CN107356988A - 高灵敏度雨雪监测仪 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高灵敏度雨雪监测仪，其包括监测仪壳体以及雨雪感应器；雨雪感应器包括感应器壳体、感应电极、内加热电极以及感应温度传感器；感应温度传感器、感应电极、内加热电极均与于智能处理控制电路电连接，智能处理控制电路还与环境温度传感器电连接；智能处理控制电路内预设有雨雪感应电容阈值、感应温度判断阈值以及环境温度判断阈值，智能处理控制电路将采集的感应电极输出的电容值、感应温度传感器检测雨雪感应器的当前感应温度、环境温度传感器检测的当前环境温度分别与雨雪感应电容阈值、感应温度判断阈值以及环境温度判断阈值进行实时比较，根据比较结果判断当前的天气状态并控制内加热电极的加热功率。本发明的雨雪感应器采用弧形结构，可以有效监测降雨和降雪的开始时间、持续时间与结束时间，大大提高雨雪监测的灵敏度。

Description

高灵敏度雨雪监测仪

技术领域

本发明涉及一种监测仪，尤其是一种高灵敏度雨雪监测仪，属于雨雪监测仪的技术领域。

背景技术

在气象观测领域，降水是六种基本气象观测要素之一，在降水天气现象中，常见的雨和雪这两种降水天气现象对人们的生产生活影响较大，准确无误且灵敏地监测降雨和降雪并记录它们开始、持续以及结束的时间十分重要。

目前，在气象观测领域，主要使用称重式降水传感器来测量降水量和降水强度，使用翻斗式雨量传感器来测量降雨量和降雨强度。当降水量小于0.1mm时，由于他们的最小分辨力为0.1mm，二者都不能检测到降水，从而导致对降水检测的延迟甚至产生漏报情况；另外，由于传统的称重式降水传感器和翻斗式雨量传感器存在力学及机械运动部件，外界因素容易对其传感原件产生影响，会产生误报情况。将雨雪监测仪与其配合使用，可以有效解决以上提到的问题。

目前，国内类似的雨雪监测装置大多采用电阻法测量原理，采用PCB板上面制备裸露的金属电极的方式制作感应器件，降落在感应器件上的雨滴使得正负电极短路，从而达到检测降雨的目的。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）、无控温方案，无法消除高湿环境对电极间阻值的影响，对降雨开始容易误判；

3）、无控温方案，对降雨结束无法及时响应，降雨结束时间判断会有很长时间的延迟；

4）、无控温方案，当表面有积雪或者结冰时，装置会长期处于无法工作状态；

5）、感应器件采用平面且倾斜方案，在风速较大且感应器件背风的毛毛雨天气时，监测灵敏度大大降低，很容易产生漏报情况。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种高灵敏度雨雪监测仪，其结构紧凑，可以有效监测降雨和降雪的开始时间、持续时间与结束时间，大大提高雨雪监测的灵敏度，安全可靠。

按照本发明提供的技术方案，所述高灵敏度雨雪监测仪，包括监测仪壳体以及位于所述监测仪壳体顶端的雨雪感应器；所述雨雪感应器包括感应器壳体、设置于所述感应器壳体上的感应电极以及设置于所述感应器壳体内的感应温度传感器与内加热电极；所述内加热电极、感应温度传感器、感应电极均与位于监测仪壳体内的智能处理控制电路电连接，所述智能处理控制电路还与监测仪壳体内的环境温度传感器电连接；

智能处理控制电路能采集感应电极输出的电容值，感应温度传感器能检测所述雨雪感应器的当前感应温度，并将所检测的雨雪感应器的当前感应温度传输至智能处理控制电路，环境温度传感器能检测所述监测仪壳体所在环境的当前环境温度，并将所检测的当前环境温度传输至智能处理控制电路内；

智能处理控制电路内预设有雨雪感应电容阈值、感应温度判断阈值以及环境温度判断阈值，智能处理控制电路将采集的感应电极输出的电容值、感应温度传感器检测雨雪感应器的当前感应温度、环境温度传感器检测的当前环境温度分别与雨雪感应电容阈值、感应温度判断阈值以及环境温度判断阈值进行实时比较，根据比较结果判断当前的天气状态并控制内加热电极的加热功率。

所述感应器壳体的纵切面呈弧形，感应电极包括若干在感应器壳体上呈圆环状分布的金属电极体，所述金属电极体与感应器壳体呈同轴分布，且在感应器壳体上设置覆盖金属电极体的外防护层。

