CN220795508U - 一种雨天传感器的光学检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种雨天传感器的光学检测装置，通过在外壳上设置倾斜透明反射面，在外壳内部设置检测单元，检测单元包括相互配合的发射管和接收管，发射管发射光线经反射面反射到达接收管，且发射管的光线与外壳的入射角介于光由外壳进入空气的临界角和光由外壳进入雨水的临界角之间，通过反射角外侧的介质变化(空气与雨水)，使得反射面所反射的光线发生强弱变化，通过接收器将该变化转化为电信号传输至电路板，实现雨量检测功能，并且通过天线实现远程传输功能，同时由于各器件全部设置于外壳内部即可实现雨量检测，雨水无需与电子器件进行直接接触，提升了防水性能，延长产品寿命。

Description

一种雨天传感器的光学检测装置

技术领域

本实用新型涉及雨水检测领域，尤其涉及一种雨天传感器的光学检测装置。

背景技术

雨量检测装置是一种用于测量降雨量的设备，它可以帮助我们了解降雨的情况，雨量指单位时间内单位面积上的降水量，常见的雨量检测装置包括有漏斗式雨量计和倾斜式雨量计，两者的原理均为通过收集结构收集雨水，当收集结构中的雨水达到一定量时，雨水从测量口流出，通过压力传感器或者水位传感器测量雨水的流量即可实现对雨量的测量。例如专利公告号为CN210666076U的雨量检测装置和设备，该实用新型包括检测槽和设置于检测槽底部的检测组件，检测槽的底部具有导水斜面，且检测槽开设有出水孔；导水斜面用于承接从检测组件流下的液体，且引导液体流向出水孔；雨量检测设备包括集雨组件和前述的雨量检测装置，集雨组件设置于检测槽的上方，集雨组件具有液滴出口，液滴出口与检测组件相对，检测组件用于检测液滴出口滴落的液滴。该新型能减少检测组件的电路被雨水打湿的情况，进而减少电路短路的风险，提高使用安全性。但是其检测组件需要与雨水直接接触，依然可能发生雨水渗入电路内部，导致短路的情形。

实用新型内容

为此，需要提供一种雨天传感器的光学检测装置，解决的现有雨天传感器的检测组件需要与雨水直接接触，可能发生雨水渗入电路内部，导致短路的情形的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种雨天传感器的光学检测装置，包括外壳以及设置于所述外壳内部的检测单元、通讯单元和电路板，所述检测单元、所述通讯单元分别与所述电路板通讯连接，所述外壳的顶部设有倾斜的透明反射面，所述反射面的内侧设置所述检测单元，所述检测单元包括有发射管和接收管，所述发射管发射光线经所述反射面反射到达所述接收管，且所述发射管的光线与反射面的入射角介于光由反射面进入空气的临界角和光由反射面进入雨水的临界角之间。

进一步地，所述反射面与水平面的夹角为45℃。

进一步地，所述发射管水平设置，所述接收管竖直设置。

进一步地，所述检测单元有多个。

进一步地，所述检测单元的个数为偶数，且每两个所述接收管分别反向串联。

进一步地，所述电路板还包括有积分电路，所述接收管通过所述积分电路连接到所述电路板。

进一步地，所述电路板还包括有比较器电路，所述接收管通过所述比较器电路连接到所述电路板。

进一步地，还包括有指示灯，所述指示灯与所述电路板电连接。

进一步地，还包括有基座，所述外壳盖设于所述基座上，所述基座内设有电池仓。

进一步地，还包括有固定部，所述固定部设置于所述基座的外侧面上。

区别于现有技术，上述技术方案通过在外壳上设置倾斜透明反射面，在外壳内部设置检测单元，检测单元包括相互配合的发射管和接收管，发射管发射光线经反射面反射到达接收管，且发射管的光线与外壳的入射角介于光由外壳进入空气的临界角和光由外壳进入雨水的临界角之间，通过反射角外侧的介质变化(空气与雨水)，使得反射面所反射的光线发生强弱变化，通过接收器将该变化转化为电信号传输至电路板，实现雨量检测功能，并且通过天线实现远程传输功能，同时由于各器件全部设置于外壳内部即可实现雨量检测，雨水无需与电子器件进行直接接触，提升了防水性能，延长产品寿命。

