CN112904459B - 一种雨量计 - Google Patents

Abstract

本发明涉及降水测量技术领域，解决了现有技术中光学雨量计测量间隔过小或过大导致测量不准的问题。一种雨量计，包括光学计量模块、压电计数模块和控制电路，光学计量模块与压电计数模块固定连接，光学计量模块、压电计数模块分别与控制电路电连接；光学计量模块包括导光罩、光源以及与光源相对设置的检测模块。压电计数模块每被激活一次，光学计量模块就工作一次，落在导光罩上的每一滴雨水都将被计数并计量，避免了对雨滴的重复测量，也避免了漏检，提高了测量的准确度。

Description

一种雨量计

技术领域

本发明涉及降水测量技术领域，尤其涉及一种雨量计。

背景技术

光学雨量计具有一红外光源，红外光源发出的红外光在透明的上盖中传播，在上盖与空气的界面发生全反射，最终到达光电二极管，当上盖表面有雨水时，由于雨水的折射率大于空气的折射率，红外光在上盖与雨水的界面不再发生全反射，而是发生反射和折射，导致光电二极管接收的红外光光强减弱，调理电路接收光电二极管的电信号并输出雨量信息。光学雨量计无活动部件，不易发生老化或故障，但是光学雨量计的测量间隔过小，则容易将同一雨滴测量两次，如果测量间隔过大，则容易漏测。测量间隔过小或过大均会导致测量不准。

发明内容

本发明提供一种雨量计，解决了现有技术中光学雨量计测量间隔过小或过大导致测量不准的问题。

一种雨量计，包括光学计量模块、压电计数模块和控制电路，光学计量模块与压电计数模块固定连接，光学计量模块、压电计数模块分别与控制电路电连接；光学计量模块包括导光罩、光源以及与光源相对设置的检测模块。本发明使用时，当压电计数模块采集到信号时，将相关信号传递到控制电路，控制电路使得光源发光，检测模块接收到光信号后，转化为电信号传输给控制电路，若光照度有衰减，则证明是雨水落在导光罩上，根据光照度衰减的程度计算雨滴的大小；压电计数模块每被激活一次，光学计量模块就工作一次，落在导光罩上的每一滴雨水都将被计数并计量，避免了对雨滴的重复测量，也避免了漏检，提高了测量的准确度。

进一步，所述压电计数模块包括形变检测单元，形变检测单元与所述控制电路电连接。当雨滴或杂物落在本发明雨量计上时，将导致形变检测单元受到压力，形变检测单元产生电信号并传输给控制电路。

进一步，所述光学计量模块还包括第一底座，所述导光罩与第一底座围成封闭腔体，所述光源、检测模块、控制电路、形变检测单元位于腔体内，形变检测单元贴靠在导光罩的内壁上，形变检测单元固定安装在第一底座上。导光罩内壁上设有辅助导光件，辅助导光件的端面水平，光源为红外光源，其发出的红外光经凸透镜折射后变为平行光，垂直于辅助导光件的端面入射，在导光罩的外壁与空气的界面上发生全反射，经多次反射后，经滤光片被检测模块接收。当雨滴或杂物落在导光罩上时，将导致导光罩发生形变，该形变被形变检测单元检测到，产生电信号传输给控制电路。

进一步，所述压电计数模块还包括第二底座，第二底座上端的开口处设有振动片，所述导光罩固定在振动片上，所述控制电路位于第二底座内，所述光源和检测模块位于导光罩与振动片围成的封闭区域内，光源和检测模块分别通过穿过振动片的导线与控制电路连接。导线通过支撑件支撑，避免与振动片直接接触，阻碍振动片的振动。

进一步，所述导光罩与振动片密封连接，所述形变检测单元包括压电器件，压电器件通过支撑件固定安装在第二底座上，压电器件贴靠在振动片的下表面上。当雨滴或杂物落在导光罩上时，会造成振动片发生形变，向压电器件施加压力，压电器件因而产生电流，并将其传输至控制电路，控制电路控制光学检测模块进行检测。压电器件为压电晶体、压电陶瓷、压电聚合物中的一种。

