DE102006010328A1 - Piezoelectric sensor for e.g. determining impulses of individual drops impinging on measuring surface, has crystal converting impulse of drop into electrical signal, where amplitude of signal is expression of impulses of drops - Google Patents
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- G01—MEASURING; TESTING
- G01W—METEOROLOGY
- G01W1/00—Meteorology
- G01W1/14—Rainfall or precipitation gauges
Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen piezoelektrischen Sensor zur Messung von Niederschlagsereignissen und zur Bestimmung des Impulses jedes einzelnen, auf der Messfläche auftreffenden, Tropfens.The The invention relates to a piezoelectric sensor for measuring Precipitation events and for determining the momentum of each individual the measuring surface striking, drop.
Um Niederschlagsereignisse unterschiedlichen Ursprungs näher zu charakterisieren und zu klassifizieren werden geeignete Messgeräte benötigt. Herkömmliche Messgeräte wie der Messzylinder oder die Regenwippe dienen der Bestimmung der Gesamtniederschlagsmenge.Around To characterize precipitation events of different origins and to classify suitable measuring instruments are needed. Conventional measuring devices like the Measuring cylinder or the rain seesaw serve to determine the total amount of precipitation.
Visuelle Messsysteme können mittels Kameras oder Laser einzelne Tropfen oder Schneeflocken optisch ausmessen.visual Measuring systems can by means of cameras or lasers single drops or snowflakes optically measure.
Darüber hinaus existieren Niederschlagsradare die hauptsächlich zur Wetterforschung eingesetzt werden, indem sie den Wasseranteil in großen Luftvolumina anhand deren Radarreflektivitäten bestimmen.Furthermore Precipitation radars exist mainly for weather research be used by measuring the water content in large volumes of air based on their radar reflectivities determine.
Das Joss-Waldvogel Distrometer bestimmt mittels eines Sensors auf Basis des Induktionsprinzips und einem separaten Prozessors einzelne Wassertropfen mechanisch.The Joss-Waldvogel Distrometer determined by means of a sensor based the induction principle and a separate processor single drops of water mechanically.
Herkömmliche Messgeräte und Niederschlagsradare sind nicht in der Lage, über die Bestimmung des Gesamtniederschlagvolumens hinaus, das Niederschlagsereignis weiter zu charakterisieren und zu analysieren. Darüber hinaus sind das Niederschlagsradar sowie die optische Messsysteme meist ortsgebunden und äußerst unflexibel, störanfällig, wartungsintensiv und sehr teuer.conventional Measuring device and precipitation radars are unable to determine the total precipitation volume to further characterize the precipitation event and analyze. About that In addition, the precipitation radar and the optical measuring systems mostly localized and extremely inflexible, susceptible to faults, maintenance-intensive and very expensive.
Darüber hinaus sind alle aufgeführten Messsysteme nur für wenige spezielle Anwendungsgebiete geeignet und, mit Ausnahme des Messzylinders und der Regenwippe, nur für natürliche Niederschlagsereignisse anwendbar.Furthermore are all listed Measuring systems only for few special fields of application are suitable and, with the exception of Measuring cylinder and rain seesaw, only for natural precipitation events applicable.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein kostengünstiges, robustes und gegenüber Störeinflüssen unanfälliges Messgerät für Niederschlagsereignisse darzustellen. Dabei soll das Messgerät in der Lage sein, möglichst präzise, einzelne Tropfen zu registrieren und deren Masse, Durchmesser oder Volumina wiederzugeben. Die gewonnenen erzeugten Signale können beispielsweise verwendet werden um ein Spektrum der Tropfengrößenverteilung zu erstellen. Darüber hinaus soll es möglichst kompakt, ortsungebunden und flexibel einsetzbar sein, um Niederschläge verschiedensten Ursprungs, sowohl natürlich als auch künstlich erzeugt, zu messen.task It is the object of the invention to present a cost-effective, robust measuring device, which is not susceptible to interference, for precipitation events. The measuring device should to be able as possible precise, to register individual drops and their mass, diameter or Reproduce volumes. The obtained signals generated, for example used to create a spectrum of droplet size distribution. Furthermore it should be possible compact, non-mobile and flexible in use for precipitation of all kinds Origin, both natural as well as artificial generated, measure.
