EP3191875A1 - Precipitation sensor, in particular hail sensor, and method for detecting a particle of precipitation - Google Patents
Precipitation sensor, in particular hail sensor, and method for detecting a particle of precipitationInfo
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- EP3191875A1 EP3191875A1 EP15766386.5A EP15766386A EP3191875A1 EP 3191875 A1 EP3191875 A1 EP 3191875A1 EP 15766386 A EP15766386 A EP 15766386A EP 3191875 A1 EP3191875 A1 EP 3191875A1
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- EP
- European Patent Office
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- precipitation
- transducer
- particle
- impact
- baffle plate
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01W—METEOROLOGY
- G01W1/00—Meteorology
- G01W1/14—Rainfall or precipitation gauges
Definitions
- the invention relates to a precipitation sensor, in particular a hail sensor, which generates a prismatic body, a transducer for registering vibrations which are caused by the impact of at least one particle of Niederschiagsteilchens on the impact body, and a device for evaluation comprises electrical signals generated by the transducer.
- the invention further relates to a method for the detection of a Niederschiagsteilchens.
- a precipitation sensor of the type mentioned at the beginning is known from DE 103 30 828 A1 of the applicant.
- the transducer of this precipitation sensor is coupled via a vibration transmitting to the transducer solid body to the Pralipiatte, wherein the solid body forms a connected to the Pralipiatte at the edge of the base of the Pralipiatte.
- the invention has for its object to provide a Niederschiagssensor of the aforementioned type, the kinetic energies of the precipitation teiichen can determine in a larger compared to the known precipitation sensors Energyberelch.
- this object is achieved in that the evaluation device is provided for separately evaluating the signals which the converter generates in successive measurement time intervals after impact.
- the vibrations can be measured, which are caused by precipitation particles with a relatively low kinetic energy and have an amplitude of such a size in that the converter can therefrom generate signals which correctly characterize the oscillations.
- the precipitation particle strikes with such a high kinetic energy as to cause a vibration whose amplitude during the first measuring time interval is so great that it lies outside a measuring range which the transducer can correctly evaluate, the signals will be in one on the first Measuring time interval following second measuring time interval, to which the
- Vibration due to an attenuation have become lower and within the measuring range of the transducer, evaluated.
- further measuring time intervals may be provided at later times for which the signals are evaluated, provided that no evaluation can take place in the respective preceding measuring time intervals because the vibrations occurring in each case lie outside the measuring range which the converter can correctly evaluate.
- the measurement time intervals are expediently provided within 200 ms, preferably within 150 ms, after impact.
- the size of the measuring time intervals and / or the time interval of the measuring time intervals of the impact of the precipitation particle depending on the structure, shape and structure of the baffle body are set.
- the kinetic energy in a large energy range can be determined by the evaluation in the various measuring time intervals by means of the transducer, even if it only comprises a relatively small measuring range, in which the kinetic energy can be determined directly from the signals generated correctly.
- At least two, preferably at least three, of the measuring time intervals, which are preferably formed at a time interval from one another, are provided.
- the time interval is at least 5 ms.
- the evaluation device is set up to analyze the amplitudes and / or the frequency of the signals.
- the evaluation device is also possible by means of frequency analysis to determine a density and / or a hardness of the precipitate, in particular the hailstone, because precipitate particles having a relatively high density or a relatively high hardness, Compared to precipitation particles, which have a low density or a low hardness, cause vibrations of higher frequencies.
- the kinetic energy can be determined even more precisely.
- the frequency is included for determining the kinetic energy, it can be taken into account that precipitate particles, in particular hailstones, different densities or hardnesses interact with the impact body in various ways.
- a precipitate of relatively low density or hardness for example, a hailstone with high porosity
- a collision with the collision occurs, resulting in deformation of the precipitate which has a greater plastic fraction than if a precipitating filament has the same kinetic energy in comparison with greater density or hardness, for example, a hailstone without porosity, strikes the baffle.
- the evaluation device has a filter, which is preferably set up to suppress low frequencies in order to avoid signal distortions due to ringing. Furthermore, erroneous measurements can be filtered out, which can occur if several of the precipitation particles impinge successively on the impact body in too short time intervals.
- the transducer is coupled to a side of the baffle body, which faces away from an impact surface of the baffle body, on which the precipitation particles strike.
- the transducer While it would be conceivable to arrange the transducer directly on the baffle body, it is in a particularly preferred embodiment of the invention via a vibration on the transducer-transmitting solid body, which is fixedly connected to the baffle body, coupled to the baffle body, wherein the solid body preferably acts as a damper for transmitting the vibrations to the transducer.
- the solid body expediently keeps the transducer at a distance, preferably at least 5 mm, from the impact body.
- the baffle body is formed by a baffle plate.
- the transducer is preferably arranged at a vertical projection on the baffle plate in the middle of the baffle plate. In this arrangement, the largest possible independence of the size of the signal results from a location where the precipitate particle occurs on the baffle plate.
- the converter itself is expediently likewise plate-shaped.
