CN1066731A - 光控式雨感器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种利用红外光电技术和雨滴对 光线的散射原理自动检测降雨信号的光控式雨感 器。其控制电路由红外发射电路1，红外接收电路2、 循环扫描电路3、前置放大电路4、选频放大电路5、 二级微分放大电路6、整形、放大输出电路7组成。 其工作原理是由发射电路的2TR₁给出放大信号驱 动红外发光管2D₂发射光信号，然后由八个接收管 3TR₁—3TR₈接收来自发射管发出的光信号，并以循 环扫描的方式工作，从而使感雨面积达20平方厘米 以上。

Description

本发明属于雨感器，特别是一种利用红外光电技术的光控式雨感器。

目前国内外已有技术中所采用的雨感器，是由印制版腐蚀成一对梳型电极而构成。当降雨发生时，雨滴将电极接通，产生降雨信号，当降雨停止后，靠其内设的加热器来蒸发电极表面的水份，直到干燥后才能给出停雨信号。因此它不但反应速度慢，且耗电量也大。另外由于其电极暴露在外面，其表面易集尘、易腐蚀，因此必须经常清洁表面才能保证正常工作。

本发明的目的是提供一种利用红外光电技术和雨滴对光线的散射原理来自动检测降雨信号的光控式雨感器。

本发明的技术方案是这样的;该雨感器由红外发射电路1、红外接收电路2、循环扫描电路3、前置放大电路4、选频放大电路5、二级微分放大电路6、整形放大输出电路7、外壳8、防风罩9组成。

其解决方案是：红外接收电路1由接在电路里的二极管2TR₁、2TR₂和接在2TR₂集电极的红外发射管2D₂组成。红外接收电路2由红外接收管3TR₁-3TR₈和集成块3IC₁、3IC₂组成的模拟开关电路组成;并在模拟开关电路的输入端接有3IC₃、3IC₄组成的循环扫描电路3。前置放大电路4由场效应管3TR₉组成，3TR₉通过3C₁₅与红外接收管3TR₈的发射极相连接。在前置放大电路4的输出端经电位器3RV₁接有一个高灵敏度集成电路3IC₅组成的选频放大电路5，二级微分放大电路6，由2级3IC₆组成，其输入端经3C₂₃、3R₉接选频放大电路6的输出端。在微放大电路6的输出端，经电容3C₂₆接3IC₇组成的整形、放大输出电路7。在雨感器外壳8的上方中心附设有一个碗形防风罩9，并在防风罩9的中心设有一个圆形雨水入口10。

本发明的优点在于采用了八个红外接收管作为其红外接收电路，并以循环扫描的方式工作，从而增大感应面积。因此它具感雨灵敏度高，性能稳定，反应速度快，抗干扰能力强，使用方便，省电、防尘等优点。

下面根据附图对本发明的实施例加以说明;

图1为本发明的电路原理图;

图2为本发明的结构示意图;

图3为本发明的电路方框图;

根据图1所示，其电路的工作原理是，输入电流经三端稳压集成块2IC₁稳压后，接入由三极管2TR₁、2TR₂和接在2TR₂集电极的红外发射管2D₂组成的红外发射电路。其红外光源是由2TR₁形成约40KHZ的正弦振荡信号，经三极管2TR₂放大后驱动红外发射管2D₂产生红外线光。红外接收电路2由红外接收管3TR₁-3TR₂组成，由这八个接收管接收来自红外发射管2D₂发射的光信号，然后由3IC₃、3IC₄组成的循环扫描电路3，控制由3IC₁、3IC₂组成的电子模拟开关电路进行工作，使其轮换接收光电信号，以增大感应面积而达到提高灵敏度的目的。在循环扫描电路里，由集成电路3IC₄构成一个分频器，并由2TR₂集电极产生40KHZ的正弦信号，输入到3IC₄的15脚，经3IC₄十倍分频后，再由3IC₄的11脚输出4KHZ的脉冲信号，送入由3IC₃构成的分配器的14脚。此时摸拟开关的导通时间为T＝l/f＝l/4KHZ＝0.25ms，其扫描周期＝8×T＝2ms，已超过了雨滴的降落速度，因此不会漏掉每一个降雨信号。图中接在3IC₄₁₆脚的电容3C₁₃和接在12脚的电阻3R₃起复位作用，使3IC₄分频器和3IC₃分配器同时处于零状态。接在15脚的3C₁₂是交连电容，连接发射电路的振荡信号，并作为时钟信号。