Diese
Aufgabe wird durch die Eingliederung des piezoelektrischen Sensors
in ein dreiteiliges Meßsystem,
wie in der
- I. Den mechanischen Teil Messsystems stellt der Piezosensor dar. Mit dessen Hilfe ist es möglich, jedes einzelne Niederschlagsereignis, dem Auftreffen eines Tropfens auf der Messempfindlichen Oberfläche zu registrieren. Dabei gibt der Sensor nicht nur Auskunft über die Tropfenanzahl durch die Anzahl der Signale, sondern drückt darüber hinaus den Impuls des Tropfens in Form der Amplitude aus.
- II. Die durch den Sensor (
I ) erzeugten Signale werden anschließend durch einen Operationsverstärker verstärkt. - III. Daraufhin werden die verstärkten Signale in den analogen Line-Eingang der Soundkarte eines Computers oder alternativ in einen beliebigen Audiorecorder eingespeist.
- I. The mechanical part of the measuring system represents the piezoelectric sensor. With its help it is possible to register every single precipitation event, the impact of a drop on the measuring surface. The sensor not only provides information on the number of drops by the number of signals, but also expresses the pulse of the drop in the form of the amplitude.
- II. The through the sensor (
I ) are then amplified by an operational amplifier. - III. The amplified signals are then fed into the analog line input of a computer's sound card or alternatively into any audio recorder.
Die Aufzeichnungen können anschließend durch eine beliebige Auswertungssoftware am Computer verarbeitet werden. Bei Aufzeichnungen durch einen alternativen Audiorecorder gilt es zuvor diese auf einen Computer über den analogen Line-Eingang der Soundkarte einzuspeisen.The Records can then through Any evaluation software will be processed on the computer. When recording through an alternative audio recorder it applies previously this on a computer over to feed the analog line input of the sound card.
Die freie Wahl des Aufzeichnungsgeräts, der Auswertungssoftware und der Auswertungsparameter bietet eine Hohe Flexibilität und vielseitige Einsatzmöglichkeiten.The free choice of recording device, the evaluation software and the evaluation parameter offers a High flexibility and versatile uses.
Die geringen Außenmaße des Piezosensors ermöglichen die Ortsungebundenheit und Mobilität des Messsystems.The allow small external dimensions of the piezoelectric sensor the location independence and mobility of the measuring system.
Durch den Einsatz einfacher Materialien und günstiger Bauteile für den Bau des Piezosensors resultieren günstige Materialkosten.By the use of simple materials and cheaper components for construction the piezo sensor result favorable Material costs.
Durch den simplen Aufbau und die Wahl robuster Einzelkomponenten ist eine hohe Witterungsbeständigkeit und Zuverlässigkeit gewährleistet.By the simple structure and the choice of robust single components is one high weather resistance and reliability guaranteed.
Der simple mechanische Aufbau und die geringe mechanische Beanspruchung begünstigen eine niedrige Wartungsintensität.Of the simple mechanical design and low mechanical stress favor one low maintenance intensity.
Es wird eine hohe Messpräzision und eine hohe Informationsqualität durch die freie Wahl der Auswertungssoftware, der Auswertungsparameter und der Darstellungsform ermöglicht.It becomes a high measuring precision and a high quality of information through the free choice of the evaluation software, the evaluation parameters and the form of representation allows.
Ausführungsbeispiele sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben.embodiments are shown in the drawings and will be described in more detail below.
Die geometrische Grundform:The geometric basic form:
Bei
der Wahl der Grundform muss eine an die Formation der Piezoelemente
angepasste geometrische Form gewählt
werden. Bei der optimalen Formation aus drei piezoelektrischen Elementen
auf drei Achsen mit einem Zwischenwinkel von jeweils 120°, gilt es
das gleichseitige Dreieck als geometrische Basis zu wählen (siehe
Die Piezoelemente:The piezo elements:
Als
Piezoelemente können
piezoelektrische Kristallscheiben mit beliebigen Durchmessern und Dicken
gewählt
werden. Durch Aufeinanderstapelung mehrer Scheiben ist es möglich die
Empfindlichkeit zu optimieren. Als kostengünstige Möglichkeit bietet sich der Einsatz
von piezoelektrischen Elementen aus Feuerzeugzündern an. Hierzu gilt es diese
gemäß der
Der Aufbau:The structure:
Die Basis stellt eine möglichst starke Grundplatte aus einem geeigneten Metall dar, deren Seitenlänge die effektive Messoberfläche bestimmt. Die Grundplatte wird zugunsten einer Resonanzarmut, Stabilität und Standfestigkeit massiv gewählt. Sie besitzt in den äußersten Ecken jeweils eine Bohrung die den Maßen der Piezoelemente, bzw. dem Metallzylinder des Feuerzeugzünders entspricht. In diese Bohrung sind die piezoelektrischen Elemente eingesetzt. Die Bohrungen sind so gewählt, dass die Metallzylinder sehr fest sitzen und wenig Spielraum auf horizontaler Ebene haben. Darüber hinaus wird gewährleistet, dass der Boden der piezoelektrischen Elemente auf dem Boden der Bohrung aufliegt. Die Bohrungen der Löcher sind so gewählt, dass die Piezoelemente in allen drei Ecken gleich und möglichst tief aufsitzen um die Bewegungsspielräume möglichst gering zu halten und ein bündiges Aufliegen der Deckplatte zu sichern.The Basis is one possible strong base plate made of a suitable metal, whose side length the effective measuring surface certainly. The base plate is in favor of low resonance, stability and stability chosen massively. She owns in the extreme Corners each have a bore the dimensions of the piezoelectric elements, or corresponds to the metal cylinder of the lighter lighter. In this hole are the piezoelectric elements used. The holes are chosen so that the metal cylinders sit very tightly and little leeway on horizontal Level have. About that it also ensures that the bottom of the piezoelectric elements on the bottom of the Bore rests. The holes of the holes are chosen so that the piezo elements in all three corners the same and as deep as possible sit around the movement scope preferably to keep low and a flush Secure the cover plate to rest.
