本发明专利技术公开了一种八通道可定位的强对流天气监测预警装置，包括八通道检测主机以及八路次声波气路输入口；所述八通道检测主机包括八路次声波传感器、八路信号放大器，八路ADC转换器和CPU；八路次声波气路输入口分别通过管长相同的八个气管密封连接至八路次声波传感器，从而将途经八路次声波气路输入口的八个通道的次声波信号传递到八路次声波传感器，八路信号放大器将八路次声波传感器接收到的次声波信号的幅度分别进行放大，得到幅度放大后的次声波信号，八路ADC转换器将每路幅度放大后的次声波信号进行模数转换，从而将模拟信号转换为数字信号，CPU读取八路ADC转换器输出的八个通道的数字信号并进行处理以形成次声波信息。息。息。
【技术实现步骤摘要】
八通道可定位的强对流天气监测预警装置及方法
[0001]本专利技术涉及强对流天气预警
，尤其涉及一种八通道可定位的强对流天气监测预警装置及方法。
技术介绍
[0002]灾害性天气往往表现出强度大、破坏性强、分布广、发展演变快、破坏力大的自然特征，引起广泛关注。快速有效地应对大风、强降水、山洪等灾害性天气事件，对减少人民群众生命财产安全威胁具有重要意义。预报这些突发性灾害天气系统的关键是及时观测，具有较高的空间分辨率，是态势感知和预报的基础。
[0003]科学家研究强对流天气生消机理时发现，产生龙卷风、雷暴等风暴系统在其发生前1
‑
3小时会发出低频声音，频率通常在0.5至20赫兹的“次声波”范围内，这种次声波人耳无法听到。因为次声波不容易衰减，可以传递到数百公里以外，可通过仪器装置检测到这种次声波。
[0004]现代气象科学研究表明，由于上升气流进入稳定的气穴，向上的气流在气穴中产生连锁反应，从而引起大气层中云层的变化，改变云层的动态结构，使云层出现低频率的摆动波纹，从而形成云的重力波。比如有雷暴大风、冰雹或者龙卷风将要发生时，上升气流在空气中的漩涡中发生改变，致使云的流体结构随之改变，当这种变化在垂直梯度上不断的变化和累积，最终产生云的重力波。这种云的重力波以很低的频率交替变化，基本上接近次声波的频率范围，从而引起大气中的次声波。
[0005]本专利技术人在实施本专利技术时发现，次声波与流场特性具有关联性，由于接近次声波频率的震动可以传输很远的距离，所以当强对流天气过程将要发生的时候，我们在很远距离就可以检测到这种变化。因此，我们可以通过某种特殊的装置测量这种次声波，分析和提取它的特征，进而分析并预测龙卷风等灾害性天气可能即将发生。
技术实现思路
[0006]本专利技术的目的在于提供一种八通道可定位的强对流天气监测预警装置及方法，其能够有效解决现有技术中所存在的上述技术问题。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术的一实施例提供了一种八通道可定位的强对流天气监测预警装置，包括八通道检测主机以及八路次声波气路输入口；所述八通道检测主机包括八路次声波传感器、八路信号放大器，八路ADC转换器和CPU；
[0008]所述八路次声波气路输入口位于以所述八通道检测主机为中心的八个方位上，所述八路次声波气路输入口分别通过管长相同的八个气管密封连接至所述八路次声波传感器，从而将途经所述八路次声波气路输入口的八个通道的次声波信号传递到所述八路次声波传感器，所述八路信号放大器与所述八路次声波传感器一一对应连接，用于将所述八路次声波传感器接收到的次声波信号的幅度分别进行放大，得到幅度放大后的次声波信号，所述八路ADC转换器与所述八路信号放大器一一对应连接，用于将每路所述幅度放大后的
次声波信号进行模数转换，从而将模拟信号转换为数字信号，所述CPU用于读取所述八路ADC转换器输出的八个通道的数字信号并进行处理以形成次声波信息；
[0009]其中，所述CPU连接所述八路次声波传感器以发出控制命令，使所述八路次声波传感器以预设的采集周期同步采集以获得同一时刻的八个方向的次声波信息的振幅；
[0010]所述CPU用于读取所述八路ADC转换器输出的八个通道的数字信号并进行处理以形成次声波信息具体包括：所述CPU还用于以预设的数据处理周期对所形成的每一通道所述数字信号的次声波都进行滑动连续时序N小时数据的快速傅里叶变换，从而将次声波信息从时域变为频域进行分析，得到每个通道的N小时的有次声波和没有次声波信号的振幅、周期及变换规律的特征，进而判断出发生强对流天气的方向；N≥3；
[0011]所述CPU还用于将通过快速傅里叶变换所得到的数据进行计算，计算出震荡周期为150分钟～300分钟的第一频率点并且振幅大于25Pa出现的时刻，从而判断出发生强对流天气的时间。
[0012]较佳地，所述八通道检测主机安装在恒温腔室中，所述恒温腔室保持在20
°
～25
°
之间。
[0013]较佳地，所述八路次声波气路输入口以所述八通道检测主机为中心的八个方位分别为东、南、西、北、东南、西南、西北和东北。
[0014]较佳地，所述八路次声波气路输入口分别包括与所述气管连接的喇叭口，每一所述喇叭口安装在百叶箱里中，每一所述喇叭口的开口朝向其所在方位的方向；每一所述喇叭口的高度相同，高度为1.0m～3.0m。
[0015]较佳地，每一所述气管的管长为5m以上。
[0016]较佳地，所述八通道检测主机还包括分别与所述CPU连接的通信接口和电源；所述八通道检测主机通过所述通信接口与外部设备连接以实现信息交互，所述八通道检测主机通过所述电源供电。
[0017]较佳地，所述采集周期为1秒；所述数据处理周期为1分钟。