- it is a piezoelectric transducer, which rests with its flat plate surface against a flat surface of the impact body or the solid body and is preferably glued thereto.
- the precipitation sensor comprises a holding device which holds the baffle plate inclined to the horizontal.
- the surface of the baffle plate is expediently as smooth as possible, so that ice particles can slip off it. So it can only come to a slight extent to distortions of the signals to be evaluated by ice or water on the baffle plate.
- a potential for damage which has or have one or more of the precipitation particles by impact, in particular on a building or other object, for example a vehicle.
- Fig. 1 a precipitation sensor according to the invention in different
- a In Flg. 1 comprises an octagonal baffle plate 2 made of polycarbonate, which is screwed to a holder 6, which keeps the baffle plate 2 inclined to the horizontal.
- a transfer plate 5 also made of polycarbonate, is mounted in the middle of the baffle plate 2 in a vertical projection on the plate 2.
- a plate-shaped piezoelectric transducer 3 is arranged, which is connected to an evaluation device 4 via connecting leads, not shown here, which can have devices for remote data transmission.
- the ejection device 4 is intended to perform an amplitude analysis and a frequency analysis by means of the transducer 3 generated signals.
- the amplitude analysis is provided in such a way that let kinetic energies of precipitation particles, which impinge on the Praliplatte 2, ermittein.
- the evaluation device 4 is provided for determining a hardness and / or a density of the impacting precipitation particles by the frequency analysis.
- the piezoelectric transducer 3 If a hailstone with a diameter of 10 mm strikes a drop height of 1 m on the slab plate 2, the piezoelectric transducer 3 generates a measuring signal, which is shown in FIG. 2a, due to the oscillation caused. That in a first, on the Impact following time interval M1 generated measurement signal is in a range of the piezoelectric transducer 3, in which from the measurement signal can be determined correctly kinetic energy of the precipitation particle.
- Amplitude analysis is determined from the measurement signal from the measurement interval Ml, the kinetic energy of the hailstone.
- a measurement signal is generated in the time interval M 1 whose intensity is too great for the correct determination of the kinetic energy from the measurement signal.
- a time interval M2 is used to determine the kinetic energy, which starts at a later time than the time interval M l and at which the vibration has already been significantly attenuated.
- the time interval M2 expediently commences at least 10 ms after the precipitation particle has impacted, wherein a time interval of at least 5 ms preferably lies between the end of the time interval M1 and the time interval M2.
- the kinetic energy is determined by frequency analysis of the signal in a later time arranged time interval M3.
- the time interval M3 preferably ends within 150 ms after the impact of the hailstone.
- the amplitude analysis and the frequency analysis are combined to determine the kinetic energy. Based on the information on the density or hardness of the precipitating particle, which can be obtained from the frequency analysis, it is taken into account for the determination of the kinetic energy that by impacting particles of lower density or hardness, a signal is produced which is a smaller one
Abstract
The invention relates to a precipitation sensor, in particular hail sensor, which comprises a baffle element (2) and a transducer (3) for registering vibrations which are brought about by at least one particle of precipitation striking against the baffle element (2), and to a device (4) for evaluating electrical signals generated by means of the transducer (3). According to the invention, the evaluation device (4) is provided to separately evaluate the signals, which the transducer (3) generates in successive measuring time intervals (M1, M2, M3) after the striking, in order to determine a kinetic energy of the particle of precipitation. The invention furthermore relates to a method for detecting a particle of precipitation.
Description
Bei ifi lb og; Hochschule für Technik und Wirtschaft des Saarlandes, D-661 1 7 Saarbrücken Ifi lb og; University of Applied Sciences Saarland, D-661 1 7 Saarbrücken
„Niederschlagssensor, insbesondere Hagelsensor, und Verfahren zur Detektion eines Niederschiagsteilchens" Die Erfindung betrifft einen Niederschlagssensor, insbesondere Hagelsensor, der einen Pralikörper, einen Wandler zur Registrierung von Schwingungen, die durch Aufschlagen zumindest eines Niederschiagsteilchens auf den Prallkörper hervorgerufen werden, und eine Einrichtung zur Auswertung mittels des Wandlers erzeugter elektrischer Signale umfasst. The invention relates to a precipitation sensor, in particular a hail sensor, which generates a prismatic body, a transducer for registering vibrations which are caused by the impact of at least one particle of Niederschiagsteilchens on the impact body, and a device for evaluation comprises electrical signals generated by the transducer.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Detektion eines Niederschiagsteilchens. The invention further relates to a method for the detection of a Niederschiagsteilchens.
Ein Niederschlagsensor der eingangs genannten Art geht aus der DE 103 30 828 AI der Anmelderin hervor. Der Wandler dieses Niederschlagssensors ist über einen die Schwingungen auf den Wandler übertragenden festen Körper an die Pralipiatte gekoppelt, wobei der feste Körper einen mit der Pralipiatte an deren Rand verbundenen Unterbau der Pralipiatte bildet. A precipitation sensor of the type mentioned at the beginning is known from DE 103 30 828 A1 of the applicant. The transducer of this precipitation sensor is coupled via a vibration transmitting to the transducer solid body to the Pralipiatte, wherein the solid body forms a connected to the Pralipiatte at the edge of the base of the Pralipiatte.