附图说明

图1为具体实施方式所述光学检测装置的正视图；

图2为具体实施方式所述光学检测装置的正视局部放大图；

图3为具体实施方式所述发射管的电路结构图；

图4为具体实施方式所述接收管的电路结构图；

图5为具体实施方式所述积分电路(U1A)的电路结构图；

图6为具体实施方式所述比较器电路(U1D)的电路结构图；

图7为具体实施方式所述接收管反向串联并与积分电路、比较器电路连接的电路结构图；

图8为具体实施方式所述光学检测装置设有基座、电池仓以及固定部的正视图。

附图标记说明：

10、外壳；20、检测单元；30、通讯单元；40、电路板；201、发射管；202、接收管；50、指示灯；60、基座；70、电池仓；80、固定部。

具体实施方式

为详细说明技术方案的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合具体实施例并配合附图详予说明。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中各个位置出现的“实施例”一词并不一定指代相同的实施例，亦不特别限定其与其它实施例之间的独立性或关联性。原则上，在本申请中，只要不存在技术矛盾或冲突，各实施例中所提到的各项技术特征均可以以任意方式进行组合，以形成相应的可实施的技术方案。

除非另有定义，本文所使用的技术术语的含义与本申请所属技术领域的技术人员通常理解的含义相同；本文中对相关术语的使用只是为了描述具体的实施例，而不是旨在限制本申请。

在本申请的描述中，用语“和/或”是用于描述对象之间逻辑关系的表述，表示可以存在三种关系，例如A和/或B，表示：存在A，存在B，以及同时存在A和B这三种情况。另外，本文中字符“/”一般表示前后关联对象是一类“或”的逻辑关系。

在本申请中，诸如“第一”和“第二”之类的用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实际的数量、主次或顺序等关系。

在没有更多限制的情况下，在本申请中，语句中所使用的“包括”、“包含”、“具有”或者其他类似的表述，意在涵盖非排他性的包含，这些表述并不排除在包括所述要素的过程、方法或者产品中还可以存在另外的要素，从而使得包括一系列要素的过程、方法或者产品中不仅可以包括那些限定的要素，而且还可以包括没有明确列出的其他要素，或者还包括为这种过程、方法或者产品所固有的要素。

与《审查指南》中的理解相同，在本申请中，“大于”、“小于”、“超过”等表述理解为不包括本数；“以上”、“以下”、“以内”等表述理解为包括本数。此外，在本申请实施例的描述中“多个”的含义是两个以上(包括两个)，与之类似的与“多”相关的表述亦做此类理解，例如“多组”、“多次”等，除非另有明确具体的限定。

在本申请实施例的描述中，所使用的与空间相关的表述，诸如“中心”“纵向”“横向”“长度”“宽度”“厚度”“上”“下”“前”“后”“左”“右”“竖直”“水平”“垂直”“顶”“底”“内”“外”“顺时针”“逆时针”“轴向”“径向”“周向”等，所指示的方位或位置关系是基于具体实施例或附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请的具体实施例或便于读者理解，而不是指示或暗示所指的装置或部件必须具有特定的位置、特定的方位、或以特定的方位构造或操作，因此不能理解为对本申请实施例的限制。

除非另有明确的规定或限定，在本申请实施例的描述中，所使用的“安装”“相连”“连接”“固定”“设置”等用语应做广义理解。例如，所述“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体设置；其可以是机械连接，也可以是电连接，也可以是通信连接；其可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连；其可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本申请所属技术领域的技术人员而言，可以根据具体情况理解上述用语在本申请实施例中的具体含义。

