CN113759442A - 压电式雨量计和环境监测装置 - Google Patents

Abstract

本申请属于气象监测技术领域，涉及一种压电式雨量计和环境监测装置。其中，压电式雨量计包括：壳体，所述壳体具有壳表面；至少一个凸出部，所述凸出部凸设于所述壳表面，所述凸出部沿所述壳体的轴向方向延伸；控制组件，所述控制组件设置在所述凸出部与所述壳体之间，所述控制组件包括压力传感器，所述压力传感器以用于检测所述凸出部受到的压力。在同样的降雨情况下，现有技术中雨滴撞击压电单元得到的信号是不稳定的，而利用本申请实施例提供的压电式雨量计，能够避免由于外界环境的影响，从而导致压电信号的输出和降雨量的大小不一致的问题，使得压电式雨量计达到更高的测量精度。

Description

压电式雨量计和环境监测装置

技术领域

本申请涉及气象监测技术领域，尤其涉及一种压电式雨量计和环境监测装置。

背景技术

降水量是一种重要的气象要素，降水的观测无论是对于气象、水文、海洋、环境的观测还是对航空、铁路交通的安全都具有重要的意义。雨量计是观测降水量的重要仪器，它的准确度直接关系到所测量数据的可靠性，特别在人工降雨的效果检验和气象科研方面，其测量的准确度显得尤为重要。

精度和可靠性这两个指标是衡量一款雨量计性能的标准。目前市场上主要的雨量计分为两种，一种是翻斗式雨量计，另一种是压电式雨量计。

压电式雨量计通过雨滴撞击表面产生的压电效应或电压信号来折算降雨强度，进而计算出降雨量。但雨滴在撞击表面的时候，原来的雨水残留量、降雨的雨滴大小、雨滴撞击的角度都会对产生的压电效应有很大的影响，从而造成降雨量测量的误差会急剧增加。

对于消费类的雨量计来说，翻斗式雨量计的精度会比压电式雨量计的精度高。压电式雨量计在成本和结构方面有较多的限制，且压电式雨量计由于存在压电信号和降雨强度不对称的情况，从而导致测量的雨量不准确。

现有技术中，为了解决压电式雨量计测量不准确的问题，通过在雨滴接触表面时做了弧度和平整度处理，或者由多个压电片在一个塑胶感应平面下来感应电压信号，或者使用不锈钢金属通过特殊的机械机构来实现压电效应的转变。但由于外界环境的不确定性，现有技术中的压电式雨量计依旧会存在雨量测量不准确的问题。

由此，承待研发一种可以降低外部条件的影响，从而提高压电信号输出和降雨量的一致性的压电式雨量计，从而达到更高的雨量测量精度。

发明内容

为了解决由于外界环境的影响，从而导致压电信号的输出和降雨量的大小不一致，进而达到更高的测量精度的技术问题，本申请提供了一种压电式雨量计和环境监测装置。

第一方面，本申请提供一种压电式雨量计，包括：

壳体，所述壳体具有壳表面；

至少一个凸出部，所述凸出部凸设于所述壳表面，所述凸出部沿所述壳体的轴向方向延伸；

控制组件，所述控制组件设置在所述凸出部与所述壳体之间，所述控制组件包括压力传感器，所述压力传感器以用于检测所述凸出部受到的压力。

可选地，所述凸出部为柱状结构；相邻两个所述凸出部之间具有间隙，多个所述凸出部以所述壳体的轴向为圆心呈发散状排布。

可选地，所述柱状结构的材料为透明材料，所述透明材料包括压敏胶粘剂。

可选地，所述柱状结构的外周缘设置有切面，所述切面设置在所述柱状结构远离所述壳体的一端。

可选地，所述凸出部为网格结构，所述网格结构呈矩阵式排布。

可选地，所述控制组件还包括太阳能电池，所述太阳能电池与所述压力传感器电性连接，以用于为所述压电传感器供电。

可选地，所述壳表面与所述凸出部接触的一侧设置有斜坡，所述斜坡围绕所述壳表面的边缘设置，以用于对雨滴进行导流。

可选地，所述凸出部远离所述壳体的一面为弧面，所述弧面的中心朝向远离所述壳体的一侧凸起。

第二方面，本申请提供一种环境监测装置，包括：底座和上述的压电式雨量计，所述底座以用于支撑所述压电式雨量计。

可选地，所述环境监测装置还包括超声波风速测量件，所述超声波风速测量件包括上壳体、下壳体、发射器、接收器和反射单元；所述上壳体和所述下壳体相对设置，所述上壳体包括凸起部，所述凸起部凸设于所述上壳体的表面，所述发射器和所述接收器容置于所述上壳体中，所述反射单元容置于所述下壳体中；

