CN107589477B - 一种雨量传感器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种实时测量各种强度降雨的传感器式雨量传感器，包括基板，传感器支持模块，传感器模块，其设置于所述传感器支撑模块上，数据收集处理模块，所述数据收集模块电连接于传感器模块，用于收集处理传感器模块收集到的雨量信息并进行处理，传感器支持模块为柔性支撑机构，可以保证传感器模块及时与正对雨滴落下方向成竖直角度。本发明体型小，简单便捷，结构设计能保证准确、及时测量各种强度降雨和降雨数据记录的完整性和连续性，直观反映实时降雨和雨量变化趋势。

Description

一种雨量传感器

技术领域

本发明属于气象设备领域，涉及一种雨量传感器，尤其涉及一种能高精度测量各种强度降雨，并能准确、实时反映降雨量变化的传感器式雨量传感器。

背景技术

雨量测量目前总的分为人工测量和传感器测量，传感器测量包括虹吸式、翻斗式、超声波式、称重式等多种类型的雨量传感器。人工测量只能测量某一段时间的降水总量，不能确定降水起止时间和降水强度，而且劳动强度大，工作不方便。公知的虹吸式雨量传感器因其构造原理、性能上的缺点与不足之处很明显：存在机械钟计时误差较大，虹吸过程中的降雨量不能反映在记录线上，每天必须进行维护，无法实现无人观测等不足，而且虹吸式雨量传感器在雨量达到一定时要进行排空存水，在排空时降水也会造成误差，影响测量精度。但专利200710022618.8公布了电子虹吸式雨量传感器，以强制虹吸排水过程克服了虹吸式雨量传感器的漏记虹吸期间降水量的问题。

国内外已经投入使用的固态存储雨量传感器大部分是由翻斗式传感器与固态数据采集记录装置---固态存储记录仪(以下简称记录仪)连接组成。翻斗式雨量传感器有两种形式-双翻斗式和单翻斗式。而翻斗式雨量传感器在观测降雨强度很大的暴雨时翻斗出现无法翻动的现象，从而导致测量结果明显偏小；专利201210348945.3公布了有双向配重槽的翻斗式雨量传感器，当雨强增大时，双向配重槽机构能随雨强变化自动地调减称量斗的容量，用以抵消甚至完全消除翻斗翻转水损失，提高仪器计量准确度；超声波雨量传感器由于超声波传播速度受介质的密度、浓度、温度、压力等因素的影响，其测量精度较低；称重式雨量传感器无法确定降雨的准确时间，专利200920164975.2公布了双筒称重式雨量传感器，能不断的、实时采集暴雨的雨量值。

现有固态存储雨量传感器存在着明显的缺陷和不足，主要是传感技术落后于信息处理技术。现有翻斗式雨量传感器结构简单、无功耗的突出优点使其得到广泛推广使用，但该传感器自身固有的缺陷和不足之处十分明显和突出，如：测量精度差、测量误差随雨强变化剧烈、受外界随机因素影响大、仪器安装调整烦琐，使用中规范检定困难，由于存在可动结构需要经常清理和维护等等。

在其他的方面各种新型的雨量传感器得到了大量的应用，如用于化工业，建筑和车辆上的雨量传感器。在雨量传感器中常用的测量原理有(1)重量；(2)光学变化；(3)电容；(4)电阻。

比较典型的是自动控制汽车刮水系统的雨量传感器。该雨量传感器检测雨量的方法主要有电容式、红外散射式。正常天气情况下，目前的电容式雨量传感器有一固定的电容值，当有雨下到电容的栅极之间时，改变了电容的介电常数从而改变电容值，以此判断雨量的大小。红外散射式是目前产品化雨量传感器的主要工作方式，传感器自身发出的红外光线透过玻璃入射到玻璃外表面，当有雨时，雨滴对光产生散射，从玻璃射回传感器接收端的光线变弱，从而判断是否下雨、雨量大小。但光学信号容易收到干扰，测量精度不够准确。