请参阅图1到图8，本实施例提供一种雨天传感器的光学检测装置，包括外壳10以及设置于所述外壳10内部的检测单元20、通讯单元30和电路板40，所述检测单元20、所述通讯单元30分别与所述电路板40通讯连接，所述外壳10的顶部设有倾斜的透明反射面101，所述外壳10可采用玻璃或者透明塑料材质，可以仅在所述反射面101区域为透明，优选的，所述外壳10为整体透明，便于一体成型，省去部件之间的连接，提升防水防尘性能。所述电路板40用于设置控制电路，可包括运放电路和控制芯片，用于接收光信号并转化为电信号，通过控制芯片计算得到降雨数据。优选的，参阅图5，所述电路板40还包括有积分电路(U1A)，所述接收管202通过所述积分电路连接到所述电路板40。所述积分电路用于把接收管202到得的光信号转化为模拟电压信号，根据模拟电压信号的大小可以得出雨量的大小。优选的，参阅图5，所述电路板40还包括有比较器电路(U1D)，所述接收管202通过所述比较器电路连接到所述电路板40。所述比较器电路用于把光信号的变化快慢转化成数字脉冲信号，根据数字脉冲信号的频率可以得出雨滴下落的频率与密度。同时设置所述积分电路和所述比较器电路，能够实现同时检测雨量大小和雨滴的密度的功能。所述通讯单元30为无线通讯单元30，例如天线，通过所述通讯单元30实现与上位机的通讯，例如接收上位机的检测指令或者向上位机传送雨量数据。所述反射面101的内侧设置所述检测单元20，所述反射面101的内侧指所述外壳10的内部，所述检测单元20包括有发射管201(D1、D2)和接收管202(D5、D6)。所述检测单元20的电路结构参阅图3和图4。所述发射管201为红外发射管201，其可以将电能直接转换成近红外光(不可见光)并能辐射出去，红外发射管201可使用砷化镓(GaAs)、砷铝化镓(GaAlAs)等材料，采用全透明或浅蓝色、黑色的树脂封装。所述接收管202用于接收所述发射管201所发出的光线，当所述发射管201为红外发射管201时，其相对应的可采用红外接收管202，其是将红外线光信号变成电信号的半导体器件，即用来接收和感应红外发射管201发出的红外线光线。所述发射管201发射光线经所述反射面101反射到达所述接收管202，且所述发射管201的光线与反射面101的入射角介于光由反射面101进入空气的临界角和光由反射面0进入雨水的临界角之间。以所述反射面101为玻璃为例，光由玻璃(折射率1.5)进入空气的临界角约为41.5°，光由玻璃(折射率1.5)进入水(折射率1.33)的临界角约为62.5°，则所述发射管201的光线与外壳10的入射角介于41.5°与62.5°之间。需要说明的是，临界角是折射角为90度时对应的入射角，只有光线从光密介质进入光疏介质且入射角大于或等于临界角时，才会发生全反射。光由光密介质进入光疏介质时，要离开法线折射。当入射角θ增加到某种情形时，折射线延表面进行，即折射角为90°，该入射角θ称为临界角。若入射角大于临界角，则无折射，全部光线均返回光密介质。临界角是使得全内反射发生的最少的入射角。

入射角是从折射界面的法线量度计算的。临界角θ_c可从以下方程式计算：

其中n₂是较低密度介质的折射率，及n₁是较高密度介质的折射率。当入射光线是准确的等于临界角，折射光线会循折射界面的切线进行。以可见光由玻璃进入空气(或真空)为例，临界角约为41.5°。

因此，当处于未下雨天气时，所述反射面101的外侧为空气，即在所述反射面101的外侧只有空气没有任何雨水的情况下，所述反射面101的材质以玻璃为例，所述发射管201的光线射入所述反射面101，由于其入射角介于光由反射面101进入空气的临界角和光由反射面101进入雨水的临界角之间，即入射角大于光由反射面101进入空气的临界角，光线被所述反射面101全反射后被所述接收管202全部接收，反射线较强。当处于下雨天气时，所述反射面101的外侧被雨水覆盖，所述发射管201的光线射入所述反射面101，而由于所述反射面101的外侧的介质发生了改变，由空气转变为雨水，所述发射管201的光线射入所述反射面101的入射角小于光由反射面101进入雨水的临界角，未能产生全反射，部分光线产生散射效果或通过雨水折射，导致经所述反射角反射进入所述接收管202的光线变弱。通过所述接收管202所接收到的光线强弱变化实现对是否降雨的判断，当雨量越大时，单位时间内所述反射面101的外侧被雨水的覆盖时间更长，被散射、折射的光线越多，从而使得单位时间内所述接收管202所接收到的反射光线越少，从而实现通过所述接收管202接收到的光线强度来判断雨量的大小，同时可根据所述接收管202接收到的光线变化快慢来判断雨滴的频率与密度。需要说明的是，将光信号转化为模拟电压信号或者数字脉冲信号的技术方案参考现有技术即可，例如车载雨量测量器，本新型不涉及对软件方面的改进。

本新型通过在外壳10上设置倾斜透明反射面101，在外壳10内部设置检测单元20，检测单元20包括相互配合的发射管201和接收管202，发射管201发射光线经反射面101反射到达接收管202，且发射管201的光线与外壳10的入射角介于光由外壳10进入空气的临界角和光由外壳10进入雨水的临界角之间，通过反射角外侧的介质变化(空气与雨水)，使得反射面101所反射的光线发生强弱变化，通过接收器将该变化转化为电信号传输至电路板40，实现雨量检测功能，并且通过天线实现远程传输功能，同时由于各器件全部设置于外壳10内部即可实现雨量检测，雨水无需与电子器件进行直接接触，提升了防水性能，延长产品寿命。