所述发射器以用于发射超声波；

所述接收器以用于接收反射后的超声波；

所述反射单元以用于反射来自所述发射器的超声波，并使反射后的超声波被所述接收器所接收。

本申请实施例提供的上述技术方案与现有技术相比具有如下优点：

本申请实施例提供的压电式雨量计，包括：壳体，所述壳体具有壳表面；至少一个凸出部，所述凸出部凸设于所述壳表面，所述凸出部沿所述壳体的轴向方向延伸；控制组件，所述控制组件设置在所述凸出部与所述壳体之间，所述控制组件包括压力传感器，所述压力传感器以用于检测所述凸出部受到的压力。

通过在壳表面上设置多个凸出部，凸出部凸设于壳表面。凸出部可以将雨滴进行归一化处理，雨水可以从凸出部的下表面聚集然后排出，从而使得小雨、中雨或大雨等不同的天气情况，所产生的压电效应尽可能一致，进而得到一致的有效信号输出，降低因为降雨模式或雨滴残留而产生信号差异，提高雨量测量的精度。且保证了雨滴在撞击凸出部的时候，在凸出部的上表面发生接触的条件是一致的，从而减少了由于凸出部与雨滴的接触面不同而带来的压电效果不同的情况。

在同样的降雨情况下，现有技术中雨滴撞击压电单元得到的信号是不稳定的，而利用本申请实施例提供的压电式雨量计，通过设置多个凸出部，从而改善了雨滴产生的压电信号转换的一致性。

本申请实施例还提供一种环境监测装置，包括底座和上述的压电式雨量计，所述底座以用于支撑所述压电式雨量计。将压电式雨量计应用于环境监测装置，从而使得小雨、中雨或大雨等不同的天气情况，所产生的压电效应尽可能一致，进而得到一致的有效信号输出，降低因为降雨模式或雨滴残留而产生信号差异，提高雨量测量的精度。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的一种压电式雨量计的结构示意图；

图2至图4为本申请实施例提供的一种环境监测装置的结构示意图；

图5为本申请实施例提供的环境监测装置的局部结构示意图。

附图标记：

100、压电式雨量计；110、壳体；111、斜坡；120、凸出部；200、环境监测装置；210、底座；220、温湿度感应件；230、超声波风速测量件；231、上壳体；232、下壳体；233、凸起部；234、网状覆盖层；235、发射器；236、接收器。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

参考图1至图5，本申请实施例提供的一种压电式雨量计100，包括：壳体110，壳体110具有壳表面；至少一个凸出部120，凸出部120凸设于壳表面，凸出部120沿壳体110的轴向方向延伸；控制组件，控制组件设置在凸出部120与壳体110之间，控制组件包括压力传感器，压力传感器以用于检测凸出部120受到的压力。

利用本申请实施例提供的压电式雨量计100，一方面，通过在壳表面上设置凸出部120，雨水可以从凸出部120的下部聚集然后排出，从而使得小雨、中雨或大雨等不同的天气情况，所产生的压电效应尽可能一致，进而得到一致的有效信号输出，降低因为降雨模式而产生信号差异，提高测量的精度。

另一方面，设置凸出部120凸出于壳表面，凸出部120可以对雨滴进行归一化处理，避免由于雨水残留对雨滴的动能传递不一致，提高雨水压强的传递准确性。保证了雨滴在撞击凸出部120的时候，在凸出部120的上表面发生接触的条件是一致的，从而减少了由于凸出部120与雨滴的接触面不同而带来的压电效果不同的情况。

压电效应是指某些电介质在沿一定方向上受到外力的作用而变形时，其内部会产生极化现象，同时在它的两个相对表面上出现正负相反的电荷。当外力去掉后，它又会恢复到不带电的状态，这种现象称为正压电效应。当作用力的方向改变时，电荷的极性也随之改变。相反，当在电介质的极化方向上施加电场，这些电介质也会发生变形，电场去掉后，电介质的变形随之消失，这种现象称为逆压电效应。

在同样的降雨情况下，现有技术中雨滴撞击压电单元得到的信号是不稳定的，雨滴降落是有一定的动量的，动量使雨滴落在反射板上会产生溅射现象，就是会溅起多个小水滴，小水滴的落点是随机的，这使得降雨时，反射板上的雨滴落点随机性更高。而利用本申请实施例提供的压电式雨量计100，通过设置凸出部120，从而改善了雨滴产生的压电信号转换的一致性。

下面结合数学公式进一步说明，压强的计算公式为P＝F/S，其中，P为压强，F为压力，S为面积。在现有技术中，S为壳表面的整个雨水积聚的面积，由于降雨模式或雨滴残留，从而导致S是一个可变的参数。本申请实施例中，将S集中在凸出部120上，且凸出部120凸出于壳表面。这样，降低雨滴残留，提高测量准确性。

