低成本雨滴谱仪与湍流传感器的设计与制作

雨滴谱仪用于检测降雨中下落雨滴的尺寸与速度。它们通过撞击或基于光学的方法检测液滴。基于光学的方法使用光源与光学探测器。液滴穿过光线时在探测器上产生阴影。强度变化及其持续时间提供了液滴的尺寸与速度。而基于撞击的方法利用压电元件，通过液滴撞击传感器时的物理动量传递来感知液滴。除了技术差异外，这两类雨滴谱仪的成本范围相近。风湍流传感器基于多种工作原理检测风速梯度，如热式风速计、激光多普勒风速计等。在热式风速计中，加热元件被维持在恒定温度。当风吹过时，它带走元件的部分热能，导致加热元件电阻变化，进而引起其两端电压变化。激光多普勒风速计基于被风流传送的运动粒子所散射光的波长变化工作。这些技术测量空气湍流高度准确，但成本较高。着眼于设备的成本效益与可接受性能，我们在单一设备中实现了一种新概念，以研究其作为雨滴谱仪与湍流传感器的可行性。它采用电磁感应原理与悬臂梁对脉冲的响应。基于这些原理，设计并制作了一种用于检测雨滴尺寸与风湍流的装置。其由易得材料制成。在实验室条件下的测试取得了与标准商用仪器相比令人满意的结果。