CN106526711B - 雨雪露霜监测仪 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种雨雪露霜监测仪，其包括监测仪壳体，在监测仪壳体的上端设有雨雪感应器，在监测仪壳体内的下部设有露霜感应器以及温湿度传感器，雨雪感应器、温湿度传感器以及露霜感应器均与监测处理器电连接；监测处理器同时接收雨雪感应器传输的雨雪感应电容值、温湿度传感器检测的温湿度值以及露霜感应器传输的露霜感应电容值，并将所述雨雪感应电容值、温湿度值以及露霜感应电容值分别与预置的雨雪感应电容阈值、温湿度阈值以及露霜感应电容阈值比较，以根据比较结果判断当前是否有降雨、降雪、结露或结霜的天气现象发生。本发明能实时监测降雨、降雪、结露和结霜四种天气现象，并记录它们的开始、持续和结束时间，监测灵敏度高，使用方便。
Description
技术领域
本发明涉及一种监测仪，尤其是一种雨雪露霜监测仪，属于气象观测的技术领域。
背景技术
在气象观测领域，自动气象站已经被广泛使用。雨、雪、露、霜等天气现象对农业生产、交通运输以及人们的生活影响非常大，因此，准确而灵敏地监测雨、雪、露、霜天气现象并判断出它们开始、持续以及结束的时间非常重要。
目前，在气象观测领域，降水天气现象主要使用翻斗式雨量传感器或者称重式降水传感器测量，二者的最小分辨力均为0.1mm。在毛毛雨天气现象时，二者对毛毛雨的检测都会产生延迟情况；若毛毛雨的整个降雨过程的雨量小于0.1mm，则会产生漏报情况；另外，由于杂物及温度对这两种降水传感器的影响，容易产生误报情况。若将降水传感器与雨雪监测装置配合使用，则可以辅助实时监测到毛毛雨天气现象，还可以辅助判断降水传感器的误报信号。
目前，国内的雨雪监测装置的感应器件基本上采用PCB板上面制备裸露的金属电极的方式，使用电阻法测量原理方案，当雨滴滴在感应器件上时，接通正负金属电极，迅速降低金属电极之间的阻值，以达到监测降雨的目的。这种方案的缺点如下：
1、采用裸露的金属电极，耐候性很差，很容易出现金属腐蚀等老化现象；
2、高湿环境对电极间阻值有影响，对降雨开始容易误判；
3、降雨结束时无法及时响应，降雨结束时间判断会有很长时间的延迟；
4、表面容易产生积雪或者结冰，导致雨雪监测装置无法工作。
目前的结露监测装置大多采用单片露水监测元件来监测结露情况，单片结露监测元件对结露的监测有很大的局限性，其明显的缺点是高湿环境下无结露发生时，无法区分高湿和结露，会导致误报。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种雨雪露霜监测仪，其结构紧凑，能实时且全面地监测降雨、降雪、结露和结霜四种天气现象，并记录它们的开始、持续和结束时间，监测灵敏度高，使用方便，安全可靠。
按照本发明提供的技术方案，所述雨雪露霜监测仪，包括监测仪壳体，在所述监测仪壳体的上端设有雨雪感应器，在所述监测仪壳体内的下部设有露霜感应器以及用于温湿度检测的温湿度传感器，监测仪壳体的下部设置用于保证露霜感应器周围气体自由流动的气体流通孔，雨雪感应器、温湿度传感器以及露霜感应器均与监测处理器电连接；
监测处理器同时接收雨雪感应器传输的雨雪感应电容值、温湿度传感器检测的温湿度值以及露霜感应器传输的露霜感应电容值，并将所述雨雪感应电容值、温湿度值以及露霜感应电容值分别与预置的雨雪感应电容阈值、温湿度阈值以及露霜感应电容阈值比较，以根据比较结果判断当前的天气状态。
所述监测仪壳体包括监测底座以及位于所述监测底座正上方的上壳体，所述上壳体通过支撑柱支撑在监测底座上，监测底座、上壳体与支撑柱间形成气体流通孔，露霜感应器安装于监测底座上，温湿度传感器位于露霜感应器的正上方，且温湿度传感器与上壳体的底端连接。
