CN209803363U - 一种压电式雨量传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例提供一种压电式雨量传感器，该传感器包括：雨水接触层、若干振动敏感单元、若干隔振器和处理单元，雨水接触层包含若干个弧形凸面组成，每两个相邻的弧形凸面之间设置一个隔振器，每一弧形凸面的内表面粘合一个振动敏感单元，每一振动敏感单元均与所述处理单元电连接；每一弧形凸面受到不同方向雨滴的冲击，每一弧形凸面在雨滴的冲击下产生振动信号，每一振动敏感单元将对应的弧形凸面产生的振动信号转换为电信号，处理单元用于接收每一振动敏感单元产生的电信号，并获取每一振动敏感单元产生的电信号的脉冲个数和脉冲幅度。本实用新型同时采集不同方向上的雨量数据，更能准确全面反映出总体雨量信息。

Description

一种压电式雨量传感器

技术领域

本实用新型涉及土壤墒情监测技术领域，尤其涉及一种压电式雨量传感器。

背景技术

土壤墒情是指土壤的湿度情况，在作物生产中意义重大。对土壤墒情的监测往往需要同时监测土壤和气象方面的数据，其中雨量信息就是一个必不可缺的部分。雨量传感器常见的有翻斗式雨量计和虹吸式雨量计。

翻斗式雨量计是应用相当广泛的一种雨量计，结构简单，稳定性好，但其缺点也很明显：测量误差较大，尤其是出现特大暴雨时。另外其不能测量固态水，如冰雹等，同时还由于尘土的原因，容易产生阻塞问题。

虹吸式雨量计适合人工观测，缺点是要经常排空储水容器，排空时会产生误差，此外遇到含有杂质较多的雨水时，往往会产生堵塞等问题。

压电式雨量传感器是一种新型的雨量计，现有技术中的压电式雨量计都是对单一垂直方向的雨量进行检测，并未考虑到风速风向对雨量测量的影响。

因此，亟需一种新的压电式雨量传感器。

实用新型内容

针对现有技术中的问题，本实用新型实施例提供一种压电式雨量传感器。

本实用新型实施例提供一种压电式雨量传感器，包括：雨水接触层、若干振动敏感单元、若干隔振器和处理单元，其中，所述雨水接触层为多方向凸起的空腔，所述雨水接触层包含若干个弧形凸面，每两个相邻的弧形凸面之间设置一个隔振器，每一弧形凸面的内表面粘合一个振动敏感单元，每一振动敏感单元均与所述处理单元电连接；

每一弧形凸面受到不同方向雨滴的冲击，每一弧形凸面在雨滴的冲击下产生振动信号，每一振动敏感单元将对应的弧形凸面产生的振动信号转换为电信号，所述处理单元用于接收每一振动敏感单元产生的电信号，并获取每一振动敏感单元产生的电信号的脉冲个数和脉冲幅度。

优选地，还包括：密封件，所述密封件位于所述空腔的底端，用于对所述空腔进行密封。

优选地，所述处理单元包括：电荷放大器、滤波器、电压放大器和微控制器，所述电荷放大器与所述滤波器连接，所述滤波器与所述电压放大器连接，所述电压放大器与所述微控制器连接，对于所述处理单元接收的任一电信号，其中：

所述电荷放大器用于对所述任一电信号进行放大，所述滤波器用于对放大后的任一电信号进行滤波，所述电压放大器用于将滤波后的任一电信号的幅度放大预设倍数，所述微控制器用于识别放大后任一电信号的脉冲个数和脉冲幅度，所述预设倍数根据实际情况实时调整。

优选地，所述处理单元位于所述空腔内部，所述处理单元还包括RS485接口，且所述RS485接口与外接导线连接，所述密封件的中部设置一防水接口，所述外接导线从所述防水接口穿出，使得所述处理单元与外界进行通信。

优选地，每一振动敏感单元均由压电片组成，所述压电片的材料为锆钛酸铅、钛酸钡和聚偏氟乙烯中的一种。

优选地，每一隔振器均由橡胶材质制成。

优选地，每一弧形凸均面呈圆拱形。

本实用新型实施例提供的一种压电式雨量传感器，同时采集不同方向上的雨量数据，并能根据现场实际情况，对雨量电信号进行优化处理，取得最佳测量值，更能准确全面反映出总体雨量信息。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术中视频输出模式选择方法流程图；