Aus der EP 0 422 551 Bl ist ein Niederschlagssensor bekannt, auf dessen Pralipiatte über einer Klebeschicht ein piezoelektrischer Wandler befestigt ist. Durch Auswertung der von dem Wandler gelieferten elektrischen Signale kann mittels einer Frequenzanaiyse zwischen auftreffenden Regentropfen, Hagelkörnern und From EP 0 422 551 B1 a precipitation sensor is known, on the Pralipiatte a piezoelectric transducer is attached over an adhesive layer. By evaluating the electrical signals supplied by the transducer can by means of a Frequenzanaiyse between incident raindrops, hailstones and
Schneeflocken unterschieden werden. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Niederschiagssensor der eingangs genannten Art zu schaffen, der kinetische Energien der Niederschlags- teiichen in einem im Vergleich zu den bekannten Niederschlagssensoren größeren Energieberelch bestimmen kann.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass die Auswerteeinrichtung dazu vorgesehen ist, die Signale, die der Wandler in aufeinander folgenden Messzeitintervallen nach dem Aufschlagen erzeugt, separat auszuwerten. In einem ersten, in einem relativ kurzen zeitlichen Abstand von dem Aufschlagen vorgesehenen Messzeitintervall, vorzugsweise in einem zeitlichen Mindestabstand von zumindest 2 ms, lassen sich die Schwingungen messen, die von Niederschlagsteilchen mit einer verhältnismäßig geringen kinetischen Energie hervorgerufen werden und eine Amplitude einer derartigen Größe aufweisen, dass der Wandler daraus Signale erzeugen kann, die die Schwingungen korrekt charakterisieren.Snowflakes are distinguished. The invention has for its object to provide a Niederschiagssensor of the aforementioned type, the kinetic energies of the precipitation teiichen can determine in a larger compared to the known precipitation sensors Energieberelch. According to the invention, this object is achieved in that the evaluation device is provided for separately evaluating the signals which the converter generates in successive measurement time intervals after impact. In a first, provided at a relatively short time interval from the impact measurement interval, preferably in a minimum time interval of at least 2 ms, the vibrations can be measured, which are caused by precipitation particles with a relatively low kinetic energy and have an amplitude of such a size in that the converter can therefrom generate signals which correctly characterize the oscillations.
Trifft das Niederschlagsteilchen dagegen mit einer derart großen kinetischen Energie auf, dass eine Schwingung hervorgerufen wird, deren Amplitude während des ersten Messzeitintervalls so groß ist, dass sie außerhalb eines Messbereichs liegt, den der Wandler korrekt auswerten kann, werden die Signale in einem auf das erste Messzeitintervall folgenden zweiten Messzeitintervall, zu welchem die On the other hand, if the precipitation particle strikes with such a high kinetic energy as to cause a vibration whose amplitude during the first measuring time interval is so great that it lies outside a measuring range which the transducer can correctly evaluate, the signals will be in one on the first Measuring time interval following second measuring time interval, to which the
Schwingungen aufgrund einer Dämpfung geringer geworden sind und innerhalb des Messbereichs des Wandlers liegen, ausgewertet. Vibration due to an attenuation have become lower and within the measuring range of the transducer, evaluated.
In gleicher Weise können zu späteren Zeitpunkten weitere Messzeitintervalle vorgesehen sein, für die die Signale ausgewertet werden, sofern in den jeweils vor- herigen Messzeitintervallen keine Auswertung erfolgen kann, weil die jeweils auftretenden Schwingungen außerhalb des Messbereichs, den der Wandler korrekt auswerten kann, liegen. Zweckmäßigerweise sind die Messzeitintervalle innerhalb von 200 ms, vorzugsweise innerhalb von 150 ms, nach dem Aufschlagen vorgesehen. In the same way, further measuring time intervals may be provided at later times for which the signals are evaluated, provided that no evaluation can take place in the respective preceding measuring time intervals because the vibrations occurring in each case lie outside the measuring range which the converter can correctly evaluate. The measurement time intervals are expediently provided within 200 ms, preferably within 150 ms, after impact.
In einer Ausführungsform der Erfindung werden die Größe der Messzeitintervalle oder/und der zeitliche Abstand der Messzeitintervalle von dem Aufschlagen des Niederschlagsteilchens in Abhängigkeit von Aufbau, Form und Struktur des Prallkörpers festgesetzt. In one embodiment of the invention, the size of the measuring time intervals and / or the time interval of the measuring time intervals of the impact of the precipitation particle depending on the structure, shape and structure of the baffle body are set.
