CN102736133B - 一种雨量测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种雨量测量装置，属于测量领域。该装置包括用于测量空气温度的第一测温模块、用于测量感知雨量的导热体的温度的第二测温模块、以及根据导热体的温度与所述空气温度之间的温度差获得雨量信号的处理模块；所述第一测温模块和所述第二测温模块分别与所述处理模块相连；第二测温模块包括导热体、用于为导热体加热的加热器和测量导热体温度的测温单元；处理模块包括用于获取温度差的差动单元和用于根据温度差获得雨量信号的处理单元；差动单元包括第一可变电阻、第一电阻、第二电阻和差分放大器。通过本发明的技术方案，能够实时反应雨量大小且提高测量结果的稳定性。

Description

一种雨量测量装置

技术领域

本发明涉及测量领域，特别涉及一种雨量测量装置。

背景技术

天气，尤其是恶劣的雨雪天气，对农业、水利和地质灾害防治等领域产生的影响非常大。因此，很有必要通过相关测量工具及时对天气情况进行测量和评估。

雨量测量装置是上述相关测量工具中一种，用于测量雨量的大小。目前，市场上有很多雨量测量装置。总的来说，这些雨量测量装置大致分为两类，第一类测量出的雨量值较为准确，以虹吸式雨量计为代表；第二类测量出的雨量值的准确度比第一类低，以红外雨量传感器为代表。具体地，虹吸式雨量计包括浮子室和虹吸管；测量时雨水流入浮子室；当浮子室内的水位达到虹吸管的顶部时，虹吸管便将浮子室内的雨水在短时间内迅速排出而完成一次虹吸；虹吸一次，雨量为10毫米。红外雨量传感器包括红外线发生和接收装置；测量时，雨水落在玻璃上；红外线发生装置发出红外线至玻璃，红外线经玻璃反射后被接收装置获取；分析玻璃表面雨点对红外线的反射程度确定雨量大小。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：

虹吸式雨量计在测量时需先收集和贮存雨水，不能实时反应雨量大小，动态特性较差；红外雨量传感器在测量时受雨滴大小、雨滴不均匀程度、外界光线、灰尘等因素影响，可靠性较差。

发明内容

为了实时反应雨量大小且提高测量结果的稳定性，本发明实施例提供了一种雨量测量装置。所述技术方案如下：

一种雨量测量装置，所述装置包括用于测量空气温度的第一测温模块、用于测量感知雨量的导热体的温度的第二测温模块、以及根据所述导热体的温度与所述空气温度之间的温度差获得雨量信号的处理模块；所述第一测温模块和所述第二测温模块分别与所述处理模块相连；

其中，所述第二测温模块包括用于感知雨量的导热体、用于为所述导热体加热的加热器、以及测量所述导热体温度的测温单元；所述加热器和所述测温单元分别与所述导热体相连；

其中，所述处理模块包括用于获取所述导热体的温度与所述空气温度之间的温度差的差动单元和用于根据所述温度差获得雨量信号的处理单元；

所述差动单元包括第一可变电阻、第一电阻、第二电阻和差分放大器；其中，所述第一可变电阻的两固定端分别与所述第一电阻和所述第二电阻连接，所述第一可变电阻的调节端与所述第一电阻和所述第二电阻的连接点连接；所述第一电阻与所述第一测温模块连接；所述第二电阻与所述测温单元连接；所述第一电阻与所述第二电阻串联；所述差分放大器的第一输入端与所述第一电阻和所述第二电阻的连接点连接，所述差分放大器的第二输入端与所述第一测温模块和所述测温单元的连接点连接。

具体地，所述第一测温模块为表面涂有憎水材料的温度传感器。

具体地，所述导热体为表面涂有憎水材料的金属块；所述加热器为设在所述导热体内的电加热器；所述测温单元为设在所述导热体内的温度传感器。

其中，所述处理单元包括模数转换芯片、第二可变电阻和第三可变电阻；

其中，所述模数转换芯片分别与所述差动单元、所述第二可变电阻和所述第三可变电阻连接；所述第二可变电阻与所述第三可变电阻连接。

其中，所述处理单元包括第四可变电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第五可变电阻和电压比较器；

其中，所述第四可变电阻的调节端与所述第三电阻连接；所述第三电阻与所述第四电阻连接；所述第四电阻与所述第五电阻连接；所述第五电阻与所述第六电阻连接；所述第六电阻与所述第五可变电阻的调节端连接；所述电压比较器分别与所述差动单元、所述第三电阻与所述第四电阻的连接点、所述第四电阻与所述第五电阻的连接点、所述第五电阻与所述第六电阻的连接点、以及所述第六电阻与所述第五可变电阻的连接点连接。

