从我国首台光学雨量计问世到现在，雨量计经历了22个春秋

雨量计（rainfall recorder，或量雨计、测雨计）是一种气象学家和水文学家用来测量一段时间内某地区的降水量的仪器（降雪量的测量则需要使用雪量计）。1994年12月18日，我国首台光学雨量计日前在京问世并通过专家鉴定。有关专家认为，这项成果达到国际先进水平。由空军第七研究所研制的这台光学雨量计，利用光束穿过降雨区，在接收器上产生起伏散射光的统计特性来遥感降雨参数。

雨量计的种类很多，常见的有虹吸式雨量计、称重式雨量计、翻斗式雨量计等等。

虹吸式雨量计能连续记录液体降水量和降水时数，从降水记录上还可以了解降水强度。虹吸式雨量计由承水器、浮子室、自记钟和外壳所组成。雨水由最上端的承水口进入承水器，经下部的漏斗汇集，导至浮子室。浮子室是由一个圆筒内装浮子组成，浮子随着注入雨水的增加而上升，并带动自记笔上升。自记钟固定在座板上，转筒由钟机推动作用回转运动，使计录笔在围绕在转筒上的记录纸上画出曲线。记录纸上纵坐标记录雨量，横坐标由自记钟驱动，表示时间。当雨量达到一定高度（比如10毫米）时，浮子室内水面上升到与浮子室连通的虹吸管处，导致虹吸开始，迅速将浮子室内的雨水排入储水瓶，同时自记笔在记录纸上垂直下跌至零线位置，并再次开始雨水的流入而上升，如此往返持续记录降雨过程。

称重式雨量计。这种仪器可以连续记录接雨杯上的以及存储在其内的降水的重量。记录方式可以用机械发条装置或平衡锤系统，将全部降水量的重量如数记录下来，并能够记录雪、冰雹及雨雪混合降水。

翻斗式雨量计。翻斗式雨量计是由感应器及信号记录器组成的遥测雨量仪器，感应器由承水器、上翻斗、计量翻斗、计数翻斗、干簧开关等构成；记录器由计数器、录笔、自记钟、控制线路板等构成。其工作原理为：雨水由最上端的承水口进入承水器，落入接水漏斗，经漏斗口流入翻斗，当积水量达到一定高度（比如0.1毫米）时，翻斗失去平衡翻倒。而每一次翻斗倾倒，都使开关接通电路，向记录器输送一个脉冲信号，记录器控制自记笔将雨量记录下来，如此往复即可将降雨过程测量下来。

扩展阅读：

光学雨量传感方法的研究

【摘要】：随着光电传感技术和信息技术的快速发展,应用光探测技术对降水现象进行自动观测,成为实现地面气象全要素自动观测的重要一环。针对所设计的光学检测雨量传感系统,本文主要探索解决以下几个方面的问题：

(1)比较现有的雨量计检测技术,设计基于光学传感的雨量探测装置,包括光路结构设计和搭建系统的部件选取。然后进行基础模拟实验,通过对细丝、水滴等物体的测试系统的运行情况,模拟了系统对雨、雪以及冰雹等降水类型情况的测试。

(2)从硬件和理论两方面,分析装置中存在的对检测结果产生误差的因素,讨论这些因素如何影响检测结果的准确度,并且着重对装置检测区域中探测光的衍射和衰减进行一系列的理论分析和推导。

(3)从装置硬件和光学效应的影响两方面入手,提高光学雨量传感装置的检测精度：对光源和线阵探测器造成的测量误差提出修正方法；对光束整形系统进行设计分析,从而提高检测区域检测光的质量,达到提高检测精度的目的；对检测区域中探测光的衍射和衰减状况进行研究,通过对装置实际检测的结果进行观察、分析和处理,将光的衍射影响检测精度所产生的误差进行修正,同时结合实测图像结果对光的衰减对检测精度的影响进行定性分析和说明。 研究结果表明光学雨量传感系统中,光源的稳定性、探测器的噪声、探测光质量、探测光的衍射以及衰减均对测量精度有不同程度的影响,其中以探测光的质量和探测光的衍射对检测结果影响最大。

【关键词】：雨量计 降水 滴谱 雨滴谱仪 光学检测

【目录】：

摘要6-7ABSTRACT7-8

目录8-11

第1章       绪论11-26

1.1降水探测的重要意义11-14

1.1.1 降水的形成机制与特征11-13

1.1.2 降水粒子探测的意义13-14

1.2 雨量计的发展及现状14-24

1.2.1 雨量计发展历程14-16

1.2.2 传统雨量检测方法16-19

1.2.3 常用的光学检测方法19-21

1.2.4 国内外光学检测雨量技术的发展现状21-24

1.3 研究内容及目标24-25

1.3.1 研究内容24

1.3.2 研究目标24-25

1.4 本文结构安排25-26

第2章 光学雨量传感器的系统构成及基础实验26-39

2.1 光学系统的设计及部件选择26-32

2.1.1 探测方式选取26-27

2.1.2 探测器的比较及选择27-29

2.1.3 光源的选择及其特性分析29

2.1.4 系统中透镜的选择方案29-32

2.2 光学雨量检测系统搭建方案32-33

2.3 系统基础检测实验33-37

2.3.1 细丝遮挡实验33-34

2.3.2 钢球模拟实验34

2.3.3 滴水模拟实验34-35

2.3.4 纸屑下落模拟实验35-36

2.3.5 光学斩波器测试线阵CMOS行扫速度实验36-37

2.4 小结37-39

第3章 影响系统检测精度各因素的理论分析39-58

3.1 光学系统硬件对检测的影响39-42

3.1.1 光源的不稳定性影响系统39-40

3.1.2 光束的不均匀和发散40-41

3.1.3 光电探测器产生的误差41-42

3.2 边界衍射的影响42-49

3.2.1 巴比涅原理43-44

3.2.2 边界衍射效应理论推导44-46

3.2.3 发散球面波照射在边界上衍射的推导46-48

3.2.4 单色平行光照射球形与椭球形粒子的边界衍射分析48-49

3.3 探测光的衰减49-58

3.3.1 散射对探测光的影响49-55

3.3.2 吸收对探测光的影响55-58

第4章 提高光学传感器检测精度的方法58-80

4.1 光学雨量传感装置工作流程58-59

4.2 系统硬件改进59-63

4.2.1 激光光源功率的反馈调节59-60

4.2.2 抑制线阵CMOS传感器噪声理论分析60-63

4.3 光束整形系统的设计63-69

4.3.1 光束不均匀性的改善方法63-64

4.3.2 片光发散误差改善方法64-69

4.4 光的衍射影响的修正69-77

4.4.1 MATLAB模拟衍射及分析69-71

4.4.2 不同尺寸细丝在不同检测区域中的实测71-73

4.4.3 实际测量中衍射结果修正73-77

4.5 对光的衰减影响的修正77-80

第5章 总结与展望80-82

致谢82-83

参考文献83-87