图2为本实用新型实施例中处理单元的内部结构示意图。

附图标记：

1，雨水接触层； 2，振动敏感单元； 3，处理单元；

4，密封件； 5，防水接口； 6，外接导线；

7，隔振器。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

图1为本实用新型实施例提供的一种压电式雨量传感器的结构示意图，该压电式雨量传感器包括：雨水接触层1、若干振动敏感单元2、若干隔振器7和处理单元3，其中，所述雨水接触层1为多方向凸起的空腔，所述雨水接触层1包含若干个弧形凸面，每两个相邻的弧形凸面之间设置一个隔振器7，每一弧形凸面的内表面粘合一个振动敏感单元2，每一振动敏感单元2均与所述处理单元3电连接；

每一弧形凸面受到不同方向雨滴的冲击，每一弧形凸面在雨滴的冲击下产生振动信号，每一振动敏感单元2将对应的弧形凸面产生的振动信号转换为电信号，所述处理单元3用于接收每一振动敏感单元2产生的电信号，并获取每一振动敏感单元2产生的电信号的脉冲个数和脉冲幅度。

具体地，该压电式雨量传感器是由雨水接触层、多个振动敏感单元、多个隔振器和处理单元组成，雨水接触层位于该压电式雨量传感器的最外侧，是由振动响应良好的材料制成，用来承受雨滴的冲击，并且产生振动。本实用新型实施例中雨水接触层为一个空腔结构，该空腔是由多个弧形凸面组成，每个凸面呈圆拱形，空腔的整体形状也呈圆拱形，该形状的雨水接触层不容易存储雨水，使得雨滴在释放动能之后，能够快速的流出。

相邻的两个弧形凸面之间设置一个隔振器，该隔振器是由橡胶材质制备而成，可以防止多个弧形凸面之间的振动串扰。

每个弧形凸起的内表面都粘合一个振动敏感单元，振动敏感单元是由压电片组成，可以将振动信号转化为电信号。

在该压电式雨量传感器工作的过程中，每个弧形凸面可以接受不同方向的雨滴冲击，在雨滴冲击下能够产生振动信号，每个弧形凸面的内表面都粘合水平状的振动敏感单元，振动敏感单元与弧形凸面形成振动腔，且振动敏感单元将对应的弧形凸面产生的振动信号转化为电信号。

每个振动敏感单元都通过导线与处理单元电连接，且振动敏感单元将电信号通过导线传输给处理单元，处理单元接收每个振动敏感单元产生的电信号，并识别每个电信号中的脉冲个数和脉冲幅度。

在使用该压电式雨量传感器使，根据该传感器测量得到的多个电信号中的脉冲个数和脉冲幅度后，需要根据实际情况，选择合适的算法，测量得到雨量的大小。例如，当雨滴垂直击打在弧形凸面上时，可以根据每个电信号中的脉冲个数推断出雨滴的数量，根据每个电信号中脉冲幅度得到雨滴的尺寸，进而计算出雨量的大小。当有风时，雨滴可能斜着打在弧形凸面上，此时需要考虑风速对雨量测量的影响，需要选择合适的算法进行计算，以得出最优的雨量值。

本实用新型实施例提供的一种压电式雨量传感器，同时采集不同方向上的雨量数据，并能根据现场实际情况，对雨量电信号进行优化处理，取得最佳测量值，更能准确全面反映出总体雨量信息。

在上述实施例的基础上，优选地，还包括：密封件4，所述密封件4位于所述空腔的底端，用于对所述空腔进行密封。

具体地，雨水接触层为空腔，振动敏感单元和处理单元均位于空腔的内部，空腔的底端开口，在使用该压电式雨量传感器时，需要将该传感器置于雨水中，为了防止雨水进入空腔内部，在空腔的底端安装一个密封件4，以对空腔进行密封，防止雨水进入空腔内部。

在上述实施例的基础上，优选地，所述处理单元包括：电荷放大器、滤波器、电压放大器和微控制器，所述电荷放大器与所述滤波器连接，所述滤波器与所述电压放大器连接，所述电压放大器与所述微控制器连接，对于所述处理单元接收的任一电信号，其中：

所述电荷放大器用于对所述任一电信号进行放大，所述滤波器用于对放大后的任一电信号进行滤波，所述电压放大器用于将滤波后的任一电信号的幅度放大预设倍数，所述微控制器用于识别放大后任一电信号的脉冲个数和脉冲幅度，所述预设倍数根据实际情况实时调整。