进一步，所述导光罩与振动片密封连接，所述形变检测单元包括压电器件，压电器件通过穿过振动片的支撑件固定安装在第二底座上，压电器件贴靠在导光罩的内表面上。当雨滴或杂物落在导光罩上时，会造成振动片发生形变，向压电器件施加压力，压电器件因而产生电流，并将其传输至控制电路，控制电路控制光学检测模块进行检测。

进一步，所述控制电路包括分别与单片机连接的压电采集模块、光学采集模块、输出模块，还包括向所述光源、光学采集模块、输出模块、单片机供电的供电模块。

进一步，所述压电采集模块包括依次连接的IV转换电路、一级放大电路、第一滤波电路、二级放大电路和第二滤波电路，IV转换电路与所述压电器件连接，第二滤波电路与所述单片机连接。

进一步，所述光学采集模块包括电连接的硅光电池和放大电路，放大电路的输出端与所述单片机连接。

从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：

本发明使用时，当压电计数模块采集到信号时，将相关信号传递到控制电路，控制电路使得光源发光，检测模块接收到光信号后，转化为电信号传输给控制电路，若光照度有衰减，则证明是雨水落在导光罩上，根据光照度衰减的程度计算雨滴的大小；压电计数模块每被激活一次，光学计量模块就工作一次，落在导光罩上的每一滴雨水都将被计数并计量，避免了对雨滴的重复测量，也避免了漏检，提高了测量的准确度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例1结构示意图；

图2为本发明实施例2结构示意图；

图3为本发明实施例3结构示意图；

图4为本发明供电模块电路图；

图5为本发明光学采集模块电路图；

图6为本发明光源电路图；

图7为本发明光源电路图；

图8为本发明压电采集模块电路图；

图9为本发明单片机电路图；

1、导光罩，2、光源，3、检测模块，4、第一底座，5、第二底座，6、振动片，7、压电器件，8、支撑件，9、凸透镜，10、滤光片，11、控制电路板，12、遮雨罩。

具体实施方式

为使得本发明的目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本专利中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利保护的范围。

实施例1

如图1和图4-9所示，一种雨量计，包括光学计量模块、压电计数模块和控制电路，光学计量模块与压电计数模块固定连接，光学计量模块、压电计数模块分别与控制电路电连接；光学计量模块包括导光罩1、光源2以及与光源2相对设置的检测模块3。本发明使用时，当压电计数模块采集到信号时，将相关信号传递到控制电路，控制电路使得光源2发光，检测模块3接收到光信号后，转化为电信号传输给控制电路，若光照度有衰减，则证明是雨水落在导光罩1上，根据光照度衰减的程度计算雨滴的大小；压电计数模块每被激活一次，光学计量模块就工作一次，落在导光罩1上的每一滴雨水都将被计数并计量，避免了对雨滴的重复测量，也避免了漏检，提高了测量的准确度。

光学计量模块还包括第一底座4，导光罩1与第一底座4围成封闭腔体，所述光源2、检测模块3、控制电路、形变检测单元位于腔体内，压电计数模块包括压电式压力传感器，压电式压力传感器贴靠在导光罩1的内壁上，压电式压力传感器固定安装在第一底座4上。导光罩1内壁上设有辅助导光件，辅助导光件的一端端面水平，另一端与导光罩1一体成型；光源2为红外发射管，其发出的红外光经凸透镜折射后变为平行光，垂直于辅助导光件的端面入射，在导光罩1的外壁与空气的界面上发生全反射，经多次反射后，经滤光片被检测模块3接收。检测模块3采用硅光电池，受到光照后会产生电流。滤光片仅允许通过红外发射管发出的波长的光。当雨滴或杂物落在导光罩1上时，将导致导光罩1发生形变，该形变被形变检测单元检测到，产生电信号传输给控制电路。