当测小雨时，由于小雨滴的直径仅为0.5mm，它对光电接收管的影响极其微弱，仅有几十uA的电流改变，因此必须降低电路系统的噪声才能测到正确的降雨信号。为此本发明采用了场效应管3TR₉作为前置放大器，并在其电路里接有由3L₁和3C₁₄构成的选频回路，将电路的干扰信号压缩，另外，适当选择3TR₉偏值回路里的3R₃、3R₄、3R₅的阻值，使其阻抗匹配而提高输入信号的信噪比。在前置放大器的输出端，经调幅电位器3Rv₁、藕合电容3C₁₆接高灵敏度红外接收专用集成电路3IC₅，3IC₅的输入端7脚经电容3C₁₆与调幅电位器3RV₁相连接，由接在3IC₅的3脚的3C₁₉和3L₂组成谐振回路。此时降雨信号经3IC₅选频放大后，使40KHZ的信号获得最大增益。由集成电路3IC₅组成的放大器具有选频和峰值检波等功能，它可将40KHZ以外的杂波信号滤掉，从而提高电路抗干扰能力。接在6脚的3R₆和3C₁₇起偏值作用，接在2脚的3C₁₈为积分电容。由接在4脚的3C₂₀和3R₇组成滤波网络。3IC₅的输出1脚经电阻3R₉、电容3C₂₃接有二级3IC₆，由3IC₆组成二级微分放大器，二级微分放大器可提高电路的抗干扰能力。由接在3IC₆₂脚和6脚的3R₉-3R₁₂、3C₂₃-3C₂₅改变微分放大电路的增益和带宽，使其能达到即使在小雨直径0.5mm的情况下，也能输出2VPP以上的电平信号。3IC₆的输出7脚经3C₂₆与3IC₇的2脚相连接。由3IC₇组成整形、放大输出电路。3IC₇的3脚为门限电压，电压的大小可由电位器3RV₂调整，当V₂＞V₃时，7脚输出高电平，表示有降雨信号发生，反之输出低电平。接在8脚与7的电阻3R₄为负载电阻，接在7脚的3C₂₈为交连电容。整个电路经3IC₇整形放大后输出给执行单元。

根据图2所示，本发明由外壳8、碗形防风罩9、雨水入口10、三角形感雨区11、发射单元12、接收单元13、雨水收集器14组成，其碗形防风罩9设在外壳8的上方中心位置，雨水入口10设在防风罩9的底部中心部位。其工作原理为：由红外发射单元的发射管发射红外光信号，再由接收单元里的八个光电管排成一字形，使它们构成在同一水平面上的等腰三角形，使雨水入口10与三角形感雨区11中心对应，即当有雨滴穿过光线构成的三角区时，此时由于雨滴的散射作用，使接收管中的电流不断改变，并处于不稳定状态，因此而得到降雨发生信号。当降雨停止时，接收管电流不改变，并且形成稳定电流给出降雨停止信号。

降雨过程：尤其对毛毛雨而言，雨滴的分布离散性很大，平均每平方厘米的面积不到一滴/每秒钟。因此要想雨感器反应灵敏，必须增大感雨面积。本发明在红外接收电路里采用了8个红外光电接收管，并以循环扫描的方式工作，使感雨面积达到20平方厘米以上。

本发明所设的防风罩具有多种功能，可遮挡太阳光线，防止直射接收器表面产生干扰，可防止风对雨的影响，使落下的雨滴保持垂降落，可防止沙粒进入收集口的机率，避免造成假信号。本发明的外型设计为流线形，方向性好，风阻小，不易积水，内壁及发射器和接收器外壳全部黑化处理，可防止杂光反射，避免造成干扰。

Claims (1)

1、一种光控式雨感器，由红外发射电路1、红外接收电路2、循环扫描电路3、前置放大电路4、选频放大电路5、二级微分放大电路6、整形放大输出电路7、雨感器外壳8、防风罩9组成，其特征是：

(1)红外发射电路1由接在电路里的三极管2TR1、2TR2和接在2TR2集电极的红外发射管2D2组成；

(2)红外接收电路2由3TR1--3TR8组成的红外接收管，以及由集成块3IC1、3IC2组成有模拟开关电路构成，并在摸拟开关电路的输入端，接有由3IC3、3IC4组成的循环扫描电路3；

(3)前置放大电路4由场效应管3TR9组成，3TR9通过3C15与红外接收管3TR8的发射极相连接。在前置放大电路的输出端经电位器3RV1，接有一个高灵敏度集成电路3IC5，由3IC5组成选频放大电路5；

(4)二级微分放大电路6，由二级3IC6组成，其输入端经3C23、3R9接选频放大电路3IC5的输出端，在微分放大电路6的输出端经电容3C26接3IC7组成的整形放大输出电路7；

(5)在外过8的上方中心附设有一个碗形防风罩9，并在防风罩9的中心设有一个圆形雨水入口10。

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