专利200910025825.8采用电容传感器测试雨量精度较高，将雨水冲击力转换成压敏电容信号，测量灵敏，实时性好。但上述方式也存在明显不足，由于雨水下落时并不是严格按照垂直方向下落，对传感器的冲击力因为雨滴下落角度的关系会发生明显变化，从而导致测量结果失真。影响对于雨量测量的准确性。

综上所述，目前各种雨量传感器存在确定降雨起止时间或是测量精度、准确度等方面的缺陷，或直观的反映实时降雨和雨量变化方面的不足。

发明内容

本发明是为了解决如前所述现有技术的问题而提出的，其目的在于提供一种准确性好、实时性强的雨量传感器。其测量精度高、测量误差随雨强变化小、受外界随机因素影响小、仪器安装调整方便等等。

为了达到前述的目的，本发明的构成如下。

一种雨量传感器，包括基板，传感器支持模块，传感器模块，其设置于所述传感器支撑模块上，数据收集处理模块，所述数据收集模块电连接于传感器模块，用于收集处理传感器模块收集到的雨量信息并进行处理，其特征在于：所述传感器支持模块为柔性支撑机构，可以保证传感器模块及时与正对雨滴落下方向成竖直角度。这种柔性支撑机构可以保证在有风的情况下，雨滴对于传感器冲击方向基本为竖直方向，从而在保证传感器单元对雨量测量及时性的基础上，提升了对雨量测量的精度。

优选的，所述传感器模块的传感器单元为电阻应变片压力传感器、半导体应变片压力传感器、压阻式压力传感器、电感式压力传感器、电容式压力传感器、谐振式压力传感器、电容式加速度传感器，光纤压力传感器的一种或几种。

优选的，所述传感器支撑模块由支柱和柔性线状体组成，其中柔性线状体连接传感器单元和支柱。

优选的，所述柔性线状体为一根或两根。

优选的，所述传感器支撑模块为支柱，其中支柱柔性支撑传感器单元。柔性线状体连接或柔性支撑的方式以方便传感器单元转动为原则，其材料可以选择硅胶等弹性材料。

优选的，所述柔性线状体连接于传感器单元两对边且所述柔性线状体成平角布置。

优选的，所述柔性线状体连接于传感器单元对角线方向且所述柔性线状体成平角布置。

以上技术特征是从传感器转动惯量的角度考虑。

在测量/计算雨量值的过程中，需要根据不同的连接或支撑方式以及不同的材料进行校准以保证测量结果的准确。

优选的，可以包括多个配对的传感器模块和传感器支撑模块，多个传感器模块和传感器支撑模块在一个平面的基板内呈一定角度的方式布置。

优选的，三个传感器模块和传感器支撑模块呈正三角形方向布置、四个传感器模块和传感器支撑模块呈正四边形方向布置、五个传感器模块和传感器支撑模块呈正五边形方向布置、六个传感器模块和传感器支撑模块呈正六边形方向布置、七个传感器模块和传感器支撑模块呈正七边形方向布置、八个传感器模块和传感器支撑模块呈正八边形方向布置，以此类推。

优选的，可以包括多个配对的传感器模块和传感器支撑模块，多个传感器模块和传感器支撑模块在多个互成一定角度的基板上布置。

上述布置方法可以在柔性支撑的基础上进一步消除风向对于雨量测量的影响。

还包括一种上述雨量传感器的测量雨量方法：

(1)校准传感器模块，消除传感器支撑模块柔性连接对于测量结果的影响；

(2)收集测量信号并进行处理计算，当传感器模块为三个及以上时，按照测得雨量比值分配权重，测得瞬时雨量最大的给予最大权重，瞬时雨量最小的给予最小权重；

(3)根据传感器个数及权重数计算得到瞬时雨量结果。

在测量/计算雨量值的过程中，需要根据不同的连接或支撑方式以及不同的材料进行校准以保证测量结果的准确。同时对于各个传感器单元测量结果的权重分配也不限于比例分配法，还可以采用最小二乘法等其他现有数据处理方法。

