CN104316980B - 压电式雨量测量装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种压电式雨量测量装置。该压电式雨量测量装置包括：空心支撑体，其内部形成上下两端开口的支撑腔；声检测敏感膜，至少包括压电材料膜，蒙于支撑腔的上端开口；雨滴接触膜，由可传导声音的材料制备，固定于声检测敏感膜的上方，两者之间形成一声腔；以及测量单元，其通过两根导线电性连接至声检测敏感膜的上下两电极。本发明压电式雨量测量装置通过识别声波脉冲的幅度识别雨滴脉冲的动量，在识别雨滴数量和雨滴尺寸的基础上即可获得雨量以及雨强等参数，实现了一种新颖的雨量传感器。

Description

压电式雨量测量装置
技术领域
本发明涉及压电技术领域，尤其涉及一种压电式雨量测量装置。
背景技术
雨量测量装置适用于气象台(站)、水文站、农林、国防等有关部门用来遥测液体降水量、降水强度、降水起止时间。用于防洪、供水调度、电站水库水情管理为目的水文自动测报***、自动野外测报站。
常规的降水记录仪器有三种：称重式、翻斗式和虹吸式。虹吸式雨量计利用浮子随水面升高而垂直移动，通过适当的机构带动自记笔在自记纸上移动记录降水总量，适合于人工观测，但虹吸雨量计用在北方时，由于北方易下“泥巴雨”，虹吸管脏后虹吸不正常。翻斗式雨量测量装置及称重式雨量测量装置长期使用时也会受到尘土的影响，产生阻塞问题。因此常规雨量测量装置需要人工定期的维护清理。
发明内容
(一)要解决的技术问题
鉴于上述技术问题，本发明提供了一种新型的压电式的雨量传感器。
(二)技术方案
根据本发明的一个方面，提供了一种压电式雨量测量装置。该压电式雨量测量装置包括：空心支撑体，其内部形成上下两端开口的支撑腔；声检测敏感膜，至少包括压电材料膜，蒙于支撑腔的上端开口；雨滴接触膜，由可传导声音的材料制备，固定于声检测敏感膜的上方，两者之间形成一声腔；以及测量单元，其通过两根导线电性连接至声检测敏感膜的上下两电极；其中，雨滴接触膜在雨滴的作用下发出声波脉冲，该声波脉冲通过声腔传输到声检测敏感膜，并转化为电脉冲信号，测量单元通过识别电脉冲信号的个数记录雨滴的数量，通过识别电脉冲信号的幅度识别雨滴的尺寸，进而获得雨量信息。
(三)有益效果
从上述技术方案可以看出，本发明速调管具有以下有益效果：
(1)通过识别声波脉冲的个数记录雨滴的数量，通过识别声波脉冲的幅度识别雨滴脉冲的动量，而雨滴的动量与雨滴的尺寸有很大的关系，因此通过标定雨滴尺寸与声波脉冲幅度之间的关系可以识别雨滴的尺寸，因此，在识别雨滴数量和雨滴尺寸的基础上即可获得雨量以及雨强等参数，实现了一种新颖的雨量传感器；
(2)雨滴接触膜呈拱形，雨滴经过测量装置后流向地面，可以把尘土等杂质清洗掉，因此测量装置不需要维护；
(3)一体化的设计保证了外界尘土等杂质无法进入测量装置内部；无活动部件解决了常规雨量测量装置需要定期维护的问题，从而可以实现长期、连续、自动的雨量的观测。
附图说明
图1为根据本发明实施例压电式雨量测量装置的立体图；
图2为图1所示压电式雨量测量装置沿A-A’面的剖视图。
【主要元件】
1-雨滴接触膜；2-声检测敏感膜；3-声腔；
4-支撑腔；5-测量单元；6-空心支撑体；
7-导线。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。需要说明的是，在附图或说明书描述中，相似或相同的部分都使用相同的图号。附图中未绘示或描述的实现方式，为所属技术领域中普通技术人员所知的形式。另外，虽然本文可提供包含特定值的参数的示范，但应了解，参数无需确切等于相应的值，而是可在可接受的误差容限或设计约束内近似于相应的值。实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本发明的保护范围。