图2为本实用新型实施例中处理单元的内部结构示意图，如图2所示，电荷放大器、滤波器、电压放大器和微控制器依次电连接，在实际工作的过程中，以处理单元接收的一路电信号为例进行说明，首先，电荷放大器对该电信号进行放大，滤波器对放大后的电信号进行滤波，电压放大器对滤波后的电信号的幅度进行放大，且放大的倍数为预设倍数，预设倍数是根据实际情况设置的，并且实际使用过程中，计算机通过RS485对电压放大器进行控制，根据实际情况修改预设倍数。

当雨滴较小时，可通过调整电压放大器的电路参数，增加放大倍数，提高精度；当雨滴较大时，可通过调整电压放大器的电路参数，减小放大倍数，提高测量范围；结合风速对测量的影响，也适当调整电压放大器的电路参数，提高测量准确度。

在上述实施例的基础上，优选地，所述处理单元位于所述空腔内部，所述处理单元还包括RS485接口，且所述RS485接口与外接导线6连接，所述密封件4的中部设置一防水接口5，所述外接导线6从所述防水接口5穿出，使得所述处理单元与外界进行通信。

具体地，处理单元位于空腔的内部，可以防止雨水打湿。该处理单元通过RS485接口与外界进行通信，具体方式为：

RS485与外接导线6的一端连接，密封件的中部设置了一个防水接口5，外接导线从防水接口5穿出，防水接口5既保证了处理单元与外界进行正常的通信，又保证了雨水不会从防水接口5进入空腔中。

在上述实施例的基础上，优选地，每一振动敏感单元均由压电片组成，所述压电片的材料为锆钛酸铅、钛酸钡和聚偏氟乙烯中的一种。

具体地，每个振动敏感单元均是由压电片组成，并且此处的压电片材料可以是锆钛酸铅、钛酸钡或聚偏氟乙烯。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种压电式雨量传感器，其特征在于，包括：雨水接触层、若干振动敏感单元、若干隔振器和处理单元，其中，所述雨水接触层为多方向凸起的空腔，所述雨水接触层包含若干个弧形凸面，每两个相邻的弧形凸面之间设置一个隔振器，每一弧形凸面的内表面粘合一个振动敏感单元，每一振动敏感单元均与所述处理单元电连接；

每一弧形凸面受到不同方向雨滴的冲击，每一弧形凸面在雨滴的冲击下产生振动信号，每一振动敏感单元将对应的弧形凸面产生的振动信号转换为电信号，所述处理单元用于接收每一振动敏感单元产生的电信号，并获取每一振动敏感单元产生的电信号的脉冲个数和脉冲幅度。

2.根据权利要求1所述压电式雨量传感器，其特征在于，还包括：密封件，所述密封件位于所述空腔的底端，用于对所述空腔进行密封。

3.根据权利要求2所述压电式雨量传感器，其特征在于，所述处理单元包括：电荷放大器、滤波器、电压放大器和微控制器，所述电荷放大器与所述滤波器连接，所述滤波器与所述电压放大器连接，所述电压放大器与所述微控制器连接，对于所述处理单元接收的任一电信号，其中：

所述电荷放大器用于对所述任一电信号进行放大，所述滤波器用于对放大后的任一电信号进行滤波，所述电压放大器用于将滤波后的任一电信号的幅度放大预设倍数，所述微控制器用于识别放大后任一电信号的脉冲个数和脉冲幅度，所述预设倍数根据实际情况实时调整。

4.根据权利要求3所述压电式雨量传感器，其特征在于，所述处理单元位于所述空腔内部，所述处理单元还包括RS485接口，且所述RS485接口与外接导线连接，所述密封件的中部设置一防水接口，所述外接导线从所述防水接口穿出，使得所述处理单元与外界进行通信。

5.根据权利要求1所述压电式雨量传感器，其特征在于，每一振动敏感单元均由压电片组成，所述压电片的材料为锆钛酸铅、钛酸钡和聚偏氟乙烯中的一种。

6.根据权利要求1所述压电式雨量传感器，其特征在于，每一隔振器均为橡胶材质。

7.根据权利要求1所述压电式雨量传感器，其特征在于，每一弧形凸面均呈圆拱形。