本发明体型小，简单便捷，其柔性支撑的结构设计以及传感器单元的布置方式能保证雨量传感器准确、及时测量各种强度降雨和降雨数据记录的完整性和连续性，直观反映实时降雨和雨量变化趋势。测量方法可以进一步提升测量的准确性。

附图说明

图1是本发明雨量传感器结构示意正视图。

图2是本发明雨量传感器结构示意俯视图。

图3是本发明雨量传感器传感器单元的布置方式示意图。

具体实施方式

以下，参照附图具体说明本发明实施例之雨量传感器的构成及其测量方法等。

如图1-2所示，本发明为一种雨量传感器，包括基板5，传感器支持模块，传感器支持模块由由支柱4和柔性线状体2组成，还包括，传感器模块，其设置于所述传感器支撑模块上，其中柔性线状体2连接传感器单元3和支柱4，数据收集处理模块，所述数据收集模块电连接于传感器模块，用于收集处理传感器模块收集到的雨量信息并进行处理，所述传感器支持模块为柔性支撑机构，可以保证传感器模块及时与正对雨滴落下方向成竖直角度。这种柔性支撑机构可以保证在有风的情况下，雨滴对于传感器冲击方向基本为竖直方向，从而在保证传感器单元对雨量测量及时性的基础上，提升了对雨量测量的精度。

对于上述传感器模块的传感器单元3可以设置为电阻应变片压力传感器、半导体应变片压力传感器、压阻式压力传感器、电感式压力传感器、电容式压力传感器、谐振式压力传感器、电容式加速度传感器，光纤压力传感器的一种或几种，这种传感器的选择可以从成本/测量精度/使用地域环境的角度综合考虑。

在一组最优实施例中，所述柔性线状体(2)为一根或两根，其连接方式以方便传感器单元转动为原则，一般来说其在连接边的连接点与非连接边的垂直距离不能小于连接边长度的六分之一，在该范围之上可以保证其传感器单元转动效果好，保障雨量测量结果，其材料可以选择硅胶等弹性材料。

在一组实施例中，所述传感器支撑模块为支柱(4)，其中支柱(4)柔性支撑传感器单元(3)。柔性支撑的方式也以方便传感器单元转动为原则。

在一组实施例中，所述柔性线状体(2)连接于传感器单元两对边且所述柔性线状体(2)成平角布置。

在一组实施例中，所述柔性线状体(2)连接于传感器单元对角线方向且所述柔性线状体(2)成平角布置。上述连线方式可以保证传感器单元转动效果好，保障雨量测量结果准确性和及时性。

在一组实施例中，可以包括多个配对的传感器模块和传感器支撑模块，多个传感器模块和传感器支撑模块在一个平面的基板内呈一定角度的方式布置。

优选的，三个传感器模块和传感器支撑模块呈正三角形方向布置、四个传感器模块和传感器支撑模块呈正四边形方向布置、五个传感器模块和传感器支撑模块呈正五边形方向布置、六个传感器模块和传感器支撑模块呈正六边形方向布置、七个传感器模块和传感器支撑模块呈正七边形方向布置、八个传感器模块和传感器支撑模块呈正八边形方向布置，以此类推。

在一组实施例中，可以包括多个配对的传感器模块和传感器支撑模块，多个传感器模块和传感器支撑模块在多个互成一定角度的基板上布置。

发明人发现，传感器单元在柔性线状体连线方向上转动由于受到柔性线状体本身的限制仍然容易导致瞬时雨量测量不够准确，因此采用上述布置方法可以在柔性支撑的基础上进一步消除风向对于雨量测量的干扰和影响，从而保证雨量传感器准确、及时测量各种强度降雨和降雨数据记录的完整性和连续性，直观反映实时降雨和雨量变化趋势。。

