云/气溶胶/降水组合探测系统

概述

云/气溶胶/降水组合探测系统（CAPS）是*的云粒子探测器。它包括三个DMT仪器以及温度和相对湿度传感器，并将其封装在一个罐中。CAPS提供以下数据：

• 观测气溶胶粒子和云雾的流体尺寸，范围从0.51到50μm

• 降水粒径，可选范围从25~1550μm，或15~930μm（15μm分辨率）

• 可选25~1550μm或15~930μm的颗粒图像（15μm分辨率）

• 颗粒光学性质（折射率）

• 粒子形状评估（针对具有去极化特征的探针在水和冰之间的区分）

• 液态水含量为0.01~3 g / m³

• 飞机速度和高度

• 大气温度和压力

该仪器取代了旧的PMS / PMI FSSP-100，FSSP-300,2D-C，2D-P和KLWC探头。它可以固定现场，移动或空中进行采样观测。

工作原理

CAPS云/气溶胶/降水组合探测系统中包括三个DMT仪器，分别是云成像仪（CIP），云和气溶胶光谱仪（CAS）以及液体水分含量传感器（Hotwire LWC）。

测量较大颗粒的CIP是通过准直激光束的粒子的阴影图像被投影到64个光电探测器的线性阵列上来测量的。颗粒通过每个二极管上的亮度变化来记录。光电探测器中记录的变化是以与探测速度和仪器尺寸分辨率*的速率存储的。粒子图像从单个“切片”重建，其中切片是在给定时刻64个元素的线性阵列的状态。一个切片必须存储需要一定的时间间隔，粒子前进通过光束的距离等于探头的分辨率。可选的灰度成像可在每个光电探测器上提供三个级别的阴影记录，从而提供有关颗粒的更详细信息。

测量较小颗粒的CAS依赖于光散射技术而不是光成像技术。粒子散射光来自入射激光器的光，并且将在4~12°范围内散射的光收集并导入前向测量光电探测器。 测量此光来计算颗粒大小。后向散射光学器件还会测量168~176°范围内的光，从而可以确定球形粒子的粒子折射率的实际分量。

Hotwire LWC传感器使用加热感应线圈来估算液体含水量。系统将线圈保持在恒定的温度（通常为125°C），并测量维持此温度所需的功率。液滴在线圈表面蒸发并冷却表面和周围的空气，所以需要更多的功率来维持温度。 因此，这个功率读数可以用来估算LWC。 LWC设计和可选的PADS软件都具有确保LWC读数不受传导热损失影响的功能。

功能

• 偏振功能

CAPS包括一个有偏振功能，在0.5~50μm范围内可以区分水和冰粒子传感器。除了测量前向散射光之外，CAPS还使用两个后向散射探测器测量S态和P态偏振。对于通常为液滴的球形粒子，入射光的偏振将保持不变，并且后向散射中的正交偏振不会产生任何信号。 根据颗粒的非球面性，正交偏振片会在后向散射检测器中增强信号。

• PBP功能

CAPS包括0.51~50μm范围内的前292个PBP数据。PBP数据包括针对每个单独粒子的前向散射，后向散射和偏振数据。这些数据用于计算能够将粒子分类为水或冰的去偏振比率。

• 灰度成像

灰度成像可以提供有关单尺度成像遗漏的颗粒成分的详细信息。特别是，灰度成像在每个光电检测器上提供了三个级别的阴影记录。下侧的图片显示用灰度成像（靠近右侧）和单次成像（右侧）记录的相同粒子。