【摘 要】
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降水观测对灾害预警和农业发展越来越重要,雨量计作为降雨测量的最直接的手段发挥着积极的意义。机械式雨量计存在着固有的缺点,随着光电传感技术的发展,雨量计与光电技术的结合能够克服称重式雨量计的缺点并能够带来实时监测传输的优点,然而,光学雨量计还在起步阶段,相关技术有待完善。针对光学雨量计稳定性较低的缺点,本文提出了提高基于光散射技术的雨量计稳定性的方法。本文首先对比现有的光学探测技术,研究光学探测技术
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降水观测对灾害预警和农业发展越来越重要,雨量计作为降雨测量的最直接的手段发挥着积极的意义。机械式雨量计存在着固有的缺点,随着光电传感技术的发展,雨量计与光电技术的结合能够克服称重式雨量计的缺点并能够带来实时监测传输的优点,然而,光学雨量计还在起步阶段,相关技术有待完善。针对光学雨量计稳定性较低的缺点,本文提出了提高基于光散射技术的雨量计稳定性的方法。本文首先对比现有的光学探测技术,研究光学探测技术的理论部分,包括散射相关理论分析,散射作用模型设计,菲涅尔透镜原理研究和整体的设计方案;设计雨量探测系统装置,系统器件的选取,并研究器件的特性,为后面实验设计做理论基础;具体分析系统硬件对稳定性影响的因素,并对散射作用进行公式推导,仿真散射角度、波长与散射作用的关系,得出45°、90°和135°三个代表性的散射角度,并将三个角度作为后续实验探测器的接收角度。在硬件方面,通过选用合适的集成器件,改进光源的稳定性以及减小探测器的噪声影响,用以提高入射光的质量和探测器的接收效率;对波长、散射角度进行实验验证,得到不同波长数据以及三个角度的散射信号数据,最终选取散射角45°的检测数据作为支持向量机的训练数据,将45°的散射信号数据以2:1比例分为训练集和测试集,进行SVM算法模型训练,得到训练后的算法模型,进一步对预测值、直接测量值与真实值进行数据对比,得出预测值与真实值的误差为[-0.3m L,0.4m L],误差百分比在[-1.5%,1.7%]之间浮动,而直接测量数据与真实值的误差为[-1.3m L,2.6m L],误差百分比在[-3%,3%]之间浮动,可知SVM预测模型能够提高数据的稳定性。研究表明在检测系统中光源、电路噪声、散射作用都对系统的稳定性产生不同的影响,通过对以上因素的研究修正,提高了系统的稳定性,尤其引入算法模型,能够进一步提高检测数据的稳定性。
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