本发明，还包括一种上述雨量传感器的测量雨量方法：

(1)校准传感器模块，消除传感器支撑模块柔性连接对于测量结果的影响；

(2)收集测量信号并进行处理计算，当传感器模块为三个及以上时，按照测得雨量比值分配权重，测得瞬时雨量最大的给予最大权重，瞬时雨量最小的给予最小权重；

(3)根据传感器个数及权重数计算得到瞬时雨量结果。

在测量/计算雨量值的过程中，需要根据不同的连接或支撑方式以及不同的材料进行校准以保证测量结果的准确。同时对于各个传感器单元测量结果的权重分配也不限于比例分配法，还可以采用最小二乘法等其他现有数据处理方法。

本发明体型小，简单便捷，其柔性支撑的结构设计以及传感器单元的布置方式能保证雨量传感器准确、及时测量各种强度降雨和降雨数据记录的完整性和连续性，直观反映实时降雨和雨量变化趋势。测量方法可以进一步提升测量的准确性。

Claims (10)

1.一种雨量传感器，包括基板(5)，传感器支持模块，传感器模块，其设置于所述传感器支撑模块上，数据收集处理模块，所述数据收集模块电连接于传感器模块，用于收集处理传感器模块收集到的雨量信息并进行处理，其特征在于：所述传感器支持模块为柔性支撑机构，可以保证传感器模块及时与正对雨滴落下方向成竖直角度。

2.如权利要求1所述的雨量传感器，其特征在于：所述传感器模块的传感器单元(3)为电阻应变片压力传感器、半导体应变片压力传感器、压阻式压力传感器、电感式压力传感器、电容式压力传感器、谐振式压力传感器、电容式加速度传感器，光纤压力传感器的一种或几种。

3.如权利要求2所述的雨量传感器，其特征在于：所述传感器支撑模块由支柱(4)和柔性线状体(2)组成，其中柔性线状体连接传感器单元(3)和支柱(4)。

4.如权利要求2所述的雨量传感器，其特征在于：所述传感器支撑模块为支柱(4)，其中支柱(4)柔性支撑传感器单元(3)。

5.如权利要求3所述的的雨量传感器，其特征在于：所述柔性线状体(2)连接于传感器单元两对边且所述柔性线状体(2)成平角布置。

6.如权利要求3所述的的雨量传感器，其特征在于：所述柔性线状体(2)连接于传感器单元对角线方向且所述柔性线状体(2)成平角布置。

7.如权利要求1所述的雨量传感器，其特征在于：可以包括多个配对的传感器模块和传感器支撑模块，多个传感器模块和传感器支撑模块在一个平面的基板内呈一定角度的方式布置。

8.如权利要求7所述的雨量传感器，其特征在于：三个传感器模块和传感器支撑模块呈正三角形方向布置、四个传感器模块和传感器支撑模块呈正四边形方向布置、五个传感器模块和传感器支撑模块呈正五边形方向布置、六个传感器模块和传感器支撑模块呈正六边形方向布置、七个传感器模块和传感器支撑模块呈正七边形方向布置、八个传感器模块和传感器支撑模块呈正八边形方向布置。

9.如权利要求1所述的雨量传感器，其特征在于：可以包括多个配对的传感器模块和传感器支撑模块，多个传感器模块和传感器支撑模块在多个互成一定角度的基板上布置。

10.如权利要求1所述的雨量传感器测量雨量方法：

(1)校准传感器模块，消除传感器支撑模块柔性连接对于测量结果的影响；

(2)收集测量信号并进行处理计算，当传感器模块为三个及以上时，按照测得雨量比值分配权重，测得瞬时雨量最大的给予最大权重，瞬时雨量最小的给予最小权重；

(3)根据传感器个数及权重数计算得到瞬时雨量结果。

Images