在所述感应器壳体的内壁上设有内防护层，感应温度传感器贴装在感应器壳体的内防护层上。

在所述感应器壳体内表面设置覆盖内加热电极的内防护层；

当智能处理控制电路判断当前的天气状态为非降雨时，智能处理控制电路能驱动内加热电极处于加热状态，以使得感应温度传感器检测的当前感应温度大于0℃且高于环境温度传感器检测的当前环境温度；

当智能处理控制电路判断当前的天气状态为有降雨或降雪时，智能处理控制电路驱动内加热电极处于加热状态，以能快速蒸干感应器壳体上的水份。

所述监测仪壳体包括底座以及支撑于所述底座上的防护罩，智能处理控制电路以及环境温度传感器均位于防护罩内。

所述防护罩的外壁上设有若干环形镂空通风凹槽。

本发明的优点：雨雪感应器位于监测仪壳体的顶端，雨雪感应器的感应器壳体呈半球状或弧形，在风速较大且雨量较小时，被风吹偏的各个方向上的降水可以更多地降落在雨雪感应器上，从而大大提高雨雪监测仪的灵敏度；利用外防护层能对感应电极进行保护，使得感应电极的耐候性比裸露电极感应器件好得多；采用内加热电极能对雨雪感应器进行控温，消除高湿环境的雨雪监测误报隐患，并极大地缩短了降水结束的延迟时间，结构紧凑，可以有效监测降雨和降雪的开始时间、持续时间与结束时间，大大提高雨雪监测的灵敏度，安全可靠。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明监测仪壳体内的剖视图。

图3为本发明感应器壳体的结构示意图。

图4为图3的俯视图。

图5为本发明图3的纵切面视图。

附图标记说明：1-雨雪感应器、2-防护罩、3-底座、4-环境温度传感器、5-通风凹槽、6-智能处理控制电路、7-分析处理模块、8-控温模块、9-感应器壳体、10-感应电极、11-外防护层、12-感应温度传感器、13-内加热电极以及14-内防护层。

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。

如图1、图2、图3、图4和图5所示：为了能有效判断天气状态，提高监测的灵敏度，本发明包括监测仪壳体以及位于所述监测仪壳体顶端的雨雪感应器1；所述雨雪感应器1包括感应器壳体9、设置于所述感应器壳体9上的感应电极10以及设置于所述感应器壳体9内的感应温度传感器12和内加热电极13；所述内加热电极13、感应温度传感器12、感应电极10均与位于感应器壳体9内的智能处理控制电路6电连接，所述智能处理控制电路6还与感应器壳体9内的环境温度传感器4电连接；

智能处理控制电路6能采集感应电极10输出的电容值，感应温度传感器12能检测所述雨雪感应器1的当前感应温度，并将所检测的雨雪感应器1的当前感应温度传输至智能处理控制电路6，环境温度传感器4能将所述监测仪壳体所在环境的当前环境温度，并将所检测的当前环境温度传输至智能处理控制电路6内；

智能处理控制电路6内预设有雨雪感应电容阈值、感应温度判断阈值以及环境温度判断阈值，智能处理控制电路6将采集的感应电极10输出的电容值、感应温度传感器12检测雨雪感应器1的当前感应温度、环境温度传感器4检测的当前环境温度分别与雨雪感应电容阈值、感应温度判断阈值以及环境温度判断阈值进行实时比较，根据比较结果判断当前的天气状态并控制内加热电极13的加热功率。

具体地，感应器壳体9位于监测仪壳体的顶端，感应电极10设置于感应器壳体9上，当雨、雪落在感应器壳体9上时，感应电极10的电容值发生变化，感应温度传感器12在感应器壳体9内，能检测雨雪感应器1的当前感应温度，利用环境温度传感器4能检测整个监测仪所在环境的当前环境温度。

智能处理控制电路6同时采集感应电极10输出的电容值、感应温度传感器12检测雨雪感应器1的当前感应温度以及环境温度传感器4检测的当前环境温度，并根据与雨雪感应电容阈值、感应温度判断阈值以及环境温度判断阈值进行实时比较，以判断当前的天气状态，天气的天气状态一般为降雨状态、非降雨状态或降雪状态等，雨雪感应电容阈值、感应温度判断阈值以及环境温度判断阈值的具体大小与监测仪具体的监测环境相关，阈值的具体设置过程为本技术领域人员所熟知，以能有效判断当前的天气状态为准，此处不再赘述。智能处理控制电路6可以采用常用的微处理芯片，如单片机等，具体可以根据需要进行选择，此处不再赘述。

