CN113587878A - 一种测量雨滴大小的方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及雨量监测技术领域，具体涉及一种测量雨滴大小的方法及装置，该测量雨滴大小的方法，包括用于接收雨滴的雨量板，其中，所述测量雨滴大小的方法包括如下步骤：获取环境的当前状态；根据所述环境的当前状态处于降雨状态，获取雨量板的当前振动数据；根据所述雨量板的当前振动数据获得雨滴的当前直径。本申请提供的测量雨滴大小的方法中，通过振动数据获得雨滴的当前直径，相比现有利用色斑法等方法测量效率高、节约人力且能够实时测量雨滴的大小，相比其他高成本的测量方法来说，能够节约大量的成本。
Description
技术领域
本发明涉及雨量监测技术领域，具体涉及一种测量雨滴大小的方法及装置。
背景技术
雨滴的大小和雨滴的分布是降雨的基本特征，是计算降雨参数的依据，雨滴大小的测量方法主要有色斑法、面粉球法、高速摄影或照像法等，国内之前的相关研究以滤纸色斑法为主。
滤纸色斑法是测量雨滴直径的应用最广泛的一种测量方法，它是通过测量雨滴滴在预先处理好的滤纸上形成的色斑的大小来推论相应的雨滴直径，色斑法测量步骤繁琐、耗费人力、测量效率低，而且不能在降雨过程中实时测量雨滴的大小；而高速摄像或照像法的成本相对其他测量方法来说比较高。
发明内容
(一)本发明所要解决的技术问题之一是：现有的测量雨滴大小的方法存在测量效率低且成本高的问题。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种测量雨滴大小的方法，包括用于接收雨滴的雨量板，其中，所述测量雨滴大小的方法包括如下步骤：
获取环境的当前状态；
根据所述环境的当前状态处于降雨状态，获取雨量板的当前振动数据；
根据所述雨量板的当前振动数据获得雨滴的当前直径。
根据本发明的一个实施例，所述根据所述雨量板的当前振动数据获得雨滴的当前直径包括：
根据所述雨滴的当前振动数据获得雨滴的当前动量，根据所述雨滴的当前动量结合雨滴的直径和雨滴的动量的关系函数获得雨滴的当前直径。
根据本发明的一个实施例，所述雨滴的直径和雨滴的动量的关系函数获得包括：
获取多个雨滴的直径和雨滴的动量；
根据多个雨滴的直径和雨滴的动量获得所述雨滴的当前动量结合雨滴的直径和雨滴的动量的关系函数D＝f2(P)，其中，D为雨滴的直径，P为雨滴的动量。
根据本发明的一个实施例，所述根据所述雨量板的当前振动数据获得雨滴的当前直径后还包括：
根据所述雨滴的当前直径获得雨滴的当前最终速度。
根据本发明的一个实施例，所述根据所述雨滴的当前直径获得雨滴的当前最终速度包括：
根据所述雨滴的当前直径结合雨滴的直径和雨滴的质量的关系函数获得雨滴的当前质量，根据所述雨滴的当前质量结合雨滴的质量和雨滴的速度的关系函数获得雨滴的当前速度。
根据本发明的一个实施例，所述雨滴的质量和雨滴的速度的关系函数为：
其中，m为雨滴的质量，D为雨滴的直径；所述雨滴的质量和雨滴的速度的关系函数为：v＝f0(m)，其中，v为雨滴的速度。
根据本发明的一个实施例，所述获取环境的当前状态包括：
获取空气的当前温度、当前湿度及当前压力值；
根据所述当前温度大于预设温度、当前湿度大于预设湿度、当前压力值大于预设压力值判断所述环境的当前状态处于降雨状态。
本发明还提供了一种测量雨滴大小的装置，所述测量雨滴大小的装置用于执行上述的测量雨滴大小的方法：其中，所述测量雨滴大小的装置包括：振动传感器，所述振动传感器用于获取雨量板的当前振动数据；控制器，所述控制器用于根据所述雨量板的当前振动数据获得雨滴的当前直径。
根据本发明的一个实施例，所述振动传感器的数量为多个，多个所述振动传感器均设置于所述雨量板的底部。