[0018]较佳地，所述CPU通过快速傅里叶变换所得到的数据进行计算后，以计算出震荡周期为150分钟～300分钟的第一频率点并且振幅大于25Pa出现的时刻为开始时刻，一直到震荡周期小于150分钟并且振幅小于25Pa的时刻为结束时刻，从而判断出发生强对流天气的时间长度。
[0019]较佳地，所述CPU还用于以预设的数据处理周期对所形成的每一通道所述数字信号的次声波都进行滑动连续时序N小时数据的快速傅里叶变换，从而将次声波信息从时域变为频域进行分析具体包括：所述CPU每1分钟对数据处理一次，每次对每一个通道的数字信号的次声波数据进行滑动连续时序3小时数据做快速傅里叶变换，得到该通道的频域特征，并画出相应的时间
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振幅
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周期图像；其中，以傅里叶变换的结果中的第一个频率的倒数作为每个时间
‑
振幅
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周期图像的周期。
[0020]本专利技术另一实施例对应提供一种八通道可定位的强对流天气监测预警方法，适用于如上任一实施例所述的八通道可定位的强对流天气监测预警装置中；所述八通道可定位的强对流天气监测预警方法包括步骤：
[0021]S1、通过CPU向八路次声波传感器发出控制命令，从而控制所述八路次声波传感器以预设的采集周期同步采集以获得同一时刻的八个方向的次声波信息的振幅；
[0022]S2、将所述八路次声波传感器接收到的八个通道的次声波信号通过八路信号放大器分别进行放大，得到八路幅度放大后的次声波信号；
[0023]S3、将所述八路幅度放大后的次声波信号分别通过八路ADC转换器进行模数转换，从而将模拟信号转换为数字信号；
[0024]S4、通过所述CPU读取所述八路ADC转换器输出的八个通道的数字信号并进行处理以形成次声波信息，包括：
[0025]以预设的数据处理周期对所形成的每一通道所述数字信号的次声波都进行滑动连续时序N小时数据的快速傅里叶变换，从而将次声波信息从时域变为频域进行分析，得到每个通道的N小时的有次声波和没有次声波信号的振幅、周期及变换规律的特征，进而判断出发生强对流天气的方向，N≥3；及
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【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种八通道可定位的强对流天气监测预警装置，其特征在于，包括八通道检测主机以及八路次声波气路输入口；所述八通道检测主机包括八路次声波传感器、八路信号放大器，八路ADC转换器和CPU；所述八路次声波气路输入口位于以所述八通道检测主机为中心的八个方位上，所述八路次声波气路输入口分别通过管长相同的八个气管密封连接至所述八路次声波传感器，从而将途经所述八路次声波气路输入口的八个通道的次声波信号传递到所述八路次声波传感器，所述八路信号放大器与所述八路次声波传感器一一对应连接，用于将所述八路次声波传感器接收到的次声波信号的幅度分别进行放大，得到幅度放大后的次声波信号，所述八路ADC转换器与所述八路信号放大器一一对应连接，用于将每路所述幅度放大后的次声波信号进行模数转换，从而将模拟信号转换为数字信号，所述CPU用于读取所述八路ADC转换器输出的八个通道的数字信号并进行处理以形成次声波信息；其中，所述CPU连接所述八路次声波传感器以发出控制命令，使所述八路次声波传感器以预设的采集周期同步采集以获得同一时刻的八个方向的次声波信息的振幅；所述CPU用于读取所述八路ADC转换器输出的八个通道的数字信号并进行处理以形成次声波信息具体包括：所述CPU还用于以预设的数据处理周期对所形成的每一通道所述数字信号的次声波都进行滑动连续时序N小时数据的快速傅里叶变换，从而将次声波信息从时域变为频域进行分析，得到每个通道的N小时的有次声波和没有次声波信号的振幅、周期及变换规律的特征，进而判断出发生强对流天气的方向；N≥3；所述CPU还用于将通过快速傅里叶变换所得到的数据进行计算，计算出震荡周期为150分钟～300分钟的第一频率点并且振幅大于25Pa出现的时刻，从而判断出发生强对流天气的时间。2.根据权利要求1所述的八通道可定位的强对流天气监测预警装置，其特征在于，所述八通道检测主机安装在恒温腔室中，所述恒温腔室保持在20
°
～25
°
之间。3.根据权利要求1所述的八通道可定位的强对流天气监测预警装置，其特征在于，所述八路次声波气路输入口以所述八通道检测主机为中心的八个方位分别为东、南、西、北、东南、西南、西北和东北。4.根据权利要求3所述的八通道可定位的强对流天气监测预警装置，其特征在于，所述八路次声波气路输入口分别包括与所述气管连接的喇叭口，每一所述喇叭口安装在百叶箱里中，每一所述喇叭口的开口朝向其所在方位的方向；每一所述喇叭口的高度相同，高度为1.0m～3.0m。5.根据权利要求4所述的八通道可定位的强对流天气监测预警装置，其特征在于，每一所述气管的管长为5m以上。6.根据权利要求1所述的八通道可定位的强对流天气监测预警装置，其特征在于，所述八...
【专利技术属性】
技术研发人员：林秀萍，敖振浪，吕雪芹，陈赤贤，
申请(专利权)人：广东省气象探测数据中心，
类型：发明
国别省市：
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