具体地，所述处理模块为微控制器。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：通过由第二测温模块测量感知雨量的导热体的温度，第一测温模块测量空气温度，处理模块根据所述导热体温度与所述空气温度之间的温度差获得雨量信号；由于导热体表面不存贮雨水，因而能迅速反应雨量变化，动态特性好；且导热体接收一个区域的雨滴，不受雨滴大小和不均匀程度影响，测量结果稳定。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例1中提供的一种雨量测量装置的结构示意图；

图2是本发明实施例2中提供的一种雨量测量装置的结构示意图；

图3是本发明实施例2中提供的一种雨量测量装置的电路结构示意图；

图4是本发明实施例3中提供的一种雨量测量装置的电路结构示意图；

图5是本发明实施例4中提供的一种雨量测量装置的电路结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

实施例1

参见图1，本发明实施例1提供了一种雨量测量装置，该装置包括：

用于测量空气温度的第一测温模块101、用于测量感知雨量的导热体的温度的第二测温模块102、用于根据导热体的温度与空气温度之间的温度差获得雨量信号的处理模块103。其中，第一测温模块101和第二测温模块102分别与处理模块103相连。

进一步地，第二测温模块102包括用于感知雨量的导热体、用于为导热体加热的加热器、以及测量导热体温度的测温单元；加热器和测温单元分别与导热体相连。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：通过由第二测温模块测量感知雨量的导热体的温度，第一测温模块测量空气温度，处理模块根据所述导热体温度与所述空气温度之间的温度差获得雨量信号；由于导热体表面不存贮雨水，因而能迅速反应雨量变化，动态特性好；且导热体接收一个区域的雨滴，不受雨滴大小和不均匀程度影响，测量结果稳定。

实施例2

参见图2～图3，本发明实施例2提供了一种雨量测量装置，该装置包括：

用于测量空气温度的第一测温模块201、用于测量感知雨量的导热体2021的温度的第二测温模块202、用于根据空气温度与导热体2021的温度之间的温度差获得雨量信号的处理模块203。其中，第一测温模块201和第二测温模块202分别与处理模块203相连。

其中，第一测温模块201在下雨天时测量空气温度且将测出的空气温度转换为电信号，其表面涂有憎水材料。具体地，第一测温模块201为表面涂有憎水材料的温度传感器。该温度传感器可以是半导体温度传感器，例如热敏电阻；也可以是热电阻温度传感器，例如铂热电阻、铜热电阻；也可以是数字温度传感器，例如DS18B20、DHT11；还可以是电压类温度传感器，例如热电偶；以及其他温度传感器。

进一步地，第二测温模块202包括用于感知雨量的导热体2021、用于为导热体2021加热的加热器2022、以及测量导热体2021温度的测温单元2023；加热器2022和测温单元2023分别与导热体2021相连。

其中，导热体2021由热的良导体材料制作而成，且表面涂有憎水材料。导热体2021在下雨天受到雨水冲刷，用于感知雨量大小。具体地，导热体2021为表面涂有憎水材料的金属块，例如铝锭。优选地，该金属块的长宽高为20mm*20mm*5mm。

具体地，加热器2022为设在导热体2021内的电加热器，用于为导热体2021保持恒定功率加热。进一步地，该电加热器包括但不限于额定电压和额定功率分别为12V、1W的电加热器。

其中，测温单元2023用于测量导热体的温度且将测出的导热体的温度转换为电信号。具体地，测温单元2023为设在导热体2021内的温度传感器。进一步地，测温单元2023与第一测温模块201可以为同型号的温度传感器。例如，第一测温模块201和测温单元2023均为型号为NTSA0XM202的热敏电阻。

进一步地，处理模块203包括用于获取导热体的温度与空气温度之间的温度差的差动单元2031和用于根据温度差获得雨量信号的处理单元2032。

具体地，差动单元2031用于将导热体温度的电信号与空气温度的电信号相减，获得由导热体温度和空气温度的温度差形成的电信号差。

其中，参见图3，差动单元2031包括第一可变电阻204a、第一电阻204b、第二电阻204c和差分放大器204d。其中，第一可变电阻204a的两固定端分别与第一电阻204b和第二电阻204c的连接，第一可变电阻204a的调节端与第一电阻204b和第二电阻204c的连接点A连接；第一电阻204b与第一测温模块201连接；第二电阻204c与测温单元2023连接；第一电阻204b与第二电阻204c串联；差分放大器204d的第一输入端与第一电阻204b和第二电阻204c的连接点A连接，差分放大器204d的第二输入端与第一测温模块201和测温单元2023的连接点B连接。

