CN102749663B - 一种降水天气现象采集器 - Google Patents

Abstract

一种降水天气现象采集器由超声波传感器、遮蔽罩、电动推杆、步进电机及护罩、T型杆、热风机、平衡负载、导风通道、主机护罩、四根导流管、两个量筒及护罩、两个称重传感器及护罩、两个负压泵、微处理器构成；超声波传感器与T型杆的端杆固定连接，T型杆底部与步进电机转轴固定连接；电动推杆自由端与遮蔽罩固定连接，电动推杆固定端与主机护罩顶部固定连接；热风机、微处理器置于主机护罩内；两个量筒的底面分别置于两个称重传感器承重面上；超声波传感器获取所述量筒内降水物质的厚度，通过数据线送至微处理器；两个称重传感器分别获取两个量筒内降水物质的质量，通过数据线送至微处理器；由微处理器根据厚度与质量信息对降水现象自动识别。

Description

一种降水天气现象采集器

技术领域

本发明涉及气象参数自动测量设备技术领域，特别是一种降水天气现象采集器，可以实时准确的对降水天气现象进行自动化识别的采集器。

背景技术

在气象领域中定义的降水天气现象主要包括雨、阵雨、雪、阵雪、霰、米雪、冰粒以及冰雹。目前对此类降水现象的自动化识别，国际国内主要有以下几种方法：

一、光学方法-以遮挡技术为主

该技术主要原理为：发射机与接收机正对放置，发射机发出一束平行光束，当降水粒子经过采样空间时，会对此平行光束产生遮挡，由此造成接收信号减弱。通过测量被遮挡光信号的强度和持续时间，可以识别出降水粒子的下落速度和粒子大小。

通过实验建立不同降水现象所对应的粒子下落速度和大小的模型，可实现对降水现象的识别。其中，最具代表性的仪器为德国雨滴谱仪(Parsivel)以及法国分光雨量计(OSP)。

二、光学方法-以光栅散射技术为主

该技术的关键特征在于：发射机通过衍射光栅分为多束平行光，两个接收机分别位于离轴垂直和水平方向一定散射角内。当降水粒子经过采样空间时，通过计算接收信号持续时间以及两接收机之间的信号时间差(计算信号的自相关和互相关函数)可以分别得到降水粒子的下落速度和尺度大小，从而根据第一条中所述的识别模型对降水现象进行区分。其中，以英国贝尔(Biral)公司的天气现象仪(VPF730)和英国坎贝尔(campbell)公司的天气现象仪(PWS100)最具代表性。

三、光学方法-以光谱分析为主

该技术主要将经过降水粒子散射后的接收信号进行频谱分析，建立各谱段散射光强(均方根值)与降水类型和降水量的关系，从而对降水现象进行识别。例如，一般来说降雹导致的闪烁所产生的高频分量将大于降雪所产生的闪烁，通过分析信号的高频和低频分量的相对大小可以进行对应现象的判别。主要据此原理工作的设备有美国光学天气现象识别仪(OWI430)以及芬兰天气现象仪(FD12P和PWD22)。

四、声学方法-以声敏元件为主

不同的降水粒子，其下落速度是不一样的。通过测量降水粒子落在不锈钢片上的声音，声敏元件可以由此来确定降水粒子的大小，并根据单位时间内测到的粒子数量来确定降水量与降水强度。主要代表产品有：美国天气现象仪(OWI430)上的声学传感器(HIP-100)。

五、光学方法-以摄像技术为主

该技术主要是对降水粒子的图像进行实时采集，通过图像分析提取出降水粒子的大小以及下落速度，进而确定降水强度以及降水量，同时提取出粒子的形态进而判断其降水类型。主要有代表性的设备有：二维成像雨滴谱仪(2DVD)、摄像能见度仪(DPVS)以及中国气象局最新研制的降水天气现象采集器(专利号：101598815B)。

以上述技术为主的设备都具有购置费用高昂，对于小于0.3mm的粒子无法进行有效探测(造成降水量判断偏小)等缺点。

发明内容

为了解决现有技术的问题，本发明的目的是提供一种降水天气现象采集器，对降水现象进行准确识别，以降低检测费用，提高检测效果。

为了达成所述目的，本发明第一方面是提供降水天气现象采集器，其解决技术问题所采用的技术方案包括：超声波传感器、遮蔽罩、电动推杆、步进电机护罩、步进电机、T型杆、热风机、平衡负载、导风通道、主机护罩、第一导流管、第二导流管、第三导流管、第四导流管、第一量筒、第二量筒、第一量筒护罩、第二量筒护罩，第一称重护罩、第二称重护罩、第一负压泵、第二负压泵、第一称重传感器、第二称重传感器和微处理器构成；其中：