根据本发明的一个实施例，所述测量雨滴大小的装置还包括壳体和温湿度及大气压力传感器，所述温湿度及大气压力传感器用于获取空气的当前温度、当前湿度及当前压力值；所述壳体与所述雨量板之间形成空间，所述振动传感器、温湿度及大气压力传感器及所述控制器位于所述空间内。
本发明的有益效果：本申请提供的测量雨滴大小的方法中，获取雨量板的当前振动数据；根据所述雨量板的当前振动数据获得雨滴的当前直径。通过振动数据获得雨滴的当前直径，相比现有利用色斑法等方法测量效率高、节约人力且能够实时测量雨滴的大小，相比其他高成本的测量方法来说，能够节约大量的成本。
附图说明
本发明上述和/或附加方面的优点从结合下面附图对实施例的描述中将变的明显和容易理解，其中：
图1是本申请提供的测量雨滴大小的方法的流程图；
图2是本申请提供的测量雨滴大小的装置的结构示意图；
图3是本申请提供的测量雨滴大小的装置中雨滴动量与雨滴直径的关系函数图。
附图标记如：
1、振动传感器，2、雨量板，3、控制器，4、温湿度及大气压力传感器。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
如图1和图2所示，本发明提供了一种测量雨滴大小的方法，包括用于接收雨滴的雨量板2，其中，测量雨滴大小的方法包括如下步骤：S1、获取环境的当前状态；S2、根据环境的当前状态处于降雨状态，获取雨量板2的当前振动数据；S3、根据雨量板2的当前振动数据获得雨滴的当前直径。
具体地，环境参数是否满足降雨条件，不满足则认为此次为干扰，结束后续计算。满足后可以判断振动数据特征是否符合降雨振动特征，不符合则结束后续计算。符合可以通过振动数据获得雨滴的当前直径，相比现有的方法，能够提高测量效率、节约人力，实时获得雨滴的大小，同时能够节约大量的成本。
根据本发明的一个实施例，根据雨量板2的当前振动数据获得雨滴的当前直径包括：
根据雨滴的当前振动数据获得雨滴的当前动量，根据雨滴的当前动量结合雨滴的直径和雨滴的动量的关系函数获得雨滴的当前直径。
根据本发明的一个实施例，雨滴的直径和雨滴的动量的关系函数获得包括：
获取多个雨滴的直径和雨滴的动量；
根据多个雨滴的直径和雨滴的动量获得雨滴的当前动量结合雨滴的直径和雨滴的动量的关系函数D＝f2(P)，其中，D为雨滴的直径，P为雨滴的动量。
具体地，实验得到不同雨滴直径大小的雨滴质量和终点速度的数据如下表所示：
其中，自然降雨时，在雨滴的降落过程中受重力和空气阻力的影响，降落一定高度时，将达到最大速度并保持匀速降落，此速度为雨滴的终点速度，此速度直至击打到物体或地面前一直保持不变。
通过多雨滴动量与雨滴直径数据，得到雨滴动量与雨滴直径的关系函数，如图3所示。
采集振动传感器1的振动数据和环境温湿度及大气压力数据。
当雨量板2有振动时，采集振动传感器1的振动数据和环境温湿度及大气压力传感器4数据，并用环境参数判断是否降雨环境，不是降雨环境则认为此次振动为干扰数据，退出后续计算；
用采集的振动数据计算雨滴动量，并计算雨滴直径。
用确认是雨滴数据的振动数据计算雨滴动量，P＝K*Xv，其中K为转换系数，由对于具体的设备是个固定值，可由实验获得。Xv为振动数据，P为雨滴动量。然后用雨滴动量与雨滴直径的关系函数计算雨滴直径，保存并输出雨滴直径数据。
根据本发明的一个实施例，根据雨量板2的当前振动数据获得雨滴的当前直径后还包括：
根据雨滴的当前直径获得雨滴的当前最终速度。
具体地，通过雨滴的当前直径可以计算出雨滴的当前最终速度。
根据本发明的一个实施例，根据雨滴的当前直径获得雨滴的当前最终速度包括：
根据雨滴的当前直径结合雨滴的直径和雨滴的质量的关系函数获得雨滴的当前质量，根据雨滴的当前质量结合雨滴的质量和雨滴的速度的关系函数获得雨滴的当前速度。
具体地，用得到的雨滴直径数据计算雨滴质量，然后用雨滴质量及雨滴动量数据计算雨滴的终点速度。
根据本发明的一个实施例，雨滴的质量和雨滴的速度的关系函数为：
πD3，其中，m为雨滴的质量，D为雨滴的直径；雨滴的质量和雨滴的速度的关系函数为：v＝f0(m)，其中，v为雨滴的速度。