相邻两个凸出部120之间具有间隙，凸出部120为柱状结构，凸出部120沿壳体110的轴向方向延伸。凸出部120还可以设置为圆柱状结构，圆柱状结构使得雨滴在落到相邻两个凸出部120之间时，可以被凸出部120的外周侧顺利的进行导流，避免雨水在多个凸出部120之间堆积。

柱状结构的材料为透明材料。透明材料包括压敏胶粘剂。当然，透明材料还可以包括玻璃、透明硅胶或透明塑料等。

凸出部120包括网格结构，网格结构呈矩阵式排布。这样，可以加快雨水排出速率，避免雨水在网格结构上聚集。网格结构可以是具有多孔状的金属薄板。网格结构可以为一体成型结构。

雨水可以从网格结构的下部聚集排出，这样可以加快雨水排出的速度。还可以设置网格结构的截面形状包括方格、圆形、三角形、或六边形中的一种。

柱状结构的外周缘设置有切面，切面设置在柱状结构远离壳体110的一端。通过在柱状结构的一端设置切面，进一步减少了雨水积聚在柱状结构的上表面，使得雨滴可以在切面上进行导流，从而更快的流到柱状结构的下部，进而从壳表面中排出。切面围合柱状结构的外周侧设置，也可以在柱状结构的外周侧设置多个间隔的切面。

压电式雨量计100还包括太阳能电池，太阳能电池设置在凸出部120的下方，太阳能电池与压电传感器电性连接。通过设置凸出部120的材质为透明材质，这样太阳光可以透过凸出部120射入到太阳能电池上。太阳能电池接收到太阳光，从而将太阳能转化为电能，在太阳能电池中进行存储，以便于为压电传感器提供电能。

太阳能电池，是一种利用太阳光直接发电的光电半导体薄片，又称为“太阳能芯片”或“光电池”，太阳能电池只要被满足一定强度条件的光照度，瞬间就可输出电压及在有回路的情况下产生电流。在物理学上称为太阳能光伏(Photo voltaic，英文简称为PV)，简称光伏。太阳能电池是通过光电效应或者光化学效应直接把光能转化成电能的装置。太阳能电池包括晶硅太阳能电池和薄膜太阳能电池。晶硅太阳能电池是以光伏效应工作的太阳能电池，薄膜太阳能电池是以光化学效应工作的太阳能电池。

壳表面与凸出部120接触的一侧设置有斜坡111，斜坡111围绕壳表面的边缘设置，以用于对雨滴进行导流。这样，雨滴在下落到凸出部120上后，雨滴在凸出部120之间进行流动，当雨滴流动到壳表面的边缘时，由于壳表面的边缘设置有斜坡111，斜坡111可以快速的将雨水导流，从而避免雨水堆积。

壳表面可以设置为弧面，弧面的中心朝向凸出部120的一侧凸起。壳表面为中心凸起的弧面，这样可以给雨水一个导流的效果，雨水由于重力作用可以快速的从壳表面上流掉。

还可以设置凸出部120远离壳体110的一面为弧面，弧面的中心朝向远离壳体110的一侧凸起。凸出部120的表面为中心凸起的弧面，这样可以给雨水一个导流的效果，雨水由于重力作用可以快速的从凸出部120上流掉。

压电式雨量计100还包括控制单元，压电传感器与太阳能电池电性连接，通过将雨水打击凸出部120产生的震动传递给压电传感器，压电传感器传输信号给控制单元，根据控制单元中已经输入好的电压信号和当前雨量对应关系算法，即可达到准确测量雨量大小的目的，从而提高了压电式雨量计100测量的灵敏度，进而解决了现有技术中的压电式雨量计100测量不准确的技术问题。

壳体110呈圆柱形或圆台形，开口的形状为矩形或圆形。设置壳体110的外部轮廓呈圆柱形或圆台形，可以使得压电式雨量计100整体的外形更加圆滑，以适应外界环境。

壳体110包括金属或者塑料等材料制备而成。其中，塑料包括工程塑料，例如聚酰胺、聚碳酸酯、聚甲醛、聚酯、聚苯醚。

继续参考图2至图5，本申请实施例还提供一种环境监测装置200，包括：底座210和压电式雨量计100，底座210以用于支撑压电式雨量计100。将压电式雨量计100应用于环境监测装置200，从而使得小雨、中雨或大雨等不同的天气情况，所产生的压电效应尽可能一致，进而得到一致的有效信号输出，降低因为降雨模式或雨滴残留而产生信号差异，提高雨量测量的精度。且保证了雨滴在撞击压电式雨量计100的时候，在压电式雨量计100的上表面发生接触的条件是一致的，从而减少了由于压电式雨量计100与雨滴的接触面不同而带来的压电效果不同的情况。