Vorteilhaft lässt sich durch die Auswertung in den verschiedenen Messzeitintervallen mittels des Wandlers die kinetische Energie in einem großen Energiebereich bestimmen, auch wenn er nur einen verhältnismäßig kleinen Messbereich umfasst, in dem die kinetische Energie unmittelbar aus den erzeugten Signalen korrekt bestimmt werden kann. Advantageously, the kinetic energy in a large energy range can be determined by the evaluation in the various measuring time intervals by means of the transducer, even if it only comprises a relatively small measuring range, in which the kinetic energy can be determined directly from the signals generated correctly.
Zweckmäßigerweise sind zumindest zwei, bevorzugt zumindest drei, der Messzeitintervalle, die vorzugsweise in zeitlichem Abstand voneinander gebildet sind, vor-
gesehen. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung Ist vorgesehen, dass der zeitliche Abstand mindestens 5 ms beträgt. Expediently, at least two, preferably at least three, of the measuring time intervals, which are preferably formed at a time interval from one another, are provided. seen. In a preferred embodiment of the invention it is provided that the time interval is at least 5 ms.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist die Auswerteeinrichtung zur Analyse der Amplituden und/oder der Frequenz der Signale eingerichtet. Neben der Ermittlung der kinetischen Energie des Niederschlagsteiichens anhand der Amplitudenanalyse Iässt sich mittels der Frequenzanaiyse ferner eine Dichte und/oder eine Härte des Niederschlagsteiichens, insbesondere des Hagelkorns, ermitteln, weil Niederschlagsteilchen, die eine verhältnismäßig große Dichte oder eine verhältnis- mäßig große Härte aufweisen, Im Vergleich zu Niederschlagsteilchen, die eine geringe Dichte bzw. eine geringe Härte aufweisen, Schwingungen größerer Frequenzen verursachen. In one embodiment of the invention, the evaluation device is set up to analyze the amplitudes and / or the frequency of the signals. In addition to the determination of the kinetic energy of the precipitate by means of the amplitude analysis, it is also possible by means of frequency analysis to determine a density and / or a hardness of the precipitate, in particular the hailstone, because precipitate particles having a relatively high density or a relatively high hardness, Compared to precipitation particles, which have a low density or a low hardness, cause vibrations of higher frequencies.
Werden, wie in einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, die Amplitudenanalyse und die Frequenzanalyse miteinander kombiniert, Iässt sich die kinetische Energie noch präziser ermittein. Wird die Frequenz zur Bestimmung der kinetischen Energie miteinbezogen, Iässt sich berücksichtigen, dass Niederschlagsfeilchen, insbesondere Hagelkörner, unterschiedlicher Dichten oder Härten auf verschiedene Weise mit dem Prallkörper wechselwirken. So findet beim Aufschlagen eines Niederschlagsteiichens einer verhältnismäßig geringen Dichte oder Härte, beispielsweise eines Hagelkorns mit großer Porosität, ein Stoß mit dem Prallkörper statt, der zu einer Verformung des Niederschiagteilchens führt, die die einen größeren plastischen Anteil aufweist als wenn mit derselben kinetischen Energie ein Niederschlagsfeilchen mit im Vergleich größerer Dichte oder Härte, beispielsweise ein Hagelkorn ohne Porosität, auf den Prallkörper aufschlägt. Dies hat zur Folge, dass beim Vergleich von Niederschlagsfeilchen gleicher kinetischer Energie, die unterschiedliche Härten oder Dichten aufweisen, beim Aufschlagen des Niederschlagsteiichens der geringeren Dichte oder Härte ein Signal verursacht wird, das eine kleinere Amplitude und eine kleinere Frequenz aufweist als das Signal, das von dem Niederschiagsteiichen der größeren Dichte oder Härte verursacht wird. If, as provided in a particularly preferred embodiment of the invention, the amplitude analysis and the frequency analysis are combined, the kinetic energy can be determined even more precisely. If the frequency is included for determining the kinetic energy, it can be taken into account that precipitate particles, in particular hailstones, different densities or hardnesses interact with the impact body in various ways. Thus, upon impact of a precipitate of relatively low density or hardness, for example, a hailstone with high porosity, a collision with the collision occurs, resulting in deformation of the precipitate which has a greater plastic fraction than if a precipitating filament has the same kinetic energy in comparison with greater density or hardness, for example, a hailstone without porosity, strikes the baffle. As a result, when comparing precipitation filaments of the same kinetic energy having different hardnesses or densities, a signal having a smaller amplitude and a smaller frequency than the signal coming from the impacting precipitate of lower density or hardness is caused the Niederschiagsteiichen of greater density or hardness is caused.
Zweckmäßigerweise Ist darüber hinaus vorgesehen, dass mitteis der Auswerteeinrichtung eine Zählung der auf den Prailkörper auftreffender Niederschlagsfeilchen durchgeführt wird. Expediently, it is additionally provided that, by means of the evaluation device, a count is made of precipitation particles which impinge on the prairie.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist die Auswerteeinrichtung einen Filter auf, der vorzugsweise dazu eingerichtet ist, niedrige Frequenzen zu unterdrücken, um Signalverfälschungen durch Nachschwingungen zu vermeiden.
