]，雨滴形状的测量是研究降雨导致电磁波散射和衰减的重要前提[3]．传统测雨量的仪器有虹吸式雨量计、翻斗式雨量计、称重式雨量计和改进型机械式雨量计．传统的雨量计可以统计一段时间内的降雨量，但不能统计雨滴的微观信息，如雨滴的直径，雨滴的落速等[4]．在这样的背景下，研究具有可以测雨滴参数的仪器就显得至关重要．现阶段测雨滴参数的方法主要有滤纸色斑法、照相法、雷达观测法、光学测量方法等．滤纸色斑法操作简单，成本低廉，但在实际应用中数据处理繁杂费时,一方面由于雨滴溅落的色斑范围界定会非常困难．另一方面由于测量单个雨滴的直径时，需要在相同材料上裁减出色斑的形状，计算出两部分的重量差，推算出色斑的直径，测量的工作量大，并且测量结果存在较大的误差[5-6]．随着光电检测技术的发展，越来越多的检测应用光学检测的方法，光电检测的方法较其它方法有快捷、便捷、容易记录、数据处理方便等特点．光学探测降水技术主要有光闪烁法、光阴影法、光散射法、成像法．光阴影法对光源要求比较高，光散射法与光闪烁法采用单个探测器，其测量精度有限，限制了对小粒子的识别．基于图像扫描成像的光学雨滴谱仪器可以获取降水粒子的全方位信息[7-9]，但对小雨滴的测量精度不够高，针对小雨滴，提出一种根据CMOS遮挡区域平均光强大小浮动调节阈值的方法．实验条件下将该方法同未应用该方法的激光雨滴谱仪同条件下对比测量精度，验证了新的激光雨滴谱仪对小雨滴有更高的测量精度．光学雨滴谱测量仪主要包含3个部分，LD光源发出的光经过透镜系统形成片光、柱面凸透镜与线阵CMOS之间的采样空间、光电传感器线阵CMOS，如图1所示．本系统采用的LD(Diode Laser)作为光源，波长为451 nm，光电探测器选用线阵CMOS，型号为Basler的ral 2048-48 gm,光电探测器的响应光谱分布为400-600 nm，CMOS的有效像素点为2048个，单个像素尺寸为7μm×7 μm．测量系统采用Matrox图像采集卡，采集卡型号为Solios Gige．图像采集卡将线阵COMS输出的模拟电压信号换成数字信号，数字信号送入电脑，对数据经过处理之后，从而获得雨滴参数．雨滴穿过探测区域时，由于雨滴的遮挡效应，CMOS上的光强分布发生变化．对测量的数据进行处理获得雨滴直径、雨滴速度等信息．在搭建光路的测量区域内，用不同尺寸的小球代替雨滴，仿真降水过程．将小球从一定高度的光路上方下落，经过雨滴谱仪的测量区域，根据National Instruments CVI软件接收读取出线阵CMOS感应的小球遮挡光强．如图2所示，图2是由线阵CMOS一帧一帧的接受形成的小球遮挡图像．图像的灰度分布是同小球的遮挡有对应关系，对于不同尺寸的小球，线阵CMOS采集到的图像灰度分布是不一样的，如图3所示．采用同固定阈值二值化图像会同实际会有明显出入，因此对于不同尺寸的小球采用平均灰度值反馈阈值的方法处理二值化．对于采集到的图像，计算出图像遮挡像素点个数，以平均灰度值和像素点单列的最大个数为依据对不同的情况分类处理．本实验采用直径分别为0.67 mm、0.97 mm、2 mm、2.48 mm的小球分析处理，分析数据结果显示，采用固定阈值的方法平均误差为2.52%，而采用反馈阈值的平均误差为1.8%，结果表明该方法可以求出小球更精确的尺寸．同一个尺寸的条件下，测量结果显示对于大尺寸球来说，在测量区域的不同位置图像灰度分布大小恒定．对于小尺寸球来说，在测量区域的不同位置图像灰度分布大小有明显差别，如图4所示．对小尺寸球的测量结果分析处理，首先对图像进行二值化处理，如果采取定阈值二值化处理，对于小尺寸球会产生很大的误差．因此提出一种根据不同的平均灰度值反馈阈值的方法处理二值化．