下面给出一个具体的天气状态的判断过程：当感应电极10输出的电容值高于所述感应电极10的表面干燥时电容值的105%，且环境温度传感器4检测的当前环境温度高于0℃时，智能处理控制电路6则判断为降雨开始；当感应电极10输出的电容值低于所述感应电极10表面干燥时电容值的105%，且感应温度传感器12检测的当前感应温度输出值高于0℃时，智能处理控制电路6则判断为降雨结束；降雨开始和降雨结束的时间差即为降雨持续时间。当感应电极10输出的电容值高于所述感应电极10表面干燥时电容值的105%，且感应温度传感器12检测的当前感应温度输出低于0℃时，智能处理控制电路6则判断为降雪开始；当感应电极10输出的电容值低于所述感应电极10表面干燥时电容值的105%，且感应温度传感器12检测的当前感应温度输出值低于0℃时，智能处理控制电路6则判断为降雪结束；降雪开始和降雪结束的时间差即为降雪持续时间。

所述感应器壳体9的纵切面呈弧形，感应电极10包括若干在感应器壳体9上呈圆环状分布的金属电极体，所述金属电极体与感应器壳体9呈同轴分布，且在感应器壳体9上设置覆盖金属电极体的外防护层11。

本发明实施例中，感应器壳体9可以呈半球状，即感应器壳体9整体呈弧形，从而在风速较大且雨量较小时，被风吹偏的各个方向上的降水可以更多的降落在雨雪感应器1上，从而大大提高雨雪监测的灵敏度。

感应电极10采用金属电极体，由于感应器壳体9呈弧形或半球状，因此，金属电极体在感应器壳体9上呈环形分布，在感应器壳体9的俯视图上，多个金属电极体间的呈同心圆分布，金属电极体与感应器壳体9也呈同心分布，图3和图4中，示出了感应器壳体9上设置三个金属电极体的情况。通过感应器壳体9上的金属电极体能形成电容结构，当水滴或雪花落在感应器壳体9上时，水滴或雪花能改变雨雪感应器1表面空气的介电系数，从而改变金属电极体之间的电容值，雨雪感应器1输出电容值，从而能利用感应电极10输出电容值的变化来监测降水。具体实施时，外防护层11覆盖在感应器壳体9的外壁上，即覆盖在金属电极体上，利用外防护层11能极大地提高了降水监测的灵敏性，并且使得金属电极体具有极好的耐候性。外防护层采用非晶玻璃态无机涂层，有较好的稳定性及耐候性，可以保证感应电极长期稳定性。

在所述感应器壳体9的内壁上设有内防护层14，感应温度传感器12贴装在感应器壳体9的内防护层14上。

本发明实施例中，内防护层14覆盖感应器壳体9的内壁，感应温度传感器12通过贴装在内防护层14上设置在感应器壳体9内，感应温度传感器12可以与感应器壳体9呈同轴分布，利用感应器温度传感器12能检测雨雪感应器1的当前感应温度，即感应器壳体9的当前温度。内防护层14采用非晶玻璃态无机涂层，保护内加热电极，防止内加热电极13的氧化失效。

进一步地，在所述感应器壳体9内表面设置覆盖内加热电极13的内防护层14；

当智能处理控制电路6判断当前的天气状态为非降雨时，智能处理控制电路6能驱动内加热电极13处于加热状态，以使得感应温度传感器12检测的当前感应温度大于0℃且高于环境温度传感器4检测的当前环境温度；

当智能处理控制电路6判断当前的天气状态为有降雨或降雪时，智能处理控制电路6驱动内加热电极13处于加热状态，以能快速蒸干感应器壳体9上的水份。

本发明实施例中，内加热电极13位于感应器壳体9的内表面上，其表面覆盖有内防护层14，利用内加热电极13能实现感应器壳体9的加热。当处理控制电路6判断当前无降水且湿度较大时，为了防止高湿环境对雨雪感应器1影响而产生误报信号，处理控制电路6利用内加热电极13进行加热，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的感应电极10的电容值增大，智能处理控制器6根据当前环境温度值、当前感应温度以及感应电极10输出的电容值，控制内加热电极13两端的加热电压，利用内加热电极13加热后，保证雨雪感应器1有较高的温度，快速蒸干雨雪感应器件上的水分。

具体实施时，当在感应器壳体9内设置内加热电极13时，为了能方便实现天气状态的判断与加热控制，智能处理控制电路6包括分析处理模块7以及控温模块8，利用分析处理模块7判断当前的天气状态，利用控温模块8实现内加热电极13加热状态的驱动与控制。分析处理模块7、控温模块8可以采用当前常用的形式，只要能实现上述工作过程即可，此处不再赘述。