具体地，第一电阻204b、第二电阻204c、第一测温模块201和第二测温模块202中的测温单元2023构成双臂电桥。第一可变电阻204a用于电桥调零。差分放大器204d用于将电桥输出的电压差放大。可选地，差分放大器204d的型号为AD626。

其中，参见图3，处理单元2032包括模数转换芯片205a、第二可变电阻205b和第三可变电阻205c。其中，模数转换芯片205a分别与差动单元2031、第二可变电阻205b和第三可变电阻205c连接；第二可变电阻205b与第三可变电阻205c连接。

具体地，模数转换芯片205a用于将差动单元2031输出的电压差转换成雨量信号。可选地，模数转换芯片205a的型号为TLC549。第二可变电阻205b和第三可变电阻205c用于调整输入至模数转换芯片205a的参考电压。

进一步地，参见图3，第一可变电阻204a、第二可变电阻205b和第三可变电阻205c的调整过程如下：当雨量为最小临界点时，例如0mm/12小时，通过调整第一可变电阻204a，使得差分放大器204d输出电压为0；同时通过调整第三可变电阻205c以调整模数转换芯片205a的参考电压REF－，使得模数转换芯片205a输出0；当雨量为最大临界点时，例如160mm/12小时，通过调整第二可变电阻205b以调整模数转换芯片205a的参考电压REF+，使得模数转换芯片205a输出160。

进一步地，工作人员预先对导热体的温度与空气温度之间的温度差和雨量的对应关系、以及空气温度和雨量的修正关系做了实验，并将空气温度-雨量修正关系存储在外部电路芯片中，通过空气温度对于雨量进行修正。

其中，该装置还包括用于将雨量信号输出至外部电路（图3中未示出）的输出端206。该输出端206与模数转换芯片205a连接。

具体地，该输出端206为插接件。可选地，插接件的型号为2510-6P。进一步地，该外部电路为微处理器、单片机、PC或其他外部电路。

另外，参见图3，该装置的电路结构还包括两个稳压芯片，U1和U2。可选地，U1的型号为78L05，U2的型号为79L05。

下面简单对该装置测量雨量的工作原理进行介绍：

导热体2021的温度与雨量、空气温度相关，为了消除空气温度对导热体的温度影响，以导热体2021的温度和空气温度的差值测量雨量。不下雨的时候，导热体2021因加热器2022加热，导热体2021温度较高，测温单元2023的电阻值较小，差动单元2031输出的电压较低；在下雨的时候，雨水流经导热体2021表面并吸收导热体热量，导热体2021温度降低，测温单元2023的电阻值较大，差动单元2031输出的电压较高。通过调整第一可变电阻204a、第二可变电阻205b和第三可变电阻205c的阻值，使得雨量在0－160mm/12小时变化过程中，处理单元2032将精确输出0-160，雨量与处理单元2032输出成正比，从而实现雨量实时无级测量。为了进一步提高精度，在外部电路芯片内保存空气温度－雨量修正关系。

值得说明的是，由于本发明实施例2中提供的雨量测量装置能够实时对雨量进行准确测量，因此，该装置优选适用于雨量测量精度高的场合，如气象站雨量测量。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：通过由第二测温模块测量感知雨量的导热体的温度，第一测温模块测量空气温度，处理模块根据所述导热体温度与所述空气温度之间的温度差获得雨量信号；由于导热体表面不存贮雨水，因而能迅速反应雨量变化，动态特性好；且导热体接收一个区域的雨滴，不受雨滴大小和不均匀程度影响，测量结果稳定。

实施例3

参见图4，本发明实施例3提供了一种雨量测量装置，该装置包括第一测温模块301、第二测温模块和处理模块。

进一步地，第二测温模块包括用于感知雨量的导热体、用于为导热体加热的加热器3022、以及测量导热体温度的测温单元3023；加热器3022和测温单元3023分别与导热体相连。

其中，第一测温模块301和第二测温模块分别同本发明实施例2中第一测温模块201和第二测温模块202，在此不再详述。

进一步地，处理模块包括差动单元和处理单元。该差动单元包括第一可变电阻304a、第一电阻304b、第二电阻304c和差分放大器304d。具体地，第一可变电阻304a、第一电阻304b、第二电阻304c和差分放大器304d同本发明实施例2中第一可变电阻204a、第一电阻204b、第二电阻204c和差分放大器204d，在此不再详述。

