Kích thước hạt trong phương pháp đo này được hiểu là kích thước tương đương với hạt hình cầu có cùng đáp ứng quang điện với hạt cần đo trong phương pháp đo bằng quang học xem xét. Với đo kích thước hạt mưa, từ việc hấp thụ và tán xạ của hạt mưa khi cắt qua dải ánh sáng, đã có các cơng trình nghiên cứu được cơng bố [1,
Phản xạ Khúc xạ
Hấp thụ và tái bức xạ
2, 3, 8, 7, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24...]. Dựa vào số lượng chùm sáng đi tới cảm biến quang có thể phân loại thành loại một dải sáng và loại hai dải sáng. Khi hạt mưa cắt qua chùm sáng, số lượng dải sáng đi đến cảm biến quang sẽ tạo ra các xung quang điện tương ứng. Do đó dựa vào số xung quang điện thu được trên cảm biến có thể phân thành hai loại là: loại một xung và loại hai xung.
1.1.2.1. Đo kích thước và vận tốc hạt dựa trên mức hoặc một xung quang điện
Các công trình nghiên cứu phương pháp này đã được công bố có thể kể đến Illingworth, A.J.; Stevens, C.J (1987) [30], Grossklaus, M.; Uhlig, K.; Hasse, L (1998) [26]
Nghiên cứu [30] đã đưa ra mơ hình đo P-POD (Paired pulse optical Disdrometer)
(hình 1.6). Mơ hình sử dụng nguồn sáng halogen H cho ra dải sáng có độ đồng nhất khơng cao khiến cho việc xử lý tín hiệu thơ gặp nhiều khó khăn. Dải ánh sáng hình khuyên để đo các hạt mưa rơi giảm thiểu được ảnh hưởng của gió lên kết quả đo. Giá trị xung quang điện được đưa tới xử lý trên máy tính nên việc ứng dụng ngồi trời có nhiều hạn chế. Kết cấu của thiết bị cồng kềnh, khối vách ngăn tương đối phức tạp, khó sửa chữa khi thiết bị lỗi.
H: nguồn sáng halogen, I: nguồn điện, G: vỏ, C: ống chuẩn trực, F: đường dẫn hội tụ, D: khối gia nhiệt, B: khối vách ngăn, A: vịng giữ ống kính, F: ống quang hội tụ,
E: khối quang điện tử
Hình 1.6. Mơ hình đo của thiết bị P-POD [30]
Nghiên cứu [26] đã đưa ra mơ hình đo mới mơ tả trong hình 1.7 để khắc phục
của cánh gió. Dạng dải sáng hình trụ giúp cho phép đo khơng phụ thuộc vào góc tới của hạt mưa. Do đó, sự thay đổi của vận tốc gió không ảnh hưởng đến các phép đo. Nguồn sáng của thiết bị là một đèn LED hồng ngoại 880 nm công suất 150 mW được điều chế với tần số 20 kHz. Thông qua hệ quang học, chỉ phần ánh sáng song song với trục quang học mới có thể đến được diode thu. Khi khơng có hạt rơi vào khoảng đo, điện áp thu được trên diode quang là 5VDC. Khi có hạt cắt qua dải sáng, điện áp này sẽ giảm đi tương ứng tỷ lệ với thương số giữa diện tích mặt cắt ngang của giọt và diện tích mặt cắt ngang của dải sáng hình trụ. Khác với cơng trình [30], đường kính hạt rơi ở [26] tỷ lệ với diện tích của hạt dẫn tới việc tính tốn, xử lý phức tạp hơn.
1, 11) Thành phần điện tử, 2) điốt quang, 3) hệ thống thấu kính, 4) cửa sổ, 5) vách ngăn, 6) Khoảng đo, 7) thấu kính thu, 8) khối trộn quang học, 9) mắt thu,
10) diode quang
Hình 1.7. Mặt cắt của máy đo quang học P-POD cải tiến [26]
Hai cơng trình [30], [26] đều có kết cấu phần cứng của thiết bị tránh được ảnh hưởng của gió bằng những dải sáng hình vành khuyên [30] hoặc dải sáng hình trụ [26]. Kích thước hạt được nội suy từ mức điện áp thu được trên diode quang khi hạt cắt qua dải sáng. Điều này rất dễ dẫn tới sai số do nhiễu. Ngồi ra, kết cấu của mơ hình khiến cho các thiết bị đo trở nên phức tạp, cồng kềnh.
Thay vì tính tốn từ giá trị điện áp thu được, các nghiên cứu của Löffler-Mang và Joss (2000) [38], Lanzinger và cộng sự (2005) [8] đã đưa ra một cách đo khác dựa
vào xung quang điện thu được. Với một xung quang điện thu được khi hạt cắt qua dải sáng, kích thước hạt mưa được nội suy từ biên độ của xung, còn vận tốc hạt được nội suy từ độ rộng xung [8]. Phương pháp này cịn có một cách gọi khác là phương pháp xử lý giá trị tuyệt đối của biên độ tín hiệu quang điện từ các hạt tán xạ. Hai mơ hình thiết bị hiện đang sử dụng phương pháp đo này là OTT Parsivel và Thies LPM (Thies disdrometer Laser Precipitation Monitor) (hình 1.8).
(a) Thies LPM (b) Parsivel 2