在优选的实施例中，所述反射面101与水平面的夹角为45℃，通过45°的倾斜角度，使得雨水不会过久的停留或者过快的滑落，不影响持续检测，同时灰尘不易在斜面停留，也可起到一定的防尘效果。进一步地，所述发射管201水平设置，所述接收管202竖直设置，所形成的光路结构为：所述发射管201从中心水平往外侧方向发出光线，经过所述外壳10的透明反射面101的45°斜面反射后垂直向下到达接收管202位置。

在某些实施例中，所述检测单元20有多个，即重复成倍地增加反射面101、配套检测单元20以及相关电路，使得所述装置可以进行多点检测，并入综合逻辑判断中，提高可靠性，提高检测精度，减少误报率。

在实际使用中，存在外部光源对接收管202的信号干扰的情形，例如太阳光直射，尤其是晴天雨天气，需要在强光条件下对雨量进行检测，为了实现在强光下依然可以正常工作，在某些实施例中，所述检测单元20的个数为偶数，且每两个所述接收管202分别反向串联(参阅图7中D5和D6)，通过两个所述接收管202的反向串联使用达到滤除太阳光照射干扰的效果，以两个检测单元20为例，其作用原理是因为太阳光会同时晒照射到两个接收管202，通过反向串联，可以使两个接收管202的信号相互抵消。需要说明的是，太阳光强度变化是一个缓慢的过程，不会触发快速信号变化。而两个发射管201的光信号是分时反射到对应的两个接收管202上，从而实现滤除太阳光照射干扰，实现强光下的正常工作。

在某些实施例中，还包括有指示灯50，所述指示灯50与所述电路板40电连接。通过所述指示灯50提示装置的工作状态，便于工作人员判断装置是否正常工作，或通过灯光判断故障类型。

在某些实施例中，还包括有基座60，所述外壳10盖设于所述基座60上，所述基座60内设有电池仓70。通过所述基座60提供容置更多电子器件的容置空间，例如所述电池仓70，便于产品的功能拓展。进一步地，还包括有固定部80，所述固定部80设置于所述基座60的外侧面上。所述固定部80用于提供与外部结构连接的固定结构，例如带孔条、凹槽、凸块等。需要说明的是，尽管在本文中已经对上述各实施例进行了描述，但并非因此限制本实用新型的专利保护范围。因此，基于本实用新型的创新理念，对本文所述实施例进行的变更和修改，或利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，直接或间接地将以上技术方案运用在其他相关的技术领域，均包括在本实用新型专利的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种雨天传感器的光学检测装置，其特征在于：包括外壳以及设置于所述外壳内部的检测单元、通讯单元和电路板，所述检测单元、所述通讯单元分别与所述电路板通讯连接，所述外壳的顶部设有倾斜的透明反射面，所述反射面的内侧设置所述检测单元，所述检测单元包括有发射管和接收管，所述发射管发射光线经所述反射面反射到达所述接收管，且所述发射管的光线与反射面的入射角介于光由反射面进入空气的临界角和光由反射面进入雨水的临界角之间。

2.根据权利要求1所述的一种雨天传感器的光学检测装置，其特征在于：所述反射面与水平面的夹角为45℃。

3.根据权利要求2所述的一种雨天传感器的光学检测装置，其特征在于：所述发射管水平设置，所述接收管竖直设置。

4.根据权利要求1所述的一种雨天传感器的光学检测装置，其特征在于：所述检测单元有多个。

5.根据权利要求1所述的一种雨天传感器的光学检测装置，其特征在于：所述检测单元的个数为偶数，且每两个所述接收管分别反向串联。

6.根据权利要求1所述的一种雨天传感器的光学检测装置，其特征在于：所述电路板还包括有积分电路，所述接收管通过所述积分电路连接到所述电路板。

7.根据权利要求1所述的一种雨天传感器的光学检测装置，其特征在于：所述电路板还包括有比较器电路，所述接收管通过所述比较器电路连接到所述电路板。

8.根据权利要求1所述的一种雨天传感器的光学检测装置，其特征在于：还包括有指示灯，所述指示灯与所述电路板电连接。

9.根据权利要求1所述的一种雨天传感器的光学检测装置，其特征在于：还包括有基座，所述外壳盖设于所述基座上，所述基座内设有电池仓。

10.根据权利要求9所述的一种雨天传感器的光学检测装置，其特征在于：还包括有固定部，所述固定部设置于所述基座的外侧面上。