所述上壳体的上端设有倾斜式表面，所述倾斜式表面的水平倾角为30°~60°，雨雪感应器安装于所述倾斜式表面上。
所述雨雪感应器包括雨雪感应器基板、位于所述雨雪感应器基板上面的雨雪感应电极以及用于对雨雪感应电极进行保护的雨雪感应电极保护层。
所述雨雪感应电极包括雨雪感应第一电极体以及雨雪感应第二电极体，雨雪感应第一电极体、雨雪感应第二电极体在雨雪感应器基板上呈叉指型分布。
在所述雨雪感应器基板的底面设有加热电极以及用于对加热电极进行保护的加热电极保护层。
所述露霜感应器包括露霜感应器基板、位于所述露霜感应器基板上面的露霜感应电极以及用于对露霜感应电极进行保护的露霜感应电极保护层。
所述露霜感应电极包括露霜感应第一电极体以及露霜感应第二电极体，露霜感应第一电极体、露霜感应第二电极体在露霜感应器基板上呈叉指型分布。
在所述雨雪感应器基板上还设有用于检测雨雪感应电极温度的雨雪感应电极温度传感器，所述雨雪感应电极温度传感器与监测处理器电连接。
在所述露霜感应器基板上还设有用于检测露霜感应电极温度的露霜感应电极温度传感器，所述露霜感应电极温度传感器与监测处理器电连接。
本发明的优点：同时具有雨雪感应器、温湿度传感器以及露霜感应器，雨雪感应器、温湿度传感器以及露霜感应器与监测处理器电连接，监测处理器将所述雨雪感应电容值、温湿度值以及露霜感应电容值分别与预置的雨雪感应电容阈值、温湿度阈值以及露霜感应电容阈值比较，以根据比较结果判断当前是否有降雨、降雪、结露或结霜的天气现象发生，从而能实现对降雨、降雪、结露和结霜四种天气现象监测的一体化；利用加热电极能对雨雪感应器进行加热，消除高湿环境的雨雪监测误报隐患，并能极大地缩短降水结束的延迟时间，提高了降雨和降雪的监测灵敏度，安全可靠。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
图2为本发明图1的侧视图。
图3为本发明雨雪感应器的结构示意图。
图4为本发明雨雪感应电极的结构示意图。
图5为本发明加热电极的分布示意图。
图6为本发明露霜感应器的结构示意图。
图7为本发明露霜感应电极的结构示意图。
附图标记说明：1-雨雪感应器、2-上壳体、3-支撑柱、4-温湿度传感器、5-监测底座、6-露霜感应器、7-露霜感应器安装座、8-雨雪感应器基板、9-雨雪感应电极保护层、10-雨雪感应电极、11-加热电极、12-加热电极保护层、13-雨雪感应第一电极体、14-雨雪感应第二电极体、15-加热体、16-露霜感应器基板、17-露霜感应电极保护层、18-露霜感应电极、19-露霜感应第一电极体、20-露霜感应第二电极体以及21-气体流通孔。
具体实施方式
下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。
为了能监测降雨、降雪、结露和结霜，本发明包括监测仪壳体，在所述监测仪壳体的上端设有雨雪感应器1，在所述监测仪壳体内的下部设有露霜感应器6以及用于温湿度检测的温湿度传感器4，监测仪壳体的下部设置用于保证露霜感应器6周围气体自由流动的气体流通孔21，雨雪感应器1、温湿度传感器4以及露霜感应器6均与监测处理器电连接；
监测处理器同时接收雨雪感应器1传输的雨雪感应电容值、温湿度传感器4检测的温湿度值以及露霜感应器6传输的露霜感应电容值，并将所述雨雪感应电容值、温湿度值以及露霜感应电容值分别与预置的雨雪感应电容阈值、温湿度阈值以及露霜感应电容阈值比较，以根据比较结果判断当前的天气状态。