Ferner lassen sich Fehlmessungen herausfiltern, die auftreten können, wenn mehrere der Niederschlagsteilchen in zu kurzen zeitlichen Abständen nacheinander auf den Prallkörper auftreffen. Zweckmäßigerweise ist der Wandler an eine Seite des Prallkörpers gekoppelt, die von einer Prallfläche des Prallkörpers, auf welche die Niederschlagsteilchen aufschlagen, abgewandt ist. Während es vorstellbare wäre, den Wandler unmittelbar an dem Prallkörper anzuordnen, ist er in einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung über einen die Schwingungen auf den Wandler über- tragenden festen Körper, der fest mit dem Prallkörper verbunden ist, an den Prallkörper gekoppelt, wobei der feste Körper vorzugsweise als Dämpfer für eine Übertragung der Schwingungen auf den Wandler wirkt. In a further embodiment of the invention, the evaluation device has a filter, which is preferably set up to suppress low frequencies in order to avoid signal distortions due to ringing. Furthermore, erroneous measurements can be filtered out, which can occur if several of the precipitation particles impinge successively on the impact body in too short time intervals. Conveniently, the transducer is coupled to a side of the baffle body, which faces away from an impact surface of the baffle body, on which the precipitation particles strike. While it would be conceivable to arrange the transducer directly on the baffle body, it is in a particularly preferred embodiment of the invention via a vibration on the transducer-transmitting solid body, which is fixedly connected to the baffle body, coupled to the baffle body, wherein the solid body preferably acts as a damper for transmitting the vibrations to the transducer.
Der feste Körper hält den Wandler zweckmäßigerweise in einem Abstand, vorzugsweise von mindestens 5 mm, von dem Prallkörper. The solid body expediently keeps the transducer at a distance, preferably at least 5 mm, from the impact body.
In der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Prallkörper durch eine Prallplatte gebildet. Der Wandler ist vorzugsweise bei senkrechter Projektion auf die Prallplatte in der Mitte der Prallplatte angeordnet. Bei dieser Anordnung ergibt sich die größtmögliche Unabhängigkeit der Größe des Signals von einem Ort, an dem das Niederschlagsteilchen auf der Prallplatte auftritt. In the preferred embodiment of the invention, the baffle body is formed by a baffle plate. The transducer is preferably arranged at a vertical projection on the baffle plate in the middle of the baffle plate. In this arrangement, the largest possible independence of the size of the signal results from a location where the precipitate particle occurs on the baffle plate.
Der Wandler selbst ist zweckmäßigerweise ebenfalls plattenförmig. Bevorzugt handelt es sich um einen piezoelektrischen Wandler, der mit seiner ebenen Plattenfläche gegen eine ebene Fläche des Prallkörpers oder des festen Körpers anliegt und vorzugsweise damit verklebt ist. The converter itself is expediently likewise plate-shaped. Preferably, it is a piezoelectric transducer, which rests with its flat plate surface against a flat surface of the impact body or the solid body and is preferably glued thereto.
In einer Ausgestaltung der Erfindung umfasst der Niederschlagssensor eine Haltevorrichtung, welche die Prallplatte geneigt zur Horizontalen hält. Aufschlagende Niederschlagsteilchen werden daher zur Seite abgelenkt und Schmelzwasser oder Regenwasser läuft ständig ab. Die Oberfläche der Prallplatte ist zweckmäßigerweise möglichst glatt, so dass Eisteilchen von ihr abrutschen können. So kann es nur im geringen Maße zu Verfälschungen der auszuwertenden Signale durch Eis oder Wasser auf der Prallplatte kommen. Als vorteilhaftes Material zur Herstellung des Prallkörpers sowie des festen Körpers hat sich insbesondere Polycarbonat erwiesen.