对于CMOS扫描的图像，计算出图像遮挡像素点个数，以平均灰度值和像素点单列的最大个数为依据对不同的情况分类处理．实验结果显示采用固定阈值时平均误差为9.1%，采用反馈误差的时候为2.91%，精度提高了约6%．表明了依据平均灰度浮动阈值这个方法的可行性．搭建的光学测量系统线阵CMOS的接收频率为f=54347.8261，读取每帧的时间为t=0.0000184 s，可以满足具体雨滴的测量，不会造成雨滴的漏采．对于小雨滴可以当做球体处理，可以不考虑CMOS采集频率与雨滴的落速不匹配问题造成的图像纵向伸缩，本次实验针对同一个雨滴不同测量距离和不同雨滴大小的情况分别采取了平均灰度值反馈二值化阈值的方法．分别测量了0.67 mm和0.97 mm 直径的两个球，竖坐标是雨滴的直径大小，横坐标是雨滴距CMOS窗口的距离，虚线表示了实际的尺寸，最终实验结果如图5所示．从图可以看出经过对不同距离的采集图像采用不同的阈值使得0.67 mm小球相较于0.97 mm小球计算出来的值更符合实际值，0.97 mm小球计算出来的偏大主要原因是因为采集图像出现在非饱和区域，因此可以增加一个修正系数修正在非饱和区域的采集成像．通过上述的实验，验证了基于光学雨滴谱仪监测雨滴直径和雨滴速度的新方法的可行性．当雨滴过小时，距CMOS不同位置的采集图像有明显的差别，雨滴遮挡效应下降，散射效应和衍射效应增强．通过计算不同采集图像的灰度信息，给出不同尺寸雨滴与相同尺寸不同采样位置小雨滴的扫描图像二值化的阈值，有效的解决了对于不同雨滴以及小雨滴采用固定阈值带来误差偏大的情况．在后续的工作中，将考虑大雨滴及大雨量的测量技巧，逐步建立一个自动的激光雨滴谱识别系统．。
一种激光雨滴谱仪小雨滴检测方法刘俊;马尚昌;杨笔锋【摘要】针对激光雨滴谱仪中接收端信号非常微弱、小雨滴信号容易受噪声干扰的特点,为提高系统的信噪比和小雨滴检测能力,基于微弱信号检测原理,优化前端模拟电路设计,采用数字锁相放大(DLIA)技术,构建了以OMAP3530的DSP Core为核心的数字锁相放大器.系统结构简单、易于实现,可以避免模拟器件的零漂、非线性等问题.仿真结果表明:这种数字锁相放大器能实现微弱信号的恒定放大,抑制了对带外噪声的放大,提高了信噪比(SNR),能有效提高激光雨滴谱仪的小雨滴检测能力.【期刊名称】《气象科技》【年(卷),期】2013(041)004【总页数】6页(P603-607,613)【关键词】激光雨滴谱仪;小雨滴检测;数字锁相放大;OMAP3530【作者】刘俊;马尚昌;杨笔锋【作者单位】成都信息工程学院电子工程学院,成都610225;成都信息工程学院电子工程学院,成都610225;中国气象局大气探测重点开放实验室,成都610225;成都信息工程学院电子工程学院,成都610225【正文语种】中文引言大气降水测量是地球水循环监测的重要环节，是水资源利用的重要组成部分，也是气候变化、地质灾害、洪水灾害预警和环境评估等方面的重要影响因素［1］。
因此，降雨量和降雨强度的准确监测，对生产实践具有重要意义［2-3］。
其中毛毛雨（一般雨滴粒径小于0.5mm）［4］常伴有雾和低云，能见度较差，对航空、交通影响巨大。
与传统方法［5］不同，光电式雨量计采用的是一种非接触式、快捷灵敏的检测手段，它具有灵敏度高、响应时间快、自动化水平高以及易于维护等优点。
目前，国内外很多学者和专家都在对光学雨量器进行研究，提出了很多测量雨滴粒径大小和速度的算法［6-7］。
国外已有较为成熟的光学雨量传感器，并得到了较为广泛的应用，而国内却刚刚起步，基本限于对国外传感器的性能测试分析和降雨对比观测方面的研究，与国际先进技术水平相比还有一定距离，需要重点发展［8］。