具体地，雨雪感应器1位于监测仪壳体的上端，通过雨雪感应器1能直接与降落的雨滴或雪花直接接触，当雨滴或雪花位于雨雪感应器1时，雨雪感应器1的电容值产生变化。监测处理器内的雨雪感应电容阈值、温湿度阈值以及露霜感应电容阈值的具体大小可以根据实际测量的环境等需要进行设定，具体设定的过程为本技术领域人员所熟知，此处不再赘述。本发明实施例中，判断当前天气状态，具体是指根据比较结果判断当前是否有降雨、降雪、结露或结霜的天气现象发生。
本发明实施例中，还包括用于检测雨雪感应器1感应面温度的雨雪感应电极温度传感器以及用于检测露霜感应器6感应面温度的露霜感应电极温度传感器，雨雪感应电极温度传感器以及露霜感应电极温度传感器均与监测处理器电连接，即监测处理器能获取雨雪感应器1感应面的温度以及露霜感应器6感应面的温度。
本发明实施例中，监测处理器可以采用现有常用的微处理芯片实现，具体可以根据需要进行选择，此处不再赘述。针对监测处理器将雨雪感应电容值、温湿度值以及露霜感应电容值分别与预置的雨雪感应电容阈值、温湿度阈值以及露霜感应电容阈值比较，并判断当前降雨、降雪、结露或结霜四种天气现象的具体过程，下面给出一个具体的实施例，具体为：
当雨雪感应器1输出的电容值高于其表面干燥时电容值的110%（雨雪感应器1表面干燥时电容值的110%相当于雨雪感应电容阈值），且温湿度传感器4的温度输出高于0℃（0℃相当于温度阈值）时，判断为降雨开始；当雨雪感应器1输出的电容值低于其表面干燥时电容值的110%，且温湿度传感器4的温度输出值高于0℃时，判断为降雨结束；降雨开始和降雨结束的时间差即为降雨持续时间。当雨雪感应器1输出的电容值高于其表面干燥时电容值的110%，且温湿度传感器4的温度输出低于0℃时，判断为降雪开始；当雨雪感应器1输出的电容值低于其表面干燥时电容值的110%，且温湿度传感器4的温度输出值低于0℃时，判断为降雪结束；降雪开始和降雪结束的时间差即为降雪持续时间。
在对露霜监测时，根据温湿度传感器4的温湿度数据计算当前环境的露点温度，当露霜感应器6输出的电容值高于其表面干燥时电容值的110%（露霜感应器6表面干燥时电容值的110%为露霜感应电容阈值），且露霜感应器6的露霜感应电极温度传感器检测的温度等于或低于露点温度并高于0℃，且无降水时，判断为结露开始；当露霜感应器6输出的电容值低于其表面干燥时电容值的110%，且露霜感应器6的露霜感应电极温度传感器检测的温度高于露点温度并高于0℃时，判断为结露结束；结露开始和结露结束的时间差即为结露持续时间。当露霜感应器6输出的电容值高于其表面干燥时电容值的110%，且露霜感应器6的露霜感应电极温度传感器检测的温度等于或低于露点温度并低于0℃，且无降水时，判断为结霜开始；当露霜感应器6输出的电容值低于其表面干燥时电容值的110%，且露霜感应器6的露霜感应电极温度传感器检测的温度高于露点温度并低于0℃时，判断为结霜结束；结霜开始和结霜结束的时间差即为结霜持续时间。
如图1和图2所示，所述监测仪壳体包括监测底座5以及位于所述监测底座5正上方的上壳体2，所述上壳体2通过支撑柱3支撑在监测底座5上，监测底座5、上壳体2与支撑柱3间形成气体流通孔21，露霜感应器6安装于监测底座5上，温湿度传感器4位于露霜感应器6的正上方，且温湿度传感器4与上壳体2的底端连接。
本发明实施例中，所述上壳体2的上端设有倾斜式表面，所述的倾斜式表面的水平倾角在30°~60°之间，雨雪感应器1安装于所述倾斜式表面上。温湿度传感器4呈竖直分布，露霜感应器6通过露霜感应器底座7安装于监测底座5上，监测底座5呈平板状。