Der erfindungsgemäße Niederschlagssensor bzw. das erfindungsgemäße Verfahren lässt sich besonders vorteilhaft nutzen, um ein Potential zur Schädigung zu bestimmen, das ein oder mehrere der Niederschlagsteilchen durch Aufschlagen, insbesondere auf ein Gebäude oder einen anderen Gegenstand, beispielsweise ein Fahrzeug, hat bzw. haben. In one embodiment of the invention, the precipitation sensor comprises a holding device which holds the baffle plate inclined to the horizontal. Thus, impacting precipitation particles are deflected to the side and meltwater or rainwater runs off constantly. The surface of the baffle plate is expediently as smooth as possible, so that ice particles can slip off it. So it can only come to a slight extent to distortions of the signals to be evaluated by ice or water on the baffle plate. As an advantageous material for producing the impact body and the solid body, in particular polycarbonate has been found. The precipitation sensor according to the invention or the method according to the invention can be used particularly advantageously to determine a potential for damage, which has or have one or more of the precipitation particles by impact, in particular on a building or other object, for example a vehicle.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels und den beiliegenden Zeichnungen, die sich auf dieses Ausführungsbeispiel beziehen, näher erläutert. Es zeigen: The invention will be explained in more detail with reference to an embodiment and the accompanying drawings, which relate to this embodiment. Show it:
Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Niederschlagssensor in verschiedenen Fig. 1 a precipitation sensor according to the invention in different
Ansichten, und Views, and
Fig. 2 mittels des Niederschlagssensors nach Fig. 1 ermittelte Messergebnisse, Ein In Flg. 1 dargestellter Niederschlagssensor 1 umfasst eine achteckige Prallplatte 2 aus Polycarbonat, die an einer Halterung 6 festgeschraubt ist, welche die Prall- platte 2 zur Horizontalen geneigt hält. Auf einer Unterseite der Prallplatte 2 ist in senkrechter Projektion auf die PraÜpiatte 2 gesehen in der Mitte der Prallplatte 2 eine ebenfalls aus Polycarbonat gebildete Übertragungsplafte 5 befestigt. Auf der der Prallplatte 2 abgewandten Seite der Übertragungsplatte 5 ist ein platten- förmiger Piezowandler 3 angeordnet, der über hier nicht gezeigte Anschiuss- leitungen mit einer Auswerteeinrichtung 4 verbunden ist, welche Einrichtungen zu Datenfernübertragung aufweisen kann. Fig. 2 by means of the precipitation sensor of FIG. 1 determined measurement results, A In Flg. 1 comprises an octagonal baffle plate 2 made of polycarbonate, which is screwed to a holder 6, which keeps the baffle plate 2 inclined to the horizontal. On an underside of the baffle plate 2, a transfer plate 5, also made of polycarbonate, is mounted in the middle of the baffle plate 2 in a vertical projection on the plate 2. On the side of the transfer plate 5 facing away from the baffle plate 2, a plate-shaped piezoelectric transducer 3 is arranged, which is connected to an evaluation device 4 via connecting leads, not shown here, which can have devices for remote data transmission.
Die Auswerfeeinrichtung 4 ist dazu vorgesehen, eine Amplitudenanalyse sowie eine Frequenzanalyse mittels des Wandlers 3 erzeugter Signale durchzuführen. Die Amplitudenanalyse ist derart vorgesehen, dass sich kinetische Energien von Niederschlagsteilchen, die auf die Praliplatte 2 auftreffen, ermittein lassen. Ferner ist die Auswerteeinrichtung 4 zur Bestimmung einer Härte und/oder einer Dichte der auftreffenden Niederschlagsteilchen durch die Frequenzanalyse vorgesehen. The ejection device 4 is intended to perform an amplitude analysis and a frequency analysis by means of the transducer 3 generated signals. The amplitude analysis is provided in such a way that let kinetic energies of precipitation particles, which impinge on the Praliplatte 2, ermittein. Furthermore, the evaluation device 4 is provided for determining a hardness and / or a density of the impacting precipitation particles by the frequency analysis.
Beim Auftreffen der Niederschlagsfeiichen auf die Prallplatte 2 breiten sich jeweils vom Ort des Aufschiagens im Material der Praliplatte 2 Wellenberge bzw. Weiien- pakete aus, die sich in die Übertragungsplafte 5 und damit hin zu dem Piezowandler 3 fortsetzen. When the precipitation particles strike the baffle plate 2, wave crests or white packets, which continue into the transmission plates 5 and thus to the piezoelectric transducer 3, propagate in the material of the baffle plate 2, respectively, from the location of the baffle.
Trifft ein Hagelkorn eines Durchmessers von 10 mm aus einer Fallhöhe von 1 m auf die Praliplatte 2, erzeugt der Piezowandler 3 aufgrund der hervorgerufenen Schwingung ein Messsignai, das in Fig. 2a gezeigt ist. Das in einem ersten, auf das
Aufprallen folgenden Zeitintervall Ml erzeugte Messsignal liegt in einem Messbereich des Piezowandlers 3, in dem aus dem Messsignal korrekt eine kinetische Energie des Niederschlagsteilchens bestimmt werden kann. Mittels der If a hailstone with a diameter of 10 mm strikes a drop height of 1 m on the slab plate 2, the piezoelectric transducer 3 generates a measuring signal, which is shown in FIG. 2a, due to the oscillation caused. That in a first, on the Impact following time interval M1 generated measurement signal is in a range of the piezoelectric transducer 3, in which from the measurement signal can be determined correctly kinetic energy of the precipitation particle. By means of
Amplitudenanalyse wird aus dem Messsignal aus dem Messintervall Ml die kinetische Energie des Hagelkorns ermittelt. Amplitude analysis is determined from the measurement signal from the measurement interval Ml, the kinetic energy of the hailstone.