具体地，雨滴击打到物品或地面的动量P，与雨滴的质量m和雨滴终点速度v相关，P＝mv；因雨滴的终点速度和雨滴的大小密切相关，雨滴的质量和雨滴的速度的关系函数为：v＝f0(m)。所以可以将雨滴动量P理解为直接与雨滴大小相关，P＝m*f0(m)＝f1(m),其中f1是将雨滴终点速度v转换为质量相关函数后再乘以质量m后的函数；实际应用中一般用雨滴的等效直径D来表示雨滴的大小，水的密度为1，结合球体体积与直径的关系，有水滴质量m与等效直径D的关系为：
代入上面雨滴动量与雨滴大小的相关函数中，得到雨滴动量与雨滴等效直径的关系：
由上可知，雨滴的动量与雨滴的等效直径直接相关，故可以反过来用雨滴的动量P来计算雨滴的等效直径D：D＝f2(P),其中f2为雨滴动量与雨滴直径的关系函数。
根据本发明的一个实施例，获取环境的当前状态包括：
获取空气的当前温度、当前湿度及当前压力值；
根据当前温度大于预设温度、当前湿度大于预设湿度、当前压力值大于预设压力值判断环境的当前状态处于降雨状态。
具体地，通过温湿度及大气压力传感器4获取空气的当前温度、当前湿度及当前压力值。
本发明还提供了一种测量雨滴大小的装置，测量雨滴大小的装置用于执行上述的测量雨滴大小的方法：其中，测量雨滴大小的装置包括：振动传感器1，振动传感器1用于获取雨量板2的当前振动数据；控制器3，控制器 3用于根据雨量板2的当前振动数据获得雨滴的当前直径。
具体地，控制器3内设置有数据采集和处理单元，能够对上述数据进行处理和计算。测量雨滴大小的装置通过振动传感器1测量转换后的电能直接测量雨滴动量，根据雨滴动量获得雨滴的当前直径。
根据本发明的一个实施例，振动传感器1的数量为多个，多个振动传感器1均设置于雨量板2的底部。
具体地，设置多个振动传感器1可以备用。
根据本发明的一个实施例，测量雨滴大小的装置还包括壳体和温湿度及大气压力传感器4，温湿度及大气压力传感器4用于获取空气的当前温度、当前湿度及当前压力值；壳体与雨量板2之间形成空间，振动传感器1、温湿度及大气压力传感器4及控制器3位于空间内。
具体地，振动传感器1、温湿度及大气压力传感器4及控制器3位于空间内能够防止外界对传感器破坏，在壳体上设置有通孔，便于对空气中的温度湿度测量，在空间内设置密封的盒体，将控制器3设置在盒体内，能够保证控制器3的使用寿命。为了增加使用寿命可以在雨量板2的顶部设置有防腐涂层，防止雨水中的酸碱对雨量板2造成侵蚀。
本申请提供的测量雨滴大小的方法，利用压电振动传感器1测量雨滴的动量，然后利用雨滴动量与雨滴直径的关系直接计算输出雨滴直径，减少了雨滴大小测量的繁琐过程，提高了测量效率。直接利用雨滴动量和雨滴直径的数据直接拟合得到雨滴动量与雨滴直径的关系，避免中间的各个转换环节，减少了中间的计算过程，方便快捷的得到雨滴直径，此方法同时可以计算得到雨滴质量和雨滴的终点速度。
综上，本申请提供的测量雨滴大小的方法中，获取雨量板2的当前振动数据；根据雨量板2的当前振动数据获得雨滴的当前直径。通过振动数据获得雨滴的当前直径，相比现有利用色斑法等方法测量效率高，、节约人力且能够实时测量雨滴的大小，相比其他高成本的测量方法来说，能够节约大量的成本。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连通”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连通，也可以通过中间媒介间接连通，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种测量雨滴大小的方法，包括用于接收雨滴的雨量板，其特征在于，所述测量雨滴大小的方法包括如下步骤：
获取环境的当前状态；
根据所述环境的当前状态处于降雨状态，获取雨量板的当前振动数据；
根据所述雨量板的当前振动数据获得雨滴的当前直径。