Die geschirmten Anschlusskabel der Elemente sind gemeinsam oder separat durch Durchbohrungen der Grundplatte nach unten aus dem Gerät abgeführt. Die verwendeten Anschlusskabel können bei Bedarf auf der Platte fixiert werden, indem zusätzliche Durchbohrungen für Kabelbinder angefertigt werden. Des Weiteren können Standfüße montiert werden um ausreichend Bodenabstand und Schutz vor Störeinflüssen zu gewährleisten.The Shielded connection cables of the elements are common or separate By drilling through the base plate down from the device. The used connection cables If necessary, be fixed on the plate by adding additional Through holes for Cable ties are made. Furthermore, feet can be mounted to sufficient Ground clearance and protection against interference guarantee.
Außerdem befindet sich auf der Unterseite der Grundplatte eine zentrale Durchbohrung neben der links und rechts jeweils eine weitere Bohrung angefertigt ist. Hier ist ein Metallbügel bündig eingesteckt, an welchen eine Zugfeder eingehängt wird.Also located on the underside of the base plate a central perforation next to the left and right each made another hole is. Here is a metal hanger flush inserted, to which a tension spring is hung.
Das andere Ende der Zugfeder ist an der Deckplatte aus möglichst leichtem und resonanzarmen Material eingehängt.The other end of the tension spring is possible on the cover plate as possible mounted light and low-resonance material.
Hierzu ist eine kleine Schraube mit einem Loch im Gewinde im zentralen Punkt der Deckplatte eingesetzt. Die Schraube kann durch eine kleine Mutter samt Beilagscheibe fixiert werden.For this is a small screw with a hole in the thread in the central Point of the cover plate inserted. The screw can be replaced by a small one Nut and washer are fixed.
Die Deckplatte besitzt zudem drei Seitenschürzen aus Metall. Diese verhindern das direkte Eindringen von Wasser und verbessert die Abschirmung gegen Störstrahlung. Um eine bestmögliche Abschirmung gegen Wasser und Strahlung zu erzielen, sind die Ecken zusätzlich mit Silikon abgedichtet und die Deckplatte über die Feder zusammen mit der Grundplatte geerdet.The Cover plate also has three side skirts made of metal. Prevent these the direct penetration of water and improves the shielding against interference. For the best possible shielding to achieve water and radiation, the corners are in addition to Silicone sealed and the cover plate over the spring along with the base plate grounded.
Als
Beispiel für
einen Aufbau kann
Claims (7)
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE200610010328 DE102006010328A1 (en) | 2006-03-07 | 2006-03-07 | Piezoelectric sensor for e.g. determining impulses of individual drops impinging on measuring surface, has crystal converting impulse of drop into electrical signal, where amplitude of signal is expression of impulses of drops |
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DE102006010328A1 true DE102006010328A1 (en) | 2007-09-13 |
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ID=38335861
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DE200610010328 Withdrawn DE102006010328A1 (en) | 2006-03-07 | 2006-03-07 | Piezoelectric sensor for e.g. determining impulses of individual drops impinging on measuring surface, has crystal converting impulse of drop into electrical signal, where amplitude of signal is expression of impulses of drops |
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Country | Link |
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-
2006
- 2006-03-07 DE DE200610010328 patent/DE102006010328A1/en not_active Withdrawn
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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