其中，参见图4，该处理单元包括第四可变电阻305a、第三电阻305b、第四电阻305c、第五电阻305d、第六电阻305e、第五可变电阻305f和电压比较器305g。其中，第四可变电阻305a的调节端与第三电阻305b连接；第三电阻305b与第四电阻305c连接；第四电阻305c与第五电阻305d连接；第五电阻305d与第六电阻305e连接；第六电阻305e与第五可变电阻305f的调节端连接；电压比较器305g分别与差动单元、第三电阻305b与第四电阻305c的连接点C、第四电阻305c与第五电阻305d的连接点D、第五电阻305d与第六电阻305e的连接点E、以及第六电阻305e与第五可变电阻305f的连接点F连接。

具体地，通过调整第四可变电阻305a和第五可变电阻305f，使第三电阻305b与第四电阻305c的连接点C、第四电阻305c与第五电阻305d的连接点D、第五电阻305d与第六电阻305e的连接点E、以及第六电阻305e与第五可变电阻305f的连接点F分别产生参考电压V1、V2、V3和V4。电压比较器305g对差动单元输出的电压差与参考电压V1、V2、V3、V4进行比较，并得到匹配出的电压比较信号，即对应的雨量信号。

其中，该装置还包括用于将雨量信号输出至外部电路（图4中未示出）的输出端306。该输出端306与电压比较器305g连接。电压比较器305g将匹配出的电压比较信号选择不同的引脚输出至输出端306。

具体地，该输出端306为插接件。可选地，插接件的型号为2510-6P。进一步地，该外部电路为微处理器、单片机、PC或其他外部电路。

另外，参见图4，该装置的电路结构还包括两个稳压芯片，U1和U2。可选地，U1的型号为78L05，U2的型号为79L05。

下面简单对该装置测量雨量的工作原理进行介绍：

导热体的温度与雨量、空气温度相关，为了消除空气温度对导热体的温度影响，以导热体的温度和空气温度的差值测量雨量。不下雨的时候，导热体温度较高，测温单元3023的电阻值较小，差动单元输出电压较低；在下雨的时候，因雨水的冲刷作用，导热体温度降低，测温单元3023的电阻值较大，差动单元输出的电压较高。通过调整第一可变电阻304a、第四可变电阻305a和第五可变电阻305f的阻值，使得处理模块输出引脚输出的电平与雨量大小相关。

例如，参见图4，当不下雨时，处理模块的输出引脚全部输出低电平；当雨量最小时，假设雨量为0.1-4.9mm/12小时，电压比较器305g的13号引脚输出高电平；当雨量较小时，假设雨量为5.0-14.9mm/12小时，电压比较器305g的14、13号引脚输出高电平；当雨量较大时，假设雨量为15.0-29.9mm/12小时，电压比较器305g的2、14、13号引脚输出高电平；当雨量最大时，假设雨量为30.0-69.9mm/12小时，电压比较器305g的1、2、14、13号引脚输出高电平；根据电压比较器305g输出引脚输出不同的电平，实现了无雨、小雨、中雨、大雨和暴雨的分级测量。

值得说明的是，由于本发明实施例3中提供的雨量测量装置能够实时根据雨量的大小进行分级测量，所输出的雨量值为一个范围值，因此，该装置优选适用于雨量测量精度不高的场合，如汽车自动雨刷控制。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：通过由第二测温模块测量感知雨量的导热体的温度，第一测温模块测量空气温度，处理模块根据所述导热体温度与所述空气温度之间的温度差获得雨量信号；由于导热体表面不存贮雨水，因而能迅速反应雨量变化，动态特性好；且导热体接收一个区域的雨滴，不受雨滴大小和不均匀程度影响，测量结果稳定。

实施例4

参见图5，本发明实施例4提供了一种雨量测量装置，该装置包括第一测温模块401、第二测温模块和处理模块403。

进一步地，第二测温模块包括用于感知雨量的导热体、用于为导热体加热的加热器4022、以及测量导热体温度的测温单元4023；加热器4022和测温单元4023分别与导热体相连。

其中，第一测温模块401和第二测温模块分别同本发明实施例2中第一测温模块201和第二测温模块202，在此不再详述。值得说明的是，在本发明实施例4中，第一测温模块401和第二测温模块中的测温单元4023应采用数字式温度传感器。

其中，参见图5，该处理模块403为微控制器。其中，该微控制器首先直接读取第一测温模块401所测得的空气温度和第二测温模块所测得的导热体的温度；其次将导热体的温度与空气温度相减获得温度差；然后利用存储在微控制器内的温度差－雨量关系计算出雨量。