如图3、图4和图5所示，所述雨雪感应器1包括雨雪感应器基板8、位于所述雨雪感应器基板8上面的雨雪感应电极10以及用于对雨雪感应电极10进行保护的的雨雪感应电极保护层9。
本发明实施例中，所述雨雪感应电极10包括雨雪感应第一电极体13以及雨雪感应第二电极体14，雨雪感应第一电极体13、雨雪感应第二电极体14在雨雪感应器基板8上呈叉指型分布。雨雪感应器基板8可以为陶瓷基板或其他所需的基板形式，雨雪感应第一电极体13、雨雪感应第二电极体14呈叉指型分布，具体是指雨雪感应第一电极体13的主体部分与雨雪感应第二电极体14的主体部分间隔分布，且互不接触，雨雪感应第一电极体13、雨雪感应第二电极体14间形成叉指型电容器结构。
雨雪感应电极保护层9一般可采用耐候性好的材料，雨雪感应电极保护层9的厚度较薄，雨雪感应电极保护层9的厚度不会影响雨雪感应第一电极体13、雨雪感应第二电极体14间对雨、雪感应，即当有雨或雪时，雨雪感应电极保护层9不会影响雨雪感应第一电极体13、雨雪感应第二电极体14间电容值变化的灵敏度。利用雨雪感应电极保护层9能提高雨雪感应器1的耐候性。
在所述雨雪感应器基板8的底面设有加热电极11以及用于对加热电极11进行保护的加热电极保护层12。本发明实施例中，加热电极11包括加热体15以及用于与加热体15连接的连接电极，利用加热电极保护层12能对加热电极11进行保护。加热电极11工作时，能实现对雨雪感应器1的加热，加热电极11的工作状态受监测处理器控制。
具体实施时，在所述雨雪感应器基板8上还设置用于检测雨雪感应电极10温度的雨雪感应电极温度传感器，所述雨雪感应电极温度传感器与监测处理器电连接。所述雨雪感应电极温度传感器可以采用热敏电阻等形式，雨雪感应电极温度传感器位于雨雪感应器基板8的底面，用于实时感应雨雪感应电极10的温度值。
具体实施时，在无降水时，监测处理器根据温湿度传感器4的温度值以及雨雪感应电极温度传感器的温度值，控制加热电极11两端的加热电压，保持雨雪感应器1的温度高于0度且高于当前环境温度。利用加热电极11对雨雪感应器1加热的目的在于：在湿度较大时，防止高湿环境下，雨雪感应器1产生误报信号，还可以保证雪花落在雨雪感应器1上时可迅速融化，进而监测降雪开始；当有降水（降雨或降雪）发生时，雨雪感应器1的雨雪感应电极10的电容值增大，监测处理器根据温湿度传感器4的温度值、雨雪感应电极温度传感器以及雨雪感应器1的电容值，控制雨雪感应器1内加热电极11两端的加热电压，保证雨雪感应器1有较高的温度，快速蒸干雨雪感应器1上的水分。
如图6和图7所示，所述露霜感应器6包括露霜感应器基板16、位于所述露霜感应器基板16上的露霜感应电极18以及用于对露霜感应电极18进行保护的露霜感应电极保护层17。
本发明实施例中，所述露霜感应电极18包括露霜感应第一电极体19以及露霜感应第二电极体20，露霜感应第一电极体19、露霜感应第二电极体20在露霜感应器基板16上呈叉指型分布，以形成叉指型电容器结构。露霜感应第一电极体19、露霜感应第二电极体20间的具体配合形式，与雨雪感应第一电极体13、雨雪感应第二电极体14间的具体配合形式相同，具体可以参考上述说明，此处不再赘述。利用露霜感应电极保护层17能保证露霜感应器6良好的耐候性。
此外，在所述露霜感应器基板16上还设有用于检测露霜感应电极18温度的露霜感应电极温度传感器，所述露霜感应电极温度传感器与监测处理器电连接。露霜感应电极温度传感器可以采用热敏电阻等形式，以确定露霜感应电极19的温度值，即获得露霜感应器6表面的温度，露霜感应电极温度传感器一般位于露霜感应器基板16的底面。