本发明通过压电材料将雨滴的动能转化为压电材料的势能，通过检测势能的变化实现雨量的测量，最终实现免维护的可以长期自动运行的雨量测量装置。
在本发明的一个示例性实施例中，提供了一种压电式雨量测量装置。图1为根据本发明实施例压电式雨量测量装置的立体图。图2为图1所示压电式雨量测量装置沿A-A’面的剖视图。请参照图1和图2，本实施例压电式雨量测量装置包括：空心支撑体6，其内部形成支撑腔4；声检测敏感膜2，由压电材料制备，蒙于支撑腔4的上部开口，其上下两电极通过导线7连接至测量单元5；雨滴接触膜1，由可传导声音的材料制备，固定于声检测敏感膜2的上方，两者之间形成一声腔3。
其中，雨滴接触膜1在雨滴的作用下发出声波脉冲，该声波脉冲通过声腔3传输到声检测敏感膜2，并通过声检测敏感膜2把声波脉冲转化为电脉冲信号，测量单元5通过识别电脉冲信号的个数记录雨滴的数量，通过识别电脉冲信号的幅度识别雨滴的尺寸，进而获得雨量信息。
以下对本实施例压电式雨量测量装置的各个组成部分进行详细说明。
请参照图1和图2，空心支撑体6呈空心圆柱状结构，其上部向内侧收拢。该形状空心支撑体形成的支撑腔4有利于由雨滴接触膜1流下的雨滴快速流下。在本发明的其他实施例中，该空心支撑体也可是呈圆台形或其他形状。此外，支撑体6的材料可以为金属，也可以是其他固体材料。
声检测敏感膜2为圆片形，也可以是与支撑腔上部相配的其他形状。声检测敏感膜2可以直接为压电材料膜，也可为金属片或其他可传导声音的非金属片与压电材料膜的粘合体，或金属片或其他可传导声音的非金属片与沉积于其上的压电材料薄膜的结合。此处的压电材料可以是锆钛酸铅、钛酸钡或聚偏氟乙烯。
雨滴接触膜1为圆形供体，也可以是可接收雨滴敲击又可以保证雨水流走的形状。该雨滴接触膜1的材料可以为金属或其他可传导声音的非金属材料。其中，该可传导声音的非金属材料例如是聚四氟乙烯、环氧树脂等。
其中，雨滴接触膜1粘合于声检测敏感膜2上，两者之间形成声腔3。而雨滴接触膜1位于声腔3的上部。声检测敏感膜2位于声腔3的下部。
测量单元5位于支撑腔4内部，与支撑体6接触，通过导线7与声检测敏感膜2连接。其中，导线7为金属导线，也可是其他可以实现声检测敏感膜2与测量单元5电气连接的其他导线。
需要说明的是，测量单元5的内部具有一电脉冲信号幅度与雨滴尺寸的对照表。在获得电脉冲信号后，该测量单元5通过查找该对照表来获取雨滴尺寸的信号。此外，关于测量单元在识别雨滴数量和雨滴尺寸的基础上进而计算雨强和雨量等内容，本领域技术人员均知道如何实现，例如采用积分、求和等方式，该测量单元可以采用硬件电路实现，也可以应用单片机、可编程逻辑芯片等实现，在此不再赘述。
以下介绍本实施例压电式雨量测量装置的工作原理：雨滴接触膜1在雨滴的作用下发出不同幅度的声波脉冲，声波脉冲通过声腔传输到声检测敏感膜2，并通过声检测敏感膜2把声波脉冲信号转化为电信号，电信号通过导线7传输到测量单元5。测量单元5通过识别声波脉冲的个数记录雨滴的数量，通过识别声波脉冲的幅度识别雨滴脉冲的动量。而雨滴的动量与雨滴的尺寸有很大的关系，因此通过标定雨滴尺寸与声波脉冲幅度之间的关系可以识别雨滴的尺寸。在识别雨滴数量和雨滴尺寸的基础上即可获得雨量以及雨强等参数。
本实施例提供了一种现有技术所没有的利用压电技术的雨量测量装置，其具有众多的优点：
