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3 Funktionsweise des Laser-Niederschlags-Monitor
Mittels einer laser-optischen Strahlquelle (Laserdiode und Optik) wird ein paralleles Lichtband
(infrarot, 785nm, nicht sichtbar) erzeugt. Auf der Empfängerseite sitzt eine Photodiode mit einer
Linse, um die optische Leistung durch Umwandlung in ein elektrisches Signal zu messen.
Partikel
20mm
Infrarot-Lichtstrahl
228 mm
Abbildung 1: Messung der Niederschlagspartikel
Wenn ein Niederschlagspartikel durch das Lichtband fällt (Messfläche 45,6cm² (7inch²)) (Abb.1),
wird das Empfangssignal abgeschwächt. Aus der Amplitude der Abschwächung wird der
Durchmesser des Partikels berechnet. Außerdem wird aus der Dauer des Abschwächungssignals
die Fallgeschwindigkeit des Partikels ermittelt.
Abbildung 2: Erläuterung des Messprinzips
Die gemessenen Werte werden mit einem Signalprozessor (DSP) verarbeitet und auf Plausibilität
(z.B. Randtreffer) überprüft. Berechnet werden Niederschlagsintensität, -menge, -art (Niesel,
Regen, Schnee, Graupel, Hagel sowie Mischniederschläge) und das Partikelspektrum (Verteilung
der Partikel auf das Größenspektrum). Die Niederschlagsart wird aus dem statistischen Verhältnis
aller Partikel bezüglich Durchmesser und Geschwindigkeit bestimmt. Diese Verhältnisse sind
wissenschaftlich untersucht worden (z.B. Gunn, R., and Kinzer, G.D., 1949, "The terminal velocity
of fall for water droplets in stagnant air," J. of Meteorology, Vol . 6, pp. 243–248). Zusätzlich wird
die Temperatur zur Verbesserung der Erkennung verwendet: Bei Temperaturen oberhalb 9°C
werden die Niederschläge automatisch als flüssig (Ausnahme: Graupel und Hagel) und unterhalb
von –4°C als fest angenommen. Im Temperaturbereich dazwischen können alle Formen des
Niederschlags vorkommen.
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