超声波传感器和平衡负载分别与T型杆的两个端杆固定连接，T型杆的底部与步进电机的转轴固定连接，步进电机位于步进电机护罩内部，步进电机固定连接在步进电机护罩的底板上；步进电机护罩的两个侧面与主机护罩的顶部固定连接；步进电机护罩的底板与主机护罩的顶部之间具有一间隙，供遮蔽罩自由移动；电动推杆的自由端与遮蔽罩固定连接，电动推杆的固定端与主机护罩的顶部固定连接；第一称重传感器和第二称重传感器分别置于第一称重护罩和第二称重护罩内部；热风机、微处理器、第一负压泵和第二负压泵置于主机护罩内部，导风通道与主机护罩固定连接，导风通道两端的第一出风口和第二出风口位于主机护罩外部；

第一负压泵的进水端与第一导流管的一端固定连接，第一负压泵的出水端与第三导流管的一端固定连接，用于抽干待工作的第一量筒内的液态降水物质，最终经由穿出主机护罩的第三导流管排出；

第一导流管的另一端穿过主机护罩的侧壁并放置在第一量筒底面的上方，第一量筒被套置在第一量筒护罩的中间位置；

第二负压泵的进水端与第二导流管的一端固定连接，第二负压泵的出水端与第四导流管的一端固定连接，用于抽干待工作的第二量筒内的液态降水物质，最终经由穿出主机护罩的第四导流管排出；

第二导流管的另一端穿过主机护罩的侧壁并放置在第二量筒底面的上方，第二量筒被套置在第二量筒护罩的中间位置；

所述超声波传感器分别移动到第一量筒或第二量筒的上方，用于获取第一量筒或第二量筒内的降水物质的厚度信息；

在第一称重传感器和第二称重传感器上分别放置第一量筒和第二量筒，用于获取第一量筒和第二量筒内的降水物质的质量信息；

所述微处理器包括处理单元和控制单元；

所述处理单元的数据接口通过数据线与超声波传感器的数据接口连接，接收并对降水物质的厚度信息进行处理，用于提取降水物质厚度数据信息；

所述处理单元的数据接口通过数据线与第一称重传感器和第二称重传感器的数据接口连接，接收并对降水物质的质量信息进行处理，用于提取降水物质的质量数据信息；

所述处理单元对降水物质的厚度信息和降水物质的质量信息进行计算，得到降水物质的密度数据以及降水强度数据，并根据事先建立的不同降水现象对应的降水物质密度模型和降水强度标准，对降水物质的密度数据和降水强度数据做综合判断得出降水天气现象类型数据；

所述控制单元的数据接口通过数据线与电动推杆的控制信号输入端连接，电动推杆接收控制单元输出启动电动推杆控制信号，用于控制电动推杆带动遮蔽罩滑向正在工作中的第二量筒或第一量筒的上方，同时将第一量筒或第二量筒露出；

所述控制单元的数据接口通过数据线与步进电机的转动控制信号输入端连接，步进电机接收控制单元输出的转动控制信号，用于控制步进电机带动T型杆将超声波传感器转至第一量筒或第二量筒的正上方；

所述控制单元的数据接口通过数据线与热风机的热风控制信号输入端连接，热风机接收控制单元输出的热风控制信号，用于控制热风机发出热风，使热风经由导风通道对被遮蔽的第二量筒或第一量筒内的降水物质进行加热，或者使热风吹干第二量筒或第一量筒内排水后剩余的小水滴；

所述控制单元的数据接口通过数据线分别与第一负压泵、第二负压泵的抽水控制信号输入端连接，第二负压泵或第一负压泵接收控制单元输出的抽水控制信号，用于控制第二负压泵或第一负压泵打开，将第二量筒内的液态降水物质经由第二导流管和第四导流管排出；或将第一量筒内的液态降水物质经由第一导流管和第三导流管排出；

显示单元、存贮单元分别与微处理器连接，显示并存储微处理器输出的降水物质的密度数据、降水强度数据以及降水天气现象类型数据。

为了达成所述目的，本发明第二方面是提供一种使用所述降水天气现象采集器的降水天气现象采集方法，包括步骤如下：

步骤S1：由微处理器的处理单元接收超声波传感器和第二称重传感器或第一称重传感器采集到的降水物质的厚度信息和质量信息；

步骤S2：微处理器的处理单元将步骤S1采集到的降水物质的厚度信息和质量信息进行计算，得出降水物质的密度数据以及降水强度数据，并根据事先建立的不同降水现象对应的降水物质密度模型和降水强度标准，对降水物质的密度数据以及降水强度数据做综合判断，得出降水天气现象类型数据，所述密度数据、降水强度数据和降水天气现象类型数据由存贮单元存贮和显示单元显示；所述降水天气现象类型数据包括：雨、阵雨、雪、阵雪、米雪、霰、冰粒、冰雹；所述雨为大雨、中雨、小雨，所述雪为大雪、中雪、小雪；