其中，该装置还包括用于将雨量信号输出至外部电路（图5中未示出）的输出端406。该输出端406与微控制器连接。微控制器将雨量通过接口输出至输出端406。

具体地，该输出端406为插接件。可选地，插接件的型号为2510-6P。进一步地，该外部电路为微处理器、单片机、PC或其他外部电路。

另外，参见图5，该装置的电路结构还包括一个稳压芯片U1。可选地，U1的型号为78L05。

下面简单对该装置测量雨量的工作原理进行介绍：

导热体的温度与雨量、空气温度相关，为了消除空气温度对导热体的温度影响，以导热体的温度和空气温度的差值测量雨量。不下雨的时候，导热体温度较高，测温单元4023的输出温度数值较高；在下雨的时候，因雨水的冲刷作用，导热体温度降低，测温单元4023的输出的温度数值较低。微控制器分别读取测温单元4023所测得的导热体温度值和第一测温模块401所测得的空气温度值，计算出导热体温度和空气温度的温度差，再利用存储在微控制器内部的温度差－雨量关系计算出雨量。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：通过由第二测温模块测量感知雨量的导热体的温度，第一测温模块测量空气温度，处理模块根据所述导热体温度与所述空气温度之间的温度差获得雨量信号；由于导热体表面不存贮雨水，因而能迅速反应雨量变化，动态特性好；且导热体接收一个区域的雨滴，不受雨滴大小和不均匀程度影响，测量结果稳定。

实施例5

本发明实施例5提供了一种测量雨量方法，该方法包括：

501：测量空气温度。

其中，采用实施例1～4中任一实施例提供的第一测温模块测量空气温度。

502：利用导热体感知雨量，并测量所述导热体的温度。

其中，采用实施例1～4中任一实施例提供的第二测温模块测量感知雨量的导热体的温度。

503：根据所述导热体的温度与所述空气温度之间的温度差，获得雨量信号。

其中，采用实施例1～4中任一实施例提供的处理模块获取步骤501和502中空气温度与导热体的温度，获取出导热体的温度与空气温度之间的温度差，并根据该温度差获得雨量。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：通过由第二测温模块测量感知雨量的导热体的温度，第一测温模块测量空气温度，处理模块根据所述导热体温度与所述空气温度之间的温度差获得雨量信号；由于导热体表面不存贮雨水，因而能迅速反应雨量变化，动态特性好；且导热体接收一个区域的雨滴，不受雨滴大小和不均匀程度影响，测量结果稳定。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种雨量测量装置，其特征在于，所述装置包括用于测量空气温度的第一测温模块、用于测量感知雨量的导热体的温度的第二测温模块、以及根据所述导热体的温度与所述空气温度之间的温度差获得雨量信号的处理模块；所述第一测温模块和所述第二测温模块分别与所述处理模块相连；

其中，所述第二测温模块包括用于感知雨量的导热体、用于为所述导热体加热的加热器、以及测量所述导热体温度的测温单元；所述加热器和所述测温单元分别与所述导热体相连；

其中，所述处理模块包括用于获取所述导热体的温度与所述空气温度之间的温度差的差动单元和用于根据所述温度差获得雨量信号的处理单元；

所述差动单元包括第一可变电阻、第一电阻、第二电阻和差分放大器；其中，所述第一可变电阻的两固定端分别与所述第一电阻和所述第二电阻连接，所述第一可变电阻的调节端与所述第一电阻和所述第二电阻的连接点连接；所述第一电阻与所述第一测温模块连接；所述第二电阻与所述测温单元连接；所述第一电阻与所述第二电阻串联；所述差分放大器的第一输入端与所述第一电阻和所述第二电阻的连接点连接，所述差分放大器的第二输入端与所述第一测温模块和所述测温单元的连接点连接。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一测温模块为表面涂有憎水材料的温度传感器。

3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述导热体为表面涂有憎水材料的金属块；所述加热器为设在所述导热体内的电加热器；所述测温单元为设在所述导热体内的温度传感器。

4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述处理单元包括模数转换芯片、第二可变电阻和第三可变电阻；

其中，所述模数转换芯片分别与所述差动单元、所述第二可变电阻和所述第三可变电阻连接；所述第二可变电阻与所述第三可变电阻连接。

5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述处理单元包括第四可变电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第五可变电阻和电压比较器；

其中，所述第四可变电阻的调节端与所述第三电阻连接；所述第三电阻与所述第四电阻连接；所述第四电阻与所述第五电阻连接；所述第五电阻与所述第六电阻连接；所述第六电阻与所述第五可变电阻的调节端连接；所述电压比较器分别与所述差动单元、所述第三电阻与所述第四电阻的连接点、所述第四电阻与所述第五电阻的连接点、所述第五电阻与所述第六电阻的连接点、以及所述第六电阻与所述第五可变电阻的连接点连接。

6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述处理模块为微控制器。