CN210775892U - 一种基于压电式的雨量测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于压电式的雨量测量装置，所述装置包括雨滴接触模块、模数转换器、壳体、电子陀螺仪、万向节、支撑杆、底座、太阳能电池板、超声波风速风向仪和控制单元。本实用新型将压电式雨量计设置雨滴接触模块和壳体，并辅助有电子陀螺仪和万向节以实现雨量计测量角度及高度的调节，并且还设有太阳能电池板以实现独立户外工作，设有数据传输模块实现远程控制和数据传输。本实用新型为雨量的测量试验提供更多的试验方法和多源数据采集，为气象测量提供便利。

Description

一种基于压电式的雨量测量装置

技术领域

本实用新型属于雨量测量装置，具体涉及一种基于压电式的雨量测量装置。

背景技术

降雨是气象部门观测的气象要素之一，每年因降水过多引发的洪涝灾害有许多，给人民的生命财产安全构成了严重威胁，因此，如何准确地测量雨量显得尤为重要。

常见的雨量计有翻斗式、虹吸式等。近年来研发出的压电式雨量计可以很好地解决以上问题，现有的压电式雨量计通过模拟量转电信号模块把雨滴动量转化为电信号，通过测量模块识别电信号的个数，获得雨滴的数量，通过测量模块识别电信号的幅度，获得雨滴的尺寸，从而获得雨量信息。但是野外测量环境的风速会影响雨滴下落的速度，进而影响雨滴的动量，会造成现有压电式雨量计很大的测量误差。

为解决现有压电式雨量计存在的问题，本实用新型采用一种新型压电式雨量装置用于准确测量降雨强度，给气象部门提供准确降雨资料，为防灾减灾做准备，保护人们的生命财产安全。

实用新型内容

实用新型目的：为了解决现有压电式雨量计存在问题，本实用新型的目的是提供一种基于压电式的雨量测量装置。

技术方案：一种基于压电式的雨量测量装置，包括雨滴测量模块、模数转换器、壳体、电子陀螺仪、万向节、支撑杆、底座、太阳能电池板、超声波风速风向仪和控制单元，所述壳体内设有雨滴测量模块和模数转化器，所述壳体底部通过电子陀螺仪与万向节连接，所述万向节另一端连接设置在底座上的角度调节器，所述的底座还通过支撑杆设置超声波风速风向仪，底座内部设有所述装置的控制单元，所述的控制单元包括获取雨量测量数据、超声波风速风向仪测量数据和控制雨滴测量模块的倾斜角度。

进一步的，所述雨滴测量模块为压电式雨量测量装置，所述压电式雨量测量装置的雨滴接触面覆盖壳体的顶部，通过雨滴接触后产生的脉冲信号采集数据。

所述控制单元包括单片机控制模块、步进电机、角度调节器、数据传输模块和电源组件，所述单片机控制模块通过与模数转换器电联后连接雨滴测量模块获取雨量测量数据，所述的单片机控制模块还分别与电子陀螺仪、步进电机、数据传输模块、超声波风速风向仪电性连接，所述单片机控制模块获取述电子陀螺仪测量的角度数据和超声波风速风向仪测量数据，包括通过步进电机控制角度调节器实现调节万向节的状态和通过数据传输模块获取外部的控制指令。

更进一步的，所述数据传输模块为无线传输方式，单片机控制模块通过数据传输模块实现数据和控制指令的收发。

更进一步的，所述的超声波风速风向仪包括两组水平面上垂直相对超声波换能器收发探头和设置在支撑杆上的一组超声波换能器收发探头。

有益效果：与现有技术相比，本实用新型所提供的雨量测量装置首先基于压电式雨量计进行雨量的测量，通过万向节、电子陀螺仪等部件可以实现测量角度、高低的调节，能够为气象测量研究提供更多的试验数据，便于开展试验研究，风速风向测量的一体化结构也减少不同环境下风速对于雨量测量结果的影响，能够更好地进行测量试验；其次，该装置还设有太阳能电池板以实现户外的独立供电，适用环境更广；再者，所述装置还包括控制单元，辅助有数据传输模块以实现更加便捷的操作性和控制能力；最后，本实用新型通过多源数据的分析统计有助于提高雨量的测量精度。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为所述测量装置控制单元的控制示意图；

图3为超声波利用时差法测风速的坐标系建立图。

具体实施方式

为了详细的说明本发明所公开的技术方案，下面结合说明书附图及具体实施例做进一步的描述。

本实用新型所提供的是一种基于压电式的雨量测量装置，如图1所示。

该装置包括雨滴测量模块1、模数转换器2、壳体3、电子陀螺仪4、万向节5、支撑杆6、底座7、太阳能电池板8、超声波风速风向仪和控制单元。

本实施例中，太阳能电池板8设置在底座的四周，用于给整个系统供电，壳体3通过万向节5安装在底座7上，为了实现万向节5的支撑角度及高度调节，底座7上设有角度调节器，角度调节器采用转向齿轮组合实现，通过步进电机来驱动齿轮。在壳体3内部设有雨滴测量模块1和模数转换器2。本实施例中雨滴测量模块1采用压电式雨量计，对于压电式雨量计，通过雨滴滴落在雨滴接触面上产生不同的压力，然后会产生不同的脉冲波以获取到雨量的数据。压电式雨量计的雨滴接触面覆盖在壳体3的顶部，用于承接滴落的雨滴。压电式雨量计测量的模拟信号通过模数转换器2转换成数字信号传输到控制单元。对于压电式雨量计的常规测量及其他数据类别的读取因本领域技术人员熟知，在此不做详细的表述。