步骤S3：同时微处理器的处理单元对采集到的降水物质的厚度数据和质量数据进行判断，如果降水物质的厚度值小于系统设定值，或者降水物质的质量小于系统设定值，则重复步骤S1-S3；如果降水物质的厚度值大于或等于系统设定值，或者降水物质的质量大于或等于系统设定值，则执行步骤S4；

步骤S4：微处理器的控制单元控制启动电动推杆将遮蔽罩滑向正在工作中的第二量筒或第一量筒上方，同时将第一量筒或第二量筒露出，当遮蔽罩滑动停止时，遮蔽罩的内折角部分正好封闭导风通道的第一出风口或第二出风口；

步骤S5：在遮蔽罩滑动停止后，微处理器的控制单元启动热风机并发出热风，使热风经由导风通道的第二出风口或第一出风口吹入被遮蔽罩完全挡住的第二量筒或第一量筒，对其中的降水物质进行加热。再由微处理器的控制单元控制第二负压泵或第一负压泵打开，将第二量筒内的液态降水物质经由第二导流管和第四导流管排出；或将第一量筒内的液态降水物质经由第一导流管和第三导流管排出，余下的小水滴则再次由微处理器的控制单元控制热风机并发出热风，使热风经由导风通道对这些小水滴进行吹干；

步骤S6：在遮蔽罩滑动停止后，由微处理器的控制单元控制步进电机带动T型杆将超声波传感器转至第一量筒或第二量筒的正上方，继续观测，并重复步骤S1-步骤S6。

本发明的有益效果：

本发明有别于传统的五种方法，采用了一种新的思路，设计出一种新的装置，可实时、准确的识别雨、阵雨、雪、阵雪、霰、米雪、冰粒、冰雹等各种降水现象，其效果优于传统方法。

本发明根据所测降水物质的厚度与质量信息可对降水现象进行自动化识别，是一种全新的技术，采用上述结构后，其具有以下特点：

1、用超声波传感器和称重传感器采集降水天气现象，可以获得实时、连续的降水物质厚度与质量信息。

2、用两个量筒交替测量降水物质厚度，可以避免降水物质(如雪等)长时间堆叠造成其厚度测量偏小，使得实时的厚度测量数据更为准确。

3、带外翻沿边带的量筒配合量筒护罩，可以保证称重传感器准确响应量筒内任意粒径大小的降水物质(包括小于0.3mm的降水粒子)，提高了降水物质的质量测量精度，减少了误差。

4、成本低廉，材料易得，大大降低购置费用。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明室外部分的示意图。

图1a是电动推杆3及其自由端31与固定端32的局部放大图。

图2是本发明图1主机护罩10顶部以上部分的侧剖视示意图。

图3是本发明的原理框图。

图4为本发明的工作流程图。

主要元件标记说明：

超声波传感器1、        遮蔽罩2、

电动推杆3、            步进电机护罩4、

步进电机5、            T型杆6、

热风机7、              平衡负载8、

导风通道9、            主机护罩10、

第一导流管11、         第一量筒12、

第一量筒护罩13、       第一称重护罩14、

第一称重传感器15、     微处理器16、

第三导流管17、        第一负压泵18、

第四导流管19、        第二负压泵20、

第二称重传感器21、    第二称重护罩22、

第二量筒护罩23、      第二量筒24、

第二导流管25、        显示单元26、

存储单元27、          电动推杆自由端31、

电动推杆固定端32、    步进电机护罩侧面41、

步进电机护罩底板42、  间隙43、

T型杆端杆61、         T型杆底部62、

主机护罩顶部101       第一出风口91

第二出风口92。

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明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

请参见图1-图3所示，为本发明降水天气现象采集器，它由超声波传感器1、遮蔽罩2、电动推杆3、步进电机护罩4、步进电机5、T型杆6、热风机7、平衡负载8、导风通道9、主机护罩10、第一导流管11、第一量筒12、第一量筒护罩13，第一称重护罩14、第一称重传感器15、微处理器16、第三导流管17、第一负压泵18、第四导流管19、第二负压泵20、第二称重传感器21、第二称重护罩22、第二量筒护罩23、第二量筒24、第二导流管25构成；其中：