在同样的降雨情况下，现有技术中雨滴撞击压电单元得到的信号是不稳定的，而利用本申请实施例提供的环境监测装置200，能够改善了雨滴产生的压电信号转换的一致性。

压电式雨量计100可以在用于环境气象监测，环境监测装置200还包括温湿度感应件220和超声波风速测量件230，压电式雨量计100、超声波风速测量件230和温湿度感应件220依次排布，温湿度感应件220设置在底座210上。温湿度感应件220包括散热腔体。

超声波风速测量件230包括上壳体231和下壳体232，上壳体231具有上腔体，下壳体232具有下腔体。超声波风速测量件230还包括发射器235、接收器236和反射单元；上壳体231和下壳体232相对设置，上壳体231包括凸起部233，凸起部233凸设于上壳体231的表面，发射器235和接收器236容置于上壳体231中，反射单元容置于下壳体232中；发射器235以用于发射超声波；接收器236以用于接收反射后的超声波；反射单元以用于反射来自发射器235的超声波，并使反射后的超声波被接收器236所接收。

凸起部233的数量为多个，多个凸起部233间隔设置在上壳体231的表面，且朝向下壳体232的一侧凸设。这样，当雨水从上壳体231的周侧滴落或者雨水倾斜流入到凸起部233时，雨水不会过快的浸润到上壳体231的中部，从而避免雨水对接收器236接收超声波造成干扰。

多个凸起部233阻挡雨水的原理与牙刷沾水类似，牙刷上具有多根刷毛，多根刷毛间隔且平行设置。水滴从牙刷的边缘难以浸润到牙刷的中部。相比于上壳体231光滑的表面，设置凸起部233能够阻挡雨水的侵蚀。从而提高超声波风速测量的准确性。

凸起部233的结构为圆柱状结构，多个凸起部233交错排布，形成多圈环形。延长雨水在上壳体231的流动时间。

反射单元上还设置有网状覆盖层234。网状覆盖层234可以使得落在反射单元上的雨滴/水滴更快的在反射单元的表面上散开，降低反射单元表面上的积液的厚度，减少积液对检测结果的影响，提高超声波风速测量件230的准确性和精确度。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种压电式雨量计，其特征在于，包括：

壳体，所述壳体具有壳表面；

至少一个凸出部，所述凸出部凸设于所述壳表面，所述凸出部沿所述壳体的轴向方向延伸；

控制组件，所述控制组件设置在所述凸出部与所述壳体之间，所述控制组件包括压力传感器，所述压力传感器以用于检测所述凸出部受到的压力。

2.根据权利要求1所述的压电式雨量计，其特征在于，所述凸出部为柱状结构；相邻两个所述凸出部之间具有间隙，多个所述凸出部以所述壳体的轴向为圆心呈发散状排布。

3.根据权利要求2所述的压电式雨量计，其特征在于，所述柱状结构的材料为透明材料，所述透明材料包括压敏胶粘剂。

4.根据权利要求2所述的压电式雨量计，其特征在于，所述柱状结构的外周缘设置有切面，所述切面设置在所述柱状结构远离所述壳体的一端。

5.根据权利要求1所述的压电式雨量计，其特征在于，所述凸出部为网格结构，所述网格结构呈矩阵式排布。

6.根据权利要求1至5任一项所述的压电式雨量计，其特征在于，所述控制组件还包括太阳能电池，所述太阳能电池与所述压力传感器电性连接，以用于为所述压电传感器供电。

7.根据权利要求1所述的压电式雨量计，其特征在于，所述壳表面与所述凸出部接触的一侧设置有斜坡，所述斜坡围绕所述壳表面的边缘设置，以用于对雨滴进行导流。

8.根据权利要求1所述的压电式雨量计，其特征在于，所述凸出部远离所述壳体的一面为弧面，所述弧面的中心朝向远离所述壳体的一侧凸起。

9.一种环境监测装置，其特征在于，包括：底座和如权利要求1至8任一项所述的压电式雨量计，所述底座以用于支撑所述压电式雨量计。

10.根据权利要求9所述的环境监测装置，其特征在于，所述环境监测装置还包括超声波风速测量件，所述超声波风速测量件包括上壳体、下壳体、发射器、接收器和反射单元；所述上壳体和所述下壳体相对设置，所述上壳体包括凸起部，所述凸起部凸设于所述上壳体的表面，所述发射器和所述接收器容置于所述上壳体中，所述反射单元容置于所述下壳体中；

所述发射器以用于发射超声波；

所述接收器以用于接收反射后的超声波；

所述反射单元以用于反射来自所述发射器的超声波，并使反射后的超声波被所述接收器所接收。

Images