在壳体3的下方设有电子陀螺仪4，电子陀螺仪4测量壳体3的倾斜角度，并将测量的数据传输到控制单元，以实现更好的俯仰角控制。

对于所述装置的控制，如图2所示。控制单元中，包括单片机控制模块、步进电机、角度调节器、数据传输模块和电源组件，单片机控制模块作为控制单元的数据处理中心，通过与模数转换器电联后连接雨滴测量模块获取雨量测量数据，单片机控制模块还分别与电子陀螺仪、步进电机、数据传输模块、超声波风速风向仪电性连接，单片机控制模块获取电子陀螺仪测量的角度数据和超声波风速风向仪测量数据，通过步进电机控制角度调节器实现调节万向节的状态和通过数据传输模块获取外部的控制指令。

在底座7的另一侧设置超声波风速风向仪，通过支撑杆6安装。超声波风速风向仪由6个超声波换能器收发探头A、B、C、D、E、F组成，超声波换能器收发探头A、B、C、D位于同一个水平面，超声波换能器收发探头A、B相对设置，超声波换能器收发探头C、D相对设置，超声波换能器收发探头A、B的连线与超声波换能器收发探头C、D的连线垂直，超声波换能器收发探头E、F相对设置，位于同一竖直线上。

为了更好地实施本实用新型所述的装置进行雨量测量，下面对超声波利用时差法测风速原理进行简介。

如图3所示，风速可以分解为AB,CD,EF三个方向的风速，AB与CD垂直，EF垂直于AB与CD组成的平面，假设在AB方向的风速为V_x，超声波换能器收发探头A、B之间的距离为L_ab,无风时超声波在空气中的传播速度为V₀，超声波从A发射到B的时间为t_ab，从B发射到A的时间为t_ba,那么有：

L_ab＝(V₀+V_x)*t_ab (1)

L_ab＝(V₀-V_x)*t_ba (2)

根据式(1)、(2)可得：

同理可得：

求得风速：

风向角(V_风与平面ABCD的夹角)可由公式：

电子陀螺仪4用于测量雨滴测量模块1的姿态角，超声波风速风向仪用于测量风速、风向，单片机控制模块根据雨滴测量模块1的姿态角、风速、风向，启动步进电机，步进电机驱动万向节5，万向节5改变雨滴测量模块1倾斜的方向和角度，进而给压电式雨量计进行补偿，更加精确地测得雨量。

本实用新型通过壳体3来设置压电式雨量计进行雨量的测量，优化调整雨滴测量模块1中的雨滴接触面，并辅助有电子陀螺仪和万向节以实现雨量计测量角度及高度的调节，并且还设有太阳能电池板以实现独立户外工作，设有数据传输模块以实现远程控制和数据传输。本实用新型为雨量的测量试验提供更多的试验方法和多源数据采集，为气象测量提供便利。

Claims (5)

1.一种基于压电式的雨量测量装置，其特征在于：包括雨滴测量模块(1)、模数转换器(2)、壳体(3)、电子陀螺仪(4)、万向节(5)、支撑杆(6)、底座(7)、太阳能电池板(8)、超声波风速风向仪和控制单元，所述壳体(3)的顶面为雨滴测量模块(1)，其内部为模数转换器(2)，所述壳体(3)底部通过电子陀螺仪(4)与万向节(5)连接，所述的万向节(5)另一端连接设置在底座(7)上的角度调节器，所述的底座(7)还通过支撑杆(6)设置超声波风速风向仪，底座(7)内部设有所述装置的控制单元，所述的控制单元包括获取雨量测量数据、超声波风速风向仪测量数据和控制雨滴测量模块(1)的倾斜角度。

2.根据权利要求1所述的基于压电式的雨量测量装置，其特征在于：所述雨滴测量模块(1)为压电式雨量测量装置，所述压电式雨量测量装置的雨滴接触面覆盖壳体(3)的顶部，通过雨滴接触后产生的脉冲信号采集数据。

3.根据权利要求1所述的基于压电式的雨量测量装置，其特征在于：所述控制单元包括单片机控制模块、步进电机、角度调节器、数据传输模块和电源组件，所述单片机控制模块通过与模数转换器电联后连接雨滴测量模块(1)获取雨量测量数据，所述的单片机控制模块还分别与电子陀螺仪(4)、步进电机、数据传输模块、超声波风速风向仪电性连接，所述单片机控制模块获取电子陀螺仪(4)测量的角度数据和超声波风速风向仪测量数据，包括通过步进电机控制角度调节器实现调节万向节(5)的状态和通过数据传输模块获取外部的控制指令。

4.根据权利要求3所述的基于压电式的雨量测量装置，其特征在于：所述数据传输模块为无线传输方式，单片机控制模块通过数据传输模块实现数据和控制指令收发。

5.根据权利要求1所述的基于压电式的雨量测量装置，其特征在于：所述的超声波风速风向仪包括两组水平面上垂直相对超声波换能器收发探头和设置在支撑杆(6)上的一组超声波换能器收发探头。

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