超声波传感器1和平衡负载8分别与T型杆6的两个端杆61固定连接，T型杆6的底部62与步进电机5的转轴固定连接，步进电机5位于步进电机护罩4内部，步进电机5固定连接在步进电机护罩4的底板42上；步进电机护罩4的两个侧面41与主机护罩10的顶部101固定连接；步进电机护罩4的底板42与主机护罩10的顶部101之间具有一间隙43，供遮蔽罩2自由移动；电动推杆3的自由端31与遮蔽罩2固定连接，电动推杆3的固定端32与主机护罩10的顶部101固定连接；第一称重传感器15和第二称重传感器21分别置于第一称重护罩14和第二称重护罩22内部；热风机7、微处理器16、第一负压泵18和第二负压泵20置于主机护罩10内部，导风通道9与主机护罩10固定连接，导风通道9两端的第一出风口91和第二出风口92位于主机护罩10外部。

第一负压泵18的进水端与第一导流管11的一端固定连接，第一负压泵18的出水端与第三导流管17的一端固定连接，用于抽干待工作的第一量筒12内的液态降水物质，最终经由穿出主机护罩10的第三导流管17排出；

第一导流管11的另一端穿过主机护罩10的侧壁并放置在第一量筒12底面的上方，第一量筒12被套置在第一量筒护罩13的中间位置；

第二负压泵20的进水端与第二导流管25的一端固定连接，第二负压泵20的出水端与第四导流管19的一端固定连接，用于抽干待工作的第二量筒24内的液态降水物质，最终经由穿出主机护罩10的第四导流管19排出；

第二导流管25的另一端穿过主机护罩10的侧壁并放置在第二量筒24底面的上方，第二量筒24被套置在第二量筒护罩23的中间位置；

所述超声波传感器1分别移动到第一量筒12或第二量筒24的上方，用于获取第一量筒12或第二量筒24内的降水物质的厚度信息；

在第一称重传感器15和第二称重传感器21上分别放置第一量筒12和第二量筒24，用于获取第一量筒12和第二量筒24内的降水物质的质量信息；

所述微处理器16包括处理单元和控制单元；

所述微处理器16的处理单元的数据接口通过数据线与超声波传感器1的数据接口连接，接收并对降水物质的厚度信息进行处理，用于提取降水物质厚度数据信息；

所述微处理器16的处理单元的数据接口通过数据线与第一称重传感器15和第二称重传感器21的数据接口连接，接收并对降水物质的质量数据进行处理，用于提取降水物质的质量数据信息；

所述微处理器16的处理单元对厚度信息和质量信息进行计算，得出降水物质的密度数据以及降水强度数据，并根据事先建立的不同降水现象对应的降水物质密度模型和降水强度标准，对降水物质的密度数据和降水强度数据做综合判断得出降水天气现象类型数据；

所述微处理器16的控制单元的数据接口通过数据线与电动推杆3的控制信号输入端连接，电动推杆3接收微处理器16的控制单元输出启动电动推杆控制信号，用于控制电动推杆3带动遮蔽罩2滑向正在工作中的第二量筒24或第一量筒12的上方，同时将第一量筒12或第二量筒24露出；

所述微处理器16的控制单元的数据接口通过数据线与步进电机5的转动控制信号输入端连接，步进电机5接收微处理器16的控制单元输出的转动控制信号，用于控制步进电机5带动T型杆6将超声波传感器1转至第一量筒12或第二量筒24的正上方；

所述微处理器16的控制单元的数据接口通过数据线与热风机7的热风控制信号输入端连接，热风机7接收微处理器16控制单元输出的热风控制信号，用于控制热风机7发出热风，使热风经由导风通道9对被遮蔽的第二量筒24或第一量筒12内的降水物质进行加热，或者使热风吹干第二量筒24或第一量筒12内排水后剩余的小水滴；

所述微处理器16的控制单元的数据接口通过数据线分别与第一负压泵18、第二负压泵20的抽水控制信号输入端连接，第二负压泵20或第一负压泵18接收微处理器16控制单元输出的抽水控制信号，用于控制第二负压泵20或第一负压泵18打开，将第二量筒24内的液态降水物质经由第二导流管25和第四导流管19排出；或将第一量筒12内的液态降水物质经由第一导流管11和第三导流管17排出；