2.根据权利要求1所述的测量雨滴大小的方法，其特征在于：所述根据所述雨量板的当前振动数据获得雨滴的当前直径包括：
根据所述雨滴的当前振动数据获得雨滴的当前动量，根据所述雨滴的当前动量结合雨滴的直径和雨滴的动量的关系函数获得雨滴的当前直径。
3.根据权利要求2所述的测量雨滴大小的方法，其特征在于：所述雨滴的直径和雨滴的动量的关系函数获得包括：
获取多个雨滴的直径和雨滴的动量；
根据多个雨滴的直径和雨滴的动量获得所述雨滴的当前动量结合雨滴的直径和雨滴的动量的关系函数D＝f2(P)，其中，D为雨滴的直径，P为雨滴的动量。
4.根据权利要求1所述的测量雨滴大小的方法，其特征在于：所述根据所述雨量板的当前振动数据获得雨滴的当前直径后还包括：
根据所述雨滴的当前直径获得雨滴的当前最终速度。
5.根据权利要求4所述的测量雨滴大小的方法，其特征在于：所述根据所述雨滴的当前直径获得雨滴的当前最终速度包括：
根据所述雨滴的当前直径结合雨滴的直径和雨滴的质量的关系函数获得雨滴的当前质量，根据所述雨滴的当前质量结合雨滴的质量和雨滴的速度的关系函数获得雨滴的当前速度。
6.根据权利要求5所述的测量雨滴大小的方法，其特征在于：所述雨滴的质量和雨滴的速度的关系函数为：
其中，m为雨滴的质量，D为雨滴的直径；所述雨滴的质量和雨滴的速度的关系函数为：v＝f0(m)，其中，v为雨滴的速度。
7.根据权利要求1所述的测量雨滴大小的方法，其特征在于：所述获取环境的当前状态包括：
获取空气的当前温度、当前湿度及当前压力值；
根据所述当前温度大于预设温度、当前湿度大于预设湿度、当前压力值大于预设压力值判断所述环境的当前状态处于降雨状态。
8.一种测量雨滴大小的装置，所述测量雨滴大小的装置用于执行权利要求1所述的测量雨滴大小的方法：其特征在于，所述测量雨滴大小的装置包括：振动传感器，所述振动传感器用于获取雨量板的当前振动数据；控制器，所述控制器用于根据所述雨量板的当前振动数据获得雨滴的当前直径。
9.根据权利要求8所述的测量雨滴大小的装置，其特征在于：所述振动传感器的数量为多个，多个所述振动传感器均设置于所述雨量板的底部。
10.根据权利要求8所述的测量雨滴大小的装置，其特征在于：所述测量雨滴大小的装置还包括壳体和温湿度及大气压力传感器，所述温湿度及大气压力传感器用于获取空气的当前温度、当前湿度及当前压力值；所述壳体与所述雨量板之间形成空间，所述振动传感器、温湿度及大气压力传感器及所述控制器位于所述空间内。
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Effective date of registration: 20220107 Address after: 311221 room 1301, Shengzhong village, Xinjie street, Xiaoshan District, Hangzhou City, Zhejiang Province Applicant after: Dongfang Zhigan (Zhejiang) Technology Co.,Ltd. Address before: 101111 No. 2 (A-3), government road, Tongzhou Park optical electromechanical integration industrial base, Zhongguancun Science and Technology Park, Tongzhou District, Beijing Applicant before: BEIJING INSENTEK TECHNOLOGY Co.,Ltd. |
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20211102 |