本发明同时具有雨雪感应器1、温湿度传感器4以及露霜感应器6，雨雪感应器1、温湿度传感器4以及露霜感应器6与监测处理器电连接，监测处理器将所述雨雪感应电容值、温湿度值以及露霜感应电容值分别与预置的雨雪感应电容阈值、温湿度阈值以及露霜感应电容阈值比较，以根据比较结果判断当前是否有降雨、降雪、结露或结霜的天气现象发生，并记录它们开始、持续和结束时间，从而能实现对降雨、降雪、结露和结霜四种天气现象监测的一体化；利用加热电极11能对雨雪感应器1进行加热，消除高湿环境的雨雪监测误报隐患，并能极大地缩短降水结束的延迟时间，提高了降雨和降雪的监测灵敏度，安全可靠。
Claims (6)
1.一种雨雪露霜监测仪，包括监测仪壳体，在所述监测仪壳体的上端设有雨雪感应器（1），其特征是：在所述监测仪壳体内的下部设有露霜感应器（6）以及用于温湿度检测的温湿度传感器（4），监测仪壳体的下部设置用于保证露霜感应器（6）周围气体自由流动的气体流通孔（21），雨雪感应器（1）、温湿度传感器（4）以及露霜感应器（6）均与监测处理器电连接；
监测处理器同时接收雨雪感应器（1）传输的雨雪感应电容值、温湿度传感器（4）检测的温湿度值以及露霜感应器（6）传输的露霜感应电容值，并将所述雨雪感应电容值、温湿度值以及露霜感应电容值分别与预置的雨雪感应电容阈值、温湿度阈值以及露霜感应电容阈值比较，以根据比较结果判断当前的天气状态；
所述监测仪壳体包括监测底座（5）以及位于所述监测底座（5）正上方的上壳体（2），所述上壳体（2）通过支撑柱（3）支撑在监测底座（5）上，监测底座（5）、上壳体（2）与支撑柱（3）间形成气体流通孔（21），露霜感应器（6）安装于监测底座（5）上，温湿度传感器（4）位于露霜感应器（6）的正上方，且温湿度传感器（4）与上壳体（2）的底端连接；
所述雨雪感应器（1）包括雨雪感应器基板（8）、位于所述雨雪感应器基板（8）上面的雨雪感应电极（10）以及用于对雨雪感应电极（10）进行保护的雨雪感应电极保护层（9）；
所述雨雪感应电极（10）包括雨雪感应第一电极体（13）以及雨雪感应第二电极体（14），雨雪感应第一电极体（13）、雨雪感应第二电极体（14）在雨雪感应器基板（8）上呈叉指型分布；
在所述雨雪感应器基板（8）的底面设有加热电极（11）以及用于对加热电极（11）进行保护的加热电极保护层（12）。
2.根据权利要求1所述的雨雪露霜监测仪，其特征是：所述上壳体（2）的上端设有倾斜式表面，所述倾斜式表面的水平倾角为30°~60°，雨雪感应器（1）安装于所述倾斜式表面上。
3.根据权利要求1所述的雨雪露霜监测仪，其特征是：所述露霜感应器（6）包括露霜感应器基板（16）、位于所述露霜感应器基板（16）上面的露霜感应电极（18）以及用于对露霜感应电极（18）进行保护的露霜感应电极保护层（17）。
4.根据权利要求3所述的雨雪露霜监测仪，其特征是：所述露霜感应电极（18）包括露霜感应第一电极体（19）以及露霜感应第二电极体（20），露霜感应第一电极体（19）、露霜感应第二电极体（20）在露霜感应器基板（16）上呈叉指型分布。
5.根据权利要求1所述的雨雪露霜监测仪，其特征是：在所述雨雪感应器基板（8）上还设有用于检测雨雪感应电极（10）温度的雨雪感应电极温度传感器，所述雨雪感应电极温度传感器与监测处理器电连接。
6.根据权利要求3所述的雨雪露霜监测仪，其特征是：在所述露霜感应器基板（16）上还设有用于检测露霜感应电极（18）温度的露霜感应电极温度传感器，所述露霜感应电极温度传感器与监测处理器电连接。
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