显示单元26、存贮单元27分别与微处理器16连接，显示并存储微处理器16输出的降水物质的密度数据、降水强度数据以及降水天气现象类型数据。

本发明采用同时测量降水物质的厚度和质量的方法，进而得出单位时间内降水物质的密度和降水量，从而根据降水物质的密度以及降水强度(单位时间内的降水量)特征加以区分不同类型的降水天气现象。即，假设单位时间内测得的降水物质厚度为L(毫米)，已知的量筒底面积为S(平方毫米)，除去量筒质量后的降水物质的净质量为m(克)，则单位时间内该降水物质的密度ρ为：ρ＝m/(L*S)；降水强度I(毫米/单位时间)为：I＝m/(ρ₀*S)，ρ₀为固态降水经融化后的密度，为1克/立方厘米。最后由事先建立的不同降水现象对应的降水物质密度模型(若降水物质密度的单位为克/立方厘米，则雨的密度约为1，霰的密度约为0.6，米雪的密度约为0.4，冰粒的密度约为0.7，冰雹的密度约为0.8，雪密度约小于0.3)和降水强度标准(以国际较为通用的美国国家气象局对雨的判断标准为例，当降水强度小于等于2.5毫米/小时为小雨；降水强度介于2.6到7.6毫米/小时为中雨；降水强度大于等于7.7毫米/小时为大雨)，就可以实时准确的识别各类降水天气现象。需要说明的是，当一次降水事件(降雪或降雨)的起止时间小于一个定值，如1小时，则可以识别为阵性降水事件，即在降水事件中测得的降水物质的厚度L和质量m数据从零到一个稳定值的时间小于一个定值，如1小时；而降水强度数据则可以用来进一步细分降水天气现象类型，以国际较为通用的美国标准为例，若使用降水物质的厚度信息和质量信息计算后的密度数据为1克/立方厘米，降水强度数据为5毫米/小时，则降水天气现象将判别为雨(中雨)。对于降雨或降雪现象的细分，可根据各个国家或地区的规定在算法中事先设定好判断标准，以避免标准不同带来的误判。具体来说，假设本发明开始工作后遮蔽罩2初始状态如图1所示，以下结合本发明的原理框图图3以及工作流程图图4进行详细说明：

步骤S1：由微处理器16的处理单元接收超声波传感器1和第二称重传感器21或第一称重传感器15采集到的降水物质的厚度信息和质量信息；

步骤S2：微处理器16的处理单元将步骤S1采集到的降水物质的厚度信息和质量信息进行计算，得出降水物质的密度数据以及降水强度数据，并根据事先建立的不同降水现象对应的降水物质密度模型和降水强度标准对降水物质的密度数据以及降水强度数据做综合判断，得出降水天气现象类型数据(如，以国际较为通用的美国标准为例，若使用降水物质的厚度信息和质量信息计算后的密度数据为1克/立方厘米，降水强度数据为5毫米/小时，则降水天气现象将判别为雨(中雨))，这些数据由存贮单元27存贮和显示单元26显示；所述降水天气现象类型数据包括：雨(大雨、中雨、小雨)、阵雨、雪(大雪、中雪、小雪)、阵雪、米雪、霰、冰粒、冰雹。

步骤S3：微处理器16的处理单元对采集到的降水物质的厚度和质量数据进行判断，如果降水物质的厚度值小于系统设定值(如20毫米)，或者降水物质的质量小于系统设定值(如500克)，则重复步骤S1-S3；如果降水物质的厚度值大于或等于系统设定值，或者降水物质的质量大于或等于系统设定值，则执行步骤S4；

步骤S4：微处理器16的控制单元控制启动电动推杆3将遮蔽罩2滑向正在工作中的第二量筒24或第一量筒12上方，同时将第一量筒12或第二量筒24露出，当遮蔽罩2滑动停止时，遮蔽罩2的内折角部分正好封闭导风通道9的第一出风口91或第二出风口92；

步骤S5：在遮蔽罩2滑动停止后，微处理器16的控制单元启动热风机7并发出热风，使热风经由导风通道9的第二出风口92或第一出风口91吹入被遮蔽罩2完全挡住的第二量筒24或第一量筒12中，对其中的降水物质进行加热。再由微处理器16的控制单元控制第二负压泵20或第一负压泵18打开，将第二量筒24内的液态降水物质经由第二导流管25和第四导流管19排出；或将第一量筒12内的液态降水物质经由第一导流管11和第三导流管17排出，余下的小水滴则再次由微处理器16的控制单元控制热风机7并发出热风，使热风经由导风通道9对这些小水滴进行吹干，全过程不超过5分钟；

步骤S6：在遮蔽罩2滑动停止后，由微处理器16的控制单元控制步进电机5带动T型杆6将超声波传感器1转至第一量筒12或第二量筒24的正上方，开始继续观测，并重复步骤S1-步骤S6。