(1)通过识别声波脉冲的个数记录雨滴的数量，通过识别声波脉冲的幅度识别雨滴脉冲的动量，而雨滴的动量与雨滴的尺寸有很大的关系，因此通过标定雨滴尺寸与声波脉冲幅度之间的关系可以识别雨滴的尺寸，因此，在识别雨滴数量和雨滴尺寸的基础上即可获得雨量以及雨强等参数，实现了一种新颖的雨量传感器；
(2)一体化的设计保证了外界尘土等杂质无法进入测量装置内部，同时在测量装置工作过程中，雨滴与雨滴接触膜1接触后沿着声腔3外壁以及支撑腔4的支撑壳6流向地面，可以把尘土等杂质清洗掉，因此测量装置不需要维护。从测量装置工作的整个过程中可知，测量装置无活动部件，解决了常规雨量测量装置需要定期维护的问题，适用于长期、连续、自动观测气象雨量要素。
至此，已经结合附图对本实施例进行了详细描述。依据以上描述，本领域技术人员应当对本发明压电式雨量测量装置有了清楚的认识。
此外，上述对各元件和方法的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换。
综上所述，本发明压电式雨量测量装置通过压电技术实现雨量测量装置的长期自动的运行，具有极高的推广应用价值。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种压电式雨量测量装置，其特征在于，包括：
空心支撑体(6)，其内部形成上下两端开口的支撑腔(4)；
声检测敏感膜(2)，至少包括压电材料膜，蒙于所述支撑腔(4)的上端开口；
雨滴接触膜(1)，由可传导声音的材料制备，固定于所述声检测敏感膜(2)的上方，两者之间形成一声腔(3)；以及
测量单元(5)，其通过两根导线电性连接至声检测敏感膜(2)的上下两电极；
其中，所述雨滴接触膜(1)在雨滴的作用下发出声波脉冲，该声波脉冲通过所述声腔(3)传输到所述声检测敏感膜(2)，并转化为电脉冲信号，所述测量单元(5)通过识别电脉冲信号的个数记录雨滴的数量，通过识别电脉冲信号的幅度识别雨滴的尺寸，进而获得雨量信息。
2.根据权利要求1所述的压电式雨量测量装置，其特征在于，所述声检测敏感膜(2)包括：
压电材料膜；
金属片或可传导声音的非金属片，与粘合于其上的压电材料膜构成的结合体；或
金属片或可传导声音的非金属片，与沉积于其上的压电材料薄膜构成的结合。
3.根据权利要求2所述的压电式雨量测量装置，其特征在于，所述压电材料膜的材料为锆钛酸铅、钛酸钡或聚偏氟乙烯。
4.根据权利要求2所述的压电式雨量测量装置，其特征在于，所述非金属片的材料为聚四氟乙烯或环氧树脂。
5.根据权利要求1所述的压电式雨量测量装置，其特征在于，所述雨滴接触膜(1)呈圆拱形。
6.根据权利要求1所述的压电式雨量测量装置，其特征在于，所述雨滴接触膜(1)由金属或可传导声音的非金属材料制备。
7.根据权利要求1所述的压电式雨量测量装置，其特征在于，所述测量单元(5)的内部具有一电脉冲信号幅度与雨滴尺寸的对照表；
在获得电脉冲信号后，该测量单元(5)通过查找该对照表来获取雨滴尺寸的信息。
8.根据权利要求1所述的压电式雨量测量装置，其特征在于：
所述测量单元，在获取雨滴的数量和雨滴的尺寸后，通过求和的方式获得雨量信息。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的压电式雨量测量装置，其特征在于，所述空心支撑体(6)呈圆柱形或圆台形。
10.根据权利要求1至8中任一项所述的压电式雨量测量装置，其特征在于，所述空心支撑体(6)由金属材料制备。
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