基于压电效应的FPGA降水粒子测量系统设计.pdf

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1、2014年第33卷第3期传感器与微系统(TransducerandMicrosystemTechnologies)85基于压电效应的FPGA降水粒子测量系统设计刘清倦，朱俊丰，杜虹r，郭薇r，韩上邦r，王勋涛，(1．江苏省气象探测与信息处理重点实验室。江苏南京210044；2．南京信息工程大学电子与信息工程学院，江苏南京210044)摘要：降水粒子测量是气象观测要素中重要的组成部分。提出了一种基于压电传感器的新型感测方法，并依此设计了一种基于现场可编程门阵列(FPGA)的降水粒子信号采集处理系统。该系统对信号进行多路同步采集，并利用拟合所得的各路系统响应函数与各粒子响应函数

2、实现对粒子的测量。系统实现信号全量程采集的同时有效降低了非线性误差。实验结果表明：该系统对于粒子直径观测误差小于±0．1mm，具有量程宽、精度高、响应快、粒子判别准确等特点。关键词：降水粒子；压电传感器；现场可编程门阵列；同步数据采集中图分类号：P412．13文献标识码：A文章编号：1000-9787(2014)03-0085-04DesignofFPGAprecipitationparticlemeasurementsystembasedonpiezoelectriceffectLIUQing—quan'，ZHUJun—feng，。，DUHong，，GUOWei’，HAN

3、Shang—bang'。，WANGXun．tao，(1．JiangsuKeyLaboratoryofMeteorologicalObservationandInformationProcessing，Nanjing210044，China；2．CollegeofElectronic&InformationEngineering，NanjingUniversityofInformationScience&Technology．Nanjing210044．China)Abstract：Precipitationparticlemeasurementisanimportantse

4、ctioninmeteorologicalobservation．Proposeanewmethodofmeasurement，whichisbasedonpiezoelectricsensor，andakindofFPGA—basedprecipitationparticlesignalacquisitionandprocessingsystemisdesigned．Thissystemacquiressignalthroughsynchronizedmulti—channel，anduseresponsefunctionofeachchannelsystemandres

5、ponsefunctionofeachparticleobtainedbyfittingtorealizemeasurementonparticle．Thesystemnotonlyrealizesfullscaleacquisitionbutalsoeffectivelyreducesnonlinearerror．Experimentalresultsindicatethatobservationerorofthesystemonparticlediameterislessthan±0．1mmandithasfeaturesofwidescale．highprecisio

6、n．fastresponseandaccurateparticlediscrimination．Keywords：precipitationparticle；piezoelectricsensor；FPGA；synchronizeddataacquisition0引言平低，不适合对大量数据处理分析并寻找规律，且得到的降伴随着社会经济的高速发展，天气现象的实时观测对水观测资料的时间和空间分辨率均难以满足当前大气科学工农业生产和军事活动起着越来越重要的作用。降水是指研究、精细化数值天气预报的需求。液态、固态或混合态水凝(冻)物从空中下落到地面这一过在现代测量中以光学降水测量技术

7、为主，主要原理是程，作为一类重要的天气现象，对其进行精确地观测亦具有降水微粒的大小、形状、降落速度和密度会导致光信号的强重要意义。现阶段对于降水粒子的测量方法主要分为传统度、频率发生变化，通过分析降水下落时调制光束的脉冲特测量和现代测量两类。征即可判别降水类型。此种方式能够实现降水现象的连目前，气象观测中主要依靠传统的测量方法，即人工观续、非接触、自动观测，提供高时间分辨率的降水粒子微物测区分不同降水类型，利用翻斗雨量计、雨量简等测量降水理信息，目前比较成熟的有芬兰Vaisala公司的PWD系强度和降水量，这些方法