所述遮蔽罩2是普通玻璃或有机玻璃，所述遮蔽罩2两侧的内折角用于密闭导风通道9的出风口，用以防止热风吹入正在工作中的第一量筒12或第二量筒24，破坏实验环境。

所述电动推杆固定端32与主机护罩顶部101固定连接，电动推杆自由端31与遮蔽罩2固定连接。以图1为例，电动推杆自由端31的活动距离为正好使得遮蔽罩2能完全密闭导风通道9第二出风口92或第一出风口91，并完全遮蔽第一量筒12或第二量筒24。

所述步进电机5底部固定连接在步进电机护罩底板42上，步进电机5的转轴与T型杆底部62固定连接，步进电机5接收来自微处理器16的转动控制信号，用于将位于T型杆端杆61处的超声波传感器1转至第一量筒12或第二量筒24上方。

所述步进电机护罩4为两侧面较长的矩形框，步进电机护罩两个侧面41与主机护罩顶部101固定连接，步进电机护罩底板42与主机护罩顶部101之间的空隙43供遮蔽罩2滑动。

所述平衡负载8固定连接于T型杆端杆61一端，用于与超声波传感器进行重量平衡，增加T型杆6转动时的稳定性。

所述导风通道9由普通绝热材料制成，其中部与热风机7的出风口固定连接，导风通道9两端的第一出风口91和第二出风口92顶端的斜切面上装设有密封圈，当遮蔽罩2的内折角部分紧贴在这一斜切面上时，可以防止该风口吹出热风，影响测量环境。

所述热风机7的出风口与导风通道9的中部固定连接，用于将热风经由导风通道9吹入被遮蔽罩2完全遮挡中的第一量筒12或第二量筒24，以便于将第一量筒12或第二量筒24内的固态降水物质快速融化或吹干第一量筒12或第二量筒24内排不尽的水滴。

所述第一导流管11和第二导流管25为普通塑料管，它们的一端穿过主机护罩10的侧壁，分别伸入距第一量筒12和第二量筒24的底面约0.1mm-0.5mm处，本实施例是选用0.1mm，但不与第一量筒12和第二量筒24有任何接触，以避免影响称重精度。

所述第一负压泵18进水端与第一导流管11的一端固定连接，出水端与第三导流管17的一端固定连接，用于抽干待工作的第一量筒12内的液态降水物质，最终经由穿出主机护罩10的第三导流管17排出。

所述第一量筒12可以是口径为200mm，长150mm的不锈钢或铝制的圆筒，用于收集降水物质，其上端开口处带有一圈外翻沿边带，第一量筒12的底面置于第一称重传感器15的承重面上。

所述第一量筒护罩13为上下截面均为圆形的锥台，内部为中空结构，第一量筒护罩13的下底边固定放置在第一称重护罩14顶部，第一量筒护罩13的上底边位于第一量筒12的外翻沿边带内部，但不与第一量筒12有任何接触，这样可以使得第一称重传感器15能准确响应第一量筒12内的降水物质，避免了降水物质直接落在第一称重传感器15的承重面上而影响测量精度。

第一称重护罩14与第二称重护罩22为梯形封闭盒，所述梯形封闭盒的上底面具有一个圆形开口，此圆形开口的直径大于第一量筒和第二量筒的外径，第一称重护罩14与第二称重护罩22固定安装于主机护罩10的两侧，主机护罩10为矩形封闭盒，这三个护罩材料可以用普通硬塑料或不锈钢，用于防止降水、风沙等对微处理器16、热风机7、第一负压泵18、第二负压泵20、第一称重传感器15和第二称重传感器21的破坏。

所述微处理器16位于主机护罩10的内部，或位于主机护罩10外的建筑物内，微处理器16可采用arm7处理器。

所述第二负压泵20的进水端与第二导流管25的一端固定连接，出水端与第四导流管19的一端固定连接，用于抽干待工作的第二量筒24内的液态降水物质，最终经由穿出主机护罩10的第四导流管19排出。

所述第二量筒24可以是口径为200mm，长150mm的不锈钢或铝制的圆筒，用于收集降水物质，其上端开口处带有一圈外翻沿边带，第二量筒24的底面置于第二称重传感器21的承重面上。

所述第二量筒护罩23为上下截面均为圆形的锥台，内部为中空结构，第二量筒护罩23的下底边固定放置在第二称重护罩22顶部，第二量筒护罩23的上底边位于第二量筒24的外翻沿边带内部，但不与第二量筒24有任何接触，这样可以使得第二称重传感器21能准确响应第二量筒24内的降水物质，避免了降水物质直接落在第二称重传感器21的承重面上而影响测量精度。

以上所述，仅为本发明中的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可理解想到的变换或替换，都应涵盖在本发明的包含范围之内。

Claims (10)

