CN202141441U - 基于超声波传感器的自动测雪深装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型为了解决当前的人工观测雪深方法费时费力、误差大，无法实现实时观测的问题，本实用新型提供一种可以实现自动化测量雪深的装置，能够实时、高精度的获得测量数据，而且结构简单，成本低廉。该基于超声波传感器的自动测雪深装置包括超声波测距传感器、支架、地面参考板、数据处理单元、通讯单元、自动气象站或终端计算机，所述超声波测距传感器的输出信号经数据处理单元采集和处理，并经通讯单元输入自动气象站或终端计算机；所述超声波测距传感器安装在支架上，支架固定在地面上，地面参考板水平安装，超声波测距传感器的发射及接收端与地面参考板相对设置。
Description
技术领域
本实用新型涉及气象观测领域，特别是一种能够自动测雪深的装置。
背景技术
积雪深度是气象探测当中的一个重要的观测数据，雪深测量的是积雪表面到达地面的垂直距离。传统的测量方法是采用普通的量尺插在观测地点，通过人工进行观测雪面掩埋的刻度线，通常是以厘米为单位。传统的这种观测方法费时费力，随机误差大，恶劣天气时操作难度大，难以实现实时监控。也有采用图像识别的方法，通过摄像头代替人工采集量雪尺的图像，然后通过图像识别软件计算深色的量雪尺和白雪的关系，得出雪的深度。这种方法虽然能够实时的得到雪深数据，但是，在大雪或能见度低的情况下，图像采集的误差很大，而且图像数据占用存储空间大，计算机的计算效率也低。
发明内容
为了解决当前的人工观测雪深方法费时费力、误差大，无法实现实时观测的问题，本实用新型提供一种可以实现自动化测量雪深的装置，能够实时、高精度的获得测量数据，而且结构简单，成本低廉。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：
基于超声波传感器的自动测雪深装置，其特征在于：该装置包括超声波测距传感器、支架、地面参考板、数据处理单元、通讯单元、自动气象站或终端计算机，所述超声波测距传感器的输出信号经数据处理单元采集和处理，并经通讯单元输入自动气象站或终端计算机；所述超声波测距传感器安装在支架上，支架固定在地面上，地面参考板水平安装在地面上，超声波测距传感器的轴线垂直于地面参考板并与其相对设置。
所述支架设有一横臂，超声波传感器安装在该横臂上。
当超声波测距传感器测得雪面到超声波探头的距离后，用超声波探头到地面参考板的初始距离减去雪面到超声波探头的距离得到雪深。然后通过通讯单元将雪深的相关状态参数发送给自动气象站或终端计算机。超声波信号每隔5秒钟发射一次，每分钟得到12个数据，去掉奇异值，然后剩余数据作算术平均得到当前分钟的数据。同时，由温度传感器测得当前的环境温度，读入单片机，然后经其处理后的数据，将随着状态等参数一起发出。
本实用新型相比现有技术具有如下有益效果：
本实用新型可以实现雪深的自动化测量，代替了费时费力的人工测量雪深的方法，获得的测量数据具有实时、高精度的特点，而且该装置结构简单，成本低廉。
附图说明
下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
图1是本实用新型的外观结构示意图。
图2是本实用新型的工作原理流程图。
图3是超声测雪深工作原理示意图。
图1中，1.底座，2.支架，3．数据处理及通讯单元，4.横臂，5.超声波测距传感器,6.地面参考板，7. 自动气象站或终端计算机。
具体实施方式
在图1中，超声波传感器（5）安装在横臂（4）上，数据处理及通讯单元（3）安装在支架（2）上，地面参考板（6）水平安装并与地面平齐，超声波测距传感器（5）的轴线垂直于地面参考板（6）。自动气象站或终端计算机（7）与控制及通讯单元（单片机）（3）相连。
在图2中，超声波测距传感器（5）测得参考板（6）上的雪面的距离信息后，发送给数据处理单元（采用单片机msp430），经过数据处理单元换算成雪的深度，再将相关信息通过通讯单元（采用RS-232接口）发送给自动气象站或终端计算机（7）。
在图3中，超声测雪深工作原理是，当单片机复位后，产生1个控制信号，按照一定的时序输出40kHz的超声波信号，经整形放大后，加到超声波换能器发射出频率为40kHz的超声波。同时，单片机的计时器打开。当超声波遇到雪面后反射回波信号，回波信号被超声波接收探头接收，经过放大、滤波、整形后输送到单片机中，同时计时器停止计时。然后，通过数据处理单元计算出雪的深度。雪深d的计算公式为，
d=H-h=H-c*t/2
其中,H是超声波测距传感器（5）的探头到参考板（6）的垂直距离。h是超声波测距传感器（5）的探头与雪面之间的距离，c为超声波在介质中的传播速度（m/s），t为从发射到接收超声波所花费的时间。
由于超声波在空气中的传播速度与温度有关，必须考虑温度补偿的问题。空气中的声速c与温度T（℃）的关系可以表示为：
c≈331.45+0.607T 。
Claims (2)
1.基于超声波传感器的自动测雪深装置，其特征在于：该装置包括超声波测距传感器、支架、地面参考板、数据处理单元、通讯单元、自动气象站或终端计算机，所述超声波测距传感器的输出信号经数据处理单元采集和处理，并经通讯单元输入自动气象站或终端计算机；所述超声波测距传感器安装在支架上，支架固定在地面上，地面参考板水平安装在地面上，超声波测距传感器的轴线垂直于地面参考板并与其相对设置。
2.根据权利要求1所述的基于超声波传感器的自动测雪深装置，其特征在于：所述支架设有一横臂，超声波传感器安装在该横臂上。
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