Trifft dagegen ein Hagelkorn eines Hagelkorndurchmessers von 45 mm aus derselben Fallhöhe wie oben genannt auf die Prallplatte 2, wird im Zeitintervall M l ein Messsignal erzeugt, dessen Intensität zur korrekten Ermittlung der kinetischen Energie aus dem Messsignal zu groß ist. In diesem Fall wird zur Ermittlung der kinetischen Energie ein Zeitintervall M2 herangezogen, das zu einem späteren Zeitpunkt beginnt als das Zeitintervall M l und zu dem die Schwingung bereits deutlich abgedämpft worden ist. Das Zeitintervall M2 beginnt zweckmäßiger Weise zumindest 10 ms nach dem Aufschlagen des Niederschlagsteilchens, wobei vorzugsweise zwischen dem Ende des Zeitintervalls Ml und dem Zeitintervall M2 ein zeitlicher Abstand von zumindest 5 ms liegt. If, on the other hand, a hailstone of a hailstone diameter of 45 mm strikes the impact plate 2 from the same drop height as mentioned above, a measurement signal is generated in the time interval M 1 whose intensity is too great for the correct determination of the kinetic energy from the measurement signal. In this case, a time interval M2 is used to determine the kinetic energy, which starts at a later time than the time interval M l and at which the vibration has already been significantly attenuated. The time interval M2 expediently commences at least 10 ms after the precipitation particle has impacted, wherein a time interval of at least 5 ms preferably lies between the end of the time interval M1 and the time interval M2.
Trifft ein Hagelkorn auf die Prallplatte 2, das eine derart starke Schwingung verursacht, dass auch zu dem Zeitintervall M2 die Intensität der Schwingung zur korrekten Bestimmung der kinetischen Energie zu groß ist, wie hier anhand eines Hagelkorns mit einem Durchmesser von 80 mm bei gleicher Fallhöhe gezeigt, wird die kinetische Energie durch Frequenzanalyse des Signals in einem zeitlich nochmals später angeordneten Zeitintervall M3 ermittelt. Das Zeitintervall M3 endet vorzugsweise innerhalb von 150 ms nach dem Auftreffen des Hagelkorns. If a hailstone hits the baffle plate 2, causing such a strong vibration that the intensity of the vibration is still too large for the correct determination of the kinetic energy at the time interval M2, as shown here with a hailstone with a diameter of 80 mm at the same drop height , the kinetic energy is determined by frequency analysis of the signal in a later time arranged time interval M3. The time interval M3 preferably ends within 150 ms after the impact of the hailstone.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel werden die Amplitudenanalyse und die Frequenzanalyse zur Ermittlung der kinetischen Energie kombiniert. Anhand der Informationen über die Dichte oder die Härte des Niederschlagsteilchens, die sich aus der Frequenzanalyse erhalten lassen, wird zur Bestimmung der kinetischen Energie berücksichtigt, dass durch Aufschlagen von Niederschlagsteilchen geringerer Dichte oder Härte ein Signal verursacht wird, das eine kleinere In a further embodiment, the amplitude analysis and the frequency analysis are combined to determine the kinetic energy. Based on the information on the density or hardness of the precipitating particle, which can be obtained from the frequency analysis, it is taken into account for the determination of the kinetic energy that by impacting particles of lower density or hardness, a signal is produced which is a smaller one
Amplitude und eine kleinere Frequenz aufweist als ein von Niederschlagsteilchen größerer Dichte oder Härte verursachtes Signal. Dadurch kann die durch die Amplitudenanalyse gewonnene Information über die kinetische Energie weiter präzisiert werden.
Amplitude and a smaller frequency than a signal caused by precipitation particles of greater density or hardness signal. As a result, the information about the kinetic energy obtained by the amplitude analysis can be further specified.
Claims
! > Niederschlagssensor, insbesondere Hagelsensor, der einen Prallkörper (2) und einen Wandler (3) zur Registrierung von Schwingungen, die durch Aufschlagen zumindest eines Niederschlagsteilchens auf den Prallkörper (2) hervorgerufen werden, und eine Einrichtung (4) zur Auswertung mittels des Wandlers (3) erzeugter elektrischer Signale umfasst, ! > Precipitation sensor, in particular a hail sensor, which has an impact body (2) and a transducer (3) for registering vibrations caused by impact of at least one precipitation particle on the impact body (2) and a device (4) for evaluation by means of the transducer ( 3) comprises generated electrical signals,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass die Auswerteeinrichtung (4) dazu vorgesehen ist, die Signale, die der Wandler (3) in aufeinander folgenden Messzeitintervallen (M l , M2, M3) nach dem Aufschlagen erzeugt, separat auszuwerten, um eine kinetische Energie des Niederschiagsteilchens zu bestimmen. in that the evaluation device (4) is provided for separately evaluating the signals which the transducer (3) generates after impacting in successive measuring time intervals (M l, M2, M3) in order to determine a kinetic energy of the low-particle particle.
2. Niederschlagssensor nach Anspruch 1 , 2. Precipitation sensor according to claim 1,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass die Messzeitintervaile (M l , M2, M3) in zeitlichem Abstand voneinander vorgesehen sind. the measuring time intervals (M 1, M 2, M 3) are provided at a time interval from one another.
3. Niederschlagssensor nach Anspruch 1 oder 2, 3. Precipitation sensor according to claim 1 or 2,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass zumindest zwei, vorzugsweise zumindest drei, der Messzeitintervaile (M l , M2, M3) vorgesehen sind. in that at least two, preferably at least three, of the measuring time intervals (M l, M2, M3) are provided.
4. Niederschlagssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, 4. Precipitation sensor according to one of claims 1 to 3,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass das erste Messzeitintervall ( l ) zur Bestimmung der kinetischen Energie in einem ersten Energieintervali und ein darauf folgendes Folgemesszeitintervall (M2, M3) zur Bestimmung der kinetischen Energie in einem Folgeenergie- intervali, das im Verhältnis zu dem ersten Energieintervall größere kinetische Energien umfasst, vorgesehen ist, in that the first measurement time interval (l) for determining the kinetic energy in a first energy interval and a subsequent measurement time interval (M2, M3) for determining the kinetic energy in a sequence energy interval which comprises relatively high kinetic energies in relation to the first energy interval is
5. Niederschlagssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, 5. Precipitation sensor according to one of claims 1 to 4,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass die Auswerteinrichtung (4) zur Analyse der Amplituden und/oder der Frequenz der Signale eingerichtet ist. ό. Niederschlagssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, the evaluation device (4) is set up to analyze the amplitudes and / or the frequency of the signals. ό. Precipitation sensor according to one of claims 1 to 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Auswerteinrichtung (4) zur Ermittlung einer Härte und/oder einer Dichte des Niederschlagteilchens vorgesehen ist. characterized, the evaluation device (4) is provided for determining a hardness and / or a density of the precipitation particle.
7. Niederschlagssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, 7. Precipitation sensor according to one of claims 1 to 6,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass der Prallkörper durch eine Prallplatte (2) gebildet ist und der Wandler (3) vorzugsweise in senkrechter Projektion auf die Prallplatte (2) in der Mitte der Prallp!atte (2) oder in der Nähe der Mitte angeordnet ist. 8. Niederschlagssensor nach Anspruch 6 oder 7, in that the impact body is formed by a baffle plate (2) and the transducer (3) is preferably arranged in perpendicular projection onto the baffle plate (2) in the middle of the impact pad (2) or in the vicinity of the center. 8. Precipitation sensor according to claim 6 or 7,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass der Wandler (3) im Abstand von der Prallplatte (2) angeordnet und über einen die Schwingungen auf den Wandler (3) übertragenden festen Körper (5), der fest mit der Prallplatte (2) verbunden ist, an die Prallplatte (2) gekoppelt ist, wobei der feste Körper (5) den Wandler (3) vorzugsweise in einem Abstand von der Prallplatte ( 1 ) hält. in that the transducer (3) is arranged at a distance from the baffle plate (2) and is connected to the baffle plate (2) via a solid body (5) which transfers the vibrations to the transducer (3) and which is firmly connected to the baffle plate (2). is coupled, wherein the solid body (5), the transducer (3) preferably at a distance from the baffle plate (1) holds.
9. Verwendung des Niederschlagssensors nach den Ansprüchen 1 bis 8 zur Bestimmung eines Potentials zur Schädigung, die das Niederschlagsteilchen durch Aufschlagen hat. 9. Use of the precipitation sensor according to claims 1 to 8 for the determination of a potential for damage, which has the precipitate particles by impact.
10. Verfahren zur Detektion eines Niederschlagsteilchens, bei dem mittels eines Wandlers (3) eines Niederschlagssensors ( 1 ) Schwingungen registriert werden, die durch ein Aufschlagen des Niederschlagsteilchens auf einen Prallkörper (2) des Niederschlagssensors ( 1 ) hervorgerufen werden, und bei dem mittels des10. A method for detecting a precipitation particle, wherein by means of a transducer (3) of a precipitation sensor (1) vibrations are registered, which are caused by a striking of the precipitation particle on a baffle body (2) of the precipitation sensor (1), and in which by means of
Wandiers (3) erzeugte elektrische Signale ausgewertet werden, Wandiers (3) generated electrical signals are evaluated,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass die Signale, die der Wandler (3) in aufeinander folgenden Messzeitintervallen (M 1 ,M2,M3) nach dem Aufschlagen erzeugt, zur Bestimmung einer kinetischen Energie des Niederschlagsteilchens separat ausgewertet werden. in that the signals which the transducer (3) generates in successive measurement time intervals (M 1, M2, M3) after being impacted are separately evaluated for determining a kinetic energy of the precipitation particle.
1 1 . Verfahren nach Anspruch 9, 1 1. Method according to claim 9,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass die Messzeitintervalle (M l ,M2,M3), für welche die Signale ausgewertet werden, zeitlich im Abstand voneinander gebildet sind. in that the measuring time intervals (M l, M2, M3) for which the signals are evaluated are formed at a distance from one another in time.
12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 1 1 , 12. The method according to claim 10 or 1 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass anhand der Signale ein Potential zur Schädigung bestimmt wird, die das Niederschlagsteilchen durch Aufschlagen hat.
characterized, that the signals determine a potential for damage which the precipitate particle has by impact.
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