1.一种降水天气现象采集器，其特征在于包括：超声波传感器、遮蔽罩、电动推杆、步进电机护罩、步进电机、T型杆、热风机、平衡负载、导风通道、主机护罩、第一导流管、第二导流管、第三导流管、第四导流管、第一量筒、第二量筒、第一量筒护罩、第二量筒护罩，第一称重护罩、第二称重护罩、第一负压泵、第二负压泵、第一称重传感器、第二称重传感器和微处理器构成；其中：

超声波传感器和平衡负载分别与T型杆的两个端杆固定连接，T型杆的底部与步进电机的转轴固定连接，步进电机位于步进电机护罩内部，步进电机固定连接在步进电机护罩的底板上；步进电机护罩的两个侧面与主机护罩的顶部固定连接；步进电机护罩的底板与主机护罩的顶部之间具有一间隙，供遮蔽罩自由移动；电动推杆的自由端与遮蔽罩固定连接，电动推杆的固定端与主机护罩的顶部固定连接；第一称重传感器和第二称重传感器分别置于第一称重护罩和第二称重护罩内部；热风机、微处理器、第一负压泵和第二负压泵置于主机护罩内部，导风通道与主机护罩固定连接，导风通道两端的第一出风口和第二出风口位于主机护罩外部；

第一负压泵的进水端与第一导流管的一端固定连接，第一负压泵的出水端与第三导流管的一端固定连接，用于抽干待工作的第一量筒内的液态降水物质，最终经由穿出主机护罩的第三导流管排出；

第一导流管的另一端穿过主机护罩的侧壁并放置在第一量筒底面的上方，第一量筒被套置在第一量筒护罩的中间位置；

第二负压泵的进水端与第二导流管的一端固定连接，第二负压泵的出水端与第四导流管的一端固定连接，用于抽干待工作的第二量筒内的液态降水物质，最终经由穿出主机护罩的第四导流管排出；

第二导流管的另一端穿过主机护罩的侧壁并放置在第二量筒底面的上方，第二量筒被套置在第二量筒护罩的中间位置；

所述超声波传感器分别移动到第一量筒或第二量筒的上方，用于获取第一量筒或第二量筒内的降水物质的厚度信息；

在第一称重传感器和第二称重传感器上分别放置第一量筒和第二量筒，用于获取第一量筒和第二量筒内的降水物质的质量信息；

所述微处理器包括处理单元和控制单元；

所述处理单元的数据接口通过数据线与超声波传感器的数据接口连接，接收并对降水物质的厚度信息进行处理，用于提取降水物质厚度数据信息；

所述处理单元的数据接口通过数据线与第一称重传感器和第二称重传感器的数据接口连接，接收并对降水物质的质量信息进行处理，用于提取降水物质的质量数据信息；

所述处理单元对降水物质的厚度信息和降水物质的质量信息进行计算，得到降水物质的密度数据以及降水强度数据，并根据事先建立的不同降水现象对应的降水物质密度模型和降水强度标准，对降水物质的密度数据和降水强度数据做综合判断得出降水天气现象类型数据；

所述控制单元的数据接口通过数据线与电动推杆的控制信号输入端连接，电动推杆接收控制单元输出启动电动推杆控制信号，用于控制电动推杆带动遮蔽罩滑向正在工作中的第二量筒或第一量筒的上方，同时将第一量筒或第二量筒露出；

所述控制单元的数据接口通过数据线与步进电机的转动控制信号输入端连接，步进电机接收控制单元输出的转动控制信号，用于控制步进电机带动T型杆将超声波传感器转至第一量筒或第二量筒的正上方；

所述控制单元的数据接口通过数据线与热风机的热风控制信号输入端连接，热风机接收控制单元输出的热风控制信号，用于控制热风机发出热风，使热风经由导风通道对被遮蔽的第二量筒或第一量筒内的降水物质进行加热，或者使热风吹干第二量筒或第一量筒内排水后剩余的小水滴；

所述控制单元的数据接口通过数据线分别与第一负压泵、第二负压泵的抽水控制信号输入端连接，第二负压泵或第一负压泵接收控制单元输出的抽水控制信号，用于控制第二负压泵或第一负压泵打开，将第二量筒内的液态降水物质经由第二导流管和第四导流管排出；或将第一量筒内的液态降水物质经由第一导流管和第三导流管排出；

显示单元、存贮单元分别与微处理器连接，显示并存储微处理器输出的降水物质的密度数据、降水强度数据以及降水天气现象类型数据。

2.如权利要求1所述降水天气现象采集器，其特征在于，所述微处理器位于主机护罩内或位于主机护罩外的建筑物内。

3.如权利要求1所述降水天气现象采集器，其特征在于，所述第一导流管和第二导流管为塑料管，其一端分别伸入距第一量筒和第二量筒的底面上方0.1mm-0.5mm处，但不与第一量筒和第二量筒接触。