所述监测仪壳体包括底座3以及支撑于所述底座3上的防护罩2，智能处理控制电路6以及环境温度传感器4均位于防护罩2内。防护罩2是多组圆环镂空形式，形成类似百叶窗的通风结构。

本发明实施例中，防护罩2呈桶状，雨雪感应器1设置于防护罩2的顶端，防护罩2支撑于底座3上，所述防护罩2的外壁上设有若干环形镂空通风凹槽5，利用环形镂空通风凹槽5构成台阶，以在防护罩2外壁上形成若干层状的通风结构。

本发明雨雪感应器1监测仪壳体的顶端，雨雪感应器1的感应器壳体9呈半球状或弧形，在风速较大且雨量较小时，被风吹偏的各个方向上的降水可以更多地降落在雨雪感应器1上，从而大大提高雨雪监测仪的灵敏度；利用外防护层11能对感应电极10进行保护，使得感应电极10的耐候性比裸露电极感应器件好得多；采用内加热电极13能对雨雪感应器1进行控温，消除高湿环境的雨雪监测误报隐患，并极大地缩短了降水结束的延迟时间，结构紧凑，可以有效监测降雨和降雪的开始时间、持续时间与结束时间，大大提高雨雪监测的灵敏度，安全可靠。

Claims (6)

1.一种高灵敏度雨雪监测仪，其特征是：包括监测仪壳体以及位于所述监测仪壳体顶端的雨雪感应器（1）；所述雨雪感应器（1）包括感应器壳体（9）、设置于所述感应器壳体（9）上的感应电极（10）以及设置于所述感应器壳体（9）内的感应温度传感器（12）与内加热电极（13）；所述内加热电极（13）、感应温度传感器（12）、感应电极（10）均与位于监测仪壳体内的智能处理控制电路（6）电连接，所述智能处理控制电路（6）还与监测仪壳体内的环境温度传感器（4）电连接；

智能处理控制电路（6）能采集感应电极（10）输出的电容值，感应温度传感器（12）能检测所述雨雪感应器（1）的当前感应温度，并将所检测的雨雪感应器（1）的当前感应温度传输至智能处理控制电路（6），环境温度传感器（4）能检测所述监测仪壳体所在环境的当前环境温度，并将所检测的当前环境温度传输至智能处理控制电路（6）内；

智能处理控制电路（6）内预设有雨雪感应电容阈值、感应温度判断阈值以及环境温度判断阈值，智能处理控制电路（6）将采集的感应电极（10）输出的电容值、感应温度传感器（12）检测雨雪感应器（1）的当前感应温度、环境温度传感器（4）检测的当前环境温度分别与雨雪感应电容阈值、感应温度判断阈值以及环境温度判断阈值进行实时比较，根据比较结果判断当前的天气状态并控制内加热电极（13）的加热功率。

2.根据权利要求1所述的高灵敏度雨雪监测仪，其特征是：所述感应器壳体（9）的纵切面呈弧形，感应电极（10）包括若干在感应器壳体（9）上呈圆环状分布的金属电极体，所述金属电极体与感应器壳体（9）呈同轴分布，且在感应器壳体（9）上设置覆盖金属电极体的外防护层（11）。

3.根据权利要求1或2所述的高灵敏度雨雪监测仪，其特征是：在所述感应器壳体（9）的内壁上设有内防护层（14），感应温度传感器（12）贴装在感应器壳体（9）的内防护层（14）上。

4.根据权利要求1或2所述的高灵敏度雨雪监测仪，其特征是：在所述感应器壳体（9）内表面设置覆盖内加热电极（13）的内防护层（14）；

当智能处理控制电路（6）判断当前的天气状态为非降雨时，智能处理控制电路（6）能驱动内加热电极（13）处于加热状态，以使得感应温度传感器（12）检测的当前感应温度大于0℃且高于环境温度传感器（4）检测的当前环境温度；

当智能处理控制电路（6）判断当前的天气状态为有降雨或降雪时，智能处理控制电路（6）驱动内加热电极（13）处于加热状态，以能快速蒸干感应器壳体（9）上的水份。

5.根据权利要求1所述的高灵敏度雨雪监测仪，其特征是：所述监测仪壳体包括底座（3）以及支撑于所述底座（3）上的防护罩（2），智能处理控制电路（6）以及环境温度传感器（4）均位于防护罩（2）内。

6.根据权利要求1所述的高灵敏度雨雪监测仪，其特征是：所述防护罩（2）的外壁上设有若干环形镂空通风凹槽（5）。