4.如权利要求1所述降水天气现象采集器，其特征在于，所述第一量筒和第二量筒是不锈钢或铝制成的圆筒，用于收集降水物质，圆筒的上端开口处具有一圈外翻沿边带，第一量筒和第二量筒的底面分别置于第一称重传感器和第二称重传感器的承重面上。

5.如权利要求1所述降水天气现象采集器，其特征在于，所述第一量筒护罩和第二量筒护罩为上下截面均为圆形的锥台，内部中空结构，第一量筒护罩和第二量筒护罩的下底边分别固定放置在第一称重护罩和第二称重护罩的顶部，第一量筒护罩和第二量筒护罩的上底边位于第一量筒和第二量筒外翻沿边带的内部，但不与第一量筒和第二量筒接触，使得第一称重传感器和第二称重传感器准确响应第一量筒和第二量筒内的降水物质。

6.如权利要求1所述降水天气现象采集器，其特征在于，第一称重护罩和第二称重护罩为梯形封闭盒，所述梯形封闭盒的上底面具有一个圆形开口，此圆形开口的直径大于第一量筒和第二量筒的外径，用硬塑料或不锈钢制成，并固定安装于主机护罩的两侧壁上。

7.如权利要求1所述降水天气现象采集器，其特征在于，所述主机护罩为矩形封闭盒，用普通硬塑料或不锈钢制成。

8.如权利要求1所述降水天气现象采集器，其特征在于，所述遮蔽罩是普通玻璃或有机玻璃；在遮蔽罩两侧具有内折角，用于密闭导风通道的出风口，用以防止热风吹入正在工作中的第一量筒或第二量筒，破坏实验环境。

9.如权利要求1所述降水天气现象采集器，其特征在于，所述导风通道由普通绝热材料制成，其中部与热风机的出风口固定连接，导风通道两端分别设有第一出风口和第二出风口，第一出风口和第二出风口顶端的斜切面上装设有密封圈，当遮蔽罩的内折角紧贴在斜切面上时，用以防止该第一出风口或第二出风口吹出热风。

10.一种使用权利要求1所述降水天气现象采集器的降水天气现象采集方法，包括步骤如下：

步骤S1：由微处理器的处理单元接收超声波传感器和第二称重传感器或第一称重传感器采集到的降水物质的厚度信息和质量信息；

步骤S2：微处理器的处理单元将步骤S1采集到的降水物质的厚度信息和质量信息进行计算，得出降水物质的密度数据以及降水强度数据，并根据事先建立的不同降水现象对应的降水物质密度模型和降水强度标准，对降水物质的密度数据以及降水强度数据做综合判断，得出降水天气现象类型数据，所述密度数据、降水强度数据和降水天气现象类型数据由存贮单元存贮和显示单元显示；所述降水天气现象类型数据包括：雨、阵雨、雪、阵雪、米雪、霰、冰粒、冰雹；所述雨为大雨、中雨、小雨，所述雪为大雪、中雪、小雪；

步骤S3：同时微处理器的处理单元对采集到的降水物质的厚度数据和质量数据进行判断，如果降水物质的厚度值小于系统设定值，并且降水物质的质量小于系统设定值，则重复步骤S1-S3；如果降水物质的厚度值大于或等于系统设定值，或者降水物质的质量大于或等于系统设定值，则执行步骤S4；

步骤S4：微处理器的控制单元控制启动电动推杆将遮蔽罩滑向正在工作中的第二量筒或第一量筒上方，同时将第一量筒或第二量筒露出，当遮蔽罩滑动停止时，遮蔽罩的内折角部分正好封闭导风通道的第一出风口或第二出风口；

步骤S5：在遮蔽罩滑动停止后，微处理器的控制单元启动热风机并发出热风，使热风经由导风通道的第二出风口或第一出风口吹入被遮蔽罩完全挡住的第二量筒或第一量筒，对其中的降水物质进行加热；再由微处理器的控制单元控制第二负压泵或第一负压泵打开，将第二量筒内的液态降水物质经由第二导流管和第四导流管排出；或将第一量筒内的液态降水物质经由第一导流管和第三导流管排出，余下的小水滴则再次由微处理器的控制单元控制热风机并发出热风，使热风经由导风通道对这些小水滴进行吹干；

步骤S6：在遮蔽罩滑动停止后，由微处理器的控制单元控制步进电机带动T型杆将超声波传感器转至第一量筒或第二量筒的正上方，继续观测，并重复步骤S1-步骤S6。

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