控制电路包括分别与单片机连接的压电采集模块、光学采集模块、输出模块，还包括向所述光源2、光学采集模块、输出模块、单片机供电的供电模块。压电采集模块包括依次连接的IV转换电路、一级放大电路、第一滤波电路、二级放大电路和第二滤波电路，IV转换电路与所述压电器件7连接，第二滤波电路与所述单片机连接。光学采集模块包括与硅光电池电连接的放大电路，放大电路的输出端与所述单片机连接。

供电模块包括依次连接的防反接二极管D1、瞬态抑制二极管D9、滤波电容器C6、电压基准芯片U1、滤波电容器C8和电路指示发光二极管D 2。供电模块的一级输出根据需要可以为24V或12V，二级输出为5V。

光学采集模块包括运放器U2以及滤波电路，运放器U2与两个硅光电池连接。

压电采集模块包括依次连接的一级运放器U 6、滤波电容C7、二级运放器U7、滤波电容器C11，一级运放器U 6与压电器件连接。

单片机还与485输出电路或脉冲输出电路连接。

实施例2

如图2所示，本实施例与实施例1的区别在于，压电计数模块还包括第二底座5，第二底座5上端的开口处设有拱形薄钢板（振动片6），导光罩1固定在拱形薄钢板上，控制电路位于第二底座5内，光源2和检测模块3位于导光罩1与拱形薄钢板围成的封闭区域内，光源2和检测模块3分别通过穿过拱形薄钢板的导线与控制电路连接。导线通过支撑件8支撑，避免与拱形薄钢板直接接触，阻碍拱形薄钢板的振动，凸透镜和滤光片也通过支撑件8固定在第二底座5上。导光罩1与振动片6密封连接，压电式压力传感器通过支撑件8固定安装在第二底座5上，压电式压力传感器贴靠在拱形薄钢板的下表面上。当雨滴或杂物落在导光罩1上时，会造成拱形薄钢板发生形变，向压电器件7施加压力，压电器件7因而产生电流，并将其传输至控制电路，控制电路控制光学检测模块3进行检测。

第二底座5上设有遮雨罩，遮雨罩将拱形薄钢板遮挡避免雨滴落在拱形薄钢板上，导光罩1穿过遮雨罩，遮雨罩底部设有排水孔。

实施例3

如图3所示，本实施例与实施例2的区别在于，导光罩1与塑料薄板（振动片6）密封连接，压电式压力传感器通过穿过塑料薄板的支撑件8固定安装在第二底座5上，压电器件7贴靠在导光罩1的内表面上。当雨滴或杂物落在导光罩1上时，会造成塑料薄板发生形变，向压电器件7施加压力，压电器件7因而产生电流，并将其传输至控制电路，控制电路控制光学检测模块3进行检测。

实施例4

本实施例与实施例2的区别在于，形变检测单元包括形变检测光源2、反射片和接收单元，形变检测光源2和接收单元固定在第二底座5上，反射片固定在弹性薄膜（振动片6）上，当雨量计未受到雨滴或杂物的冲击时，形变检测光源2发出的光经反射片反射能够被接收单元接收，当弹性薄膜发生形变时，形变检测光源2发出的光不能被接收单元接收。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本发明的说明书和权利要求书及附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”“第四”等（如果存在）是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种雨量计，其特征在于，包括光学计量模块、压电计数模块和控制电路，光学计量模块与压电计数模块固定连接，光学计量模块、压电计数模块分别与控制电路电连接；光学计量模块包括导光罩（1）、光源（2）以及与光源（2）相对设置的检测模块（3），所述压电计数模块还包括第二底座（5），第二底座（5）上端的开口处设有振动片（6），所述导光罩（1）固定在振动片（6）上，所述光源（2）和检测模块（3）位于导光罩（1）与振动片（6）围成的封闭区域内，当压电计数模块采集到信号时，将相关信号传递到控制电路，控制电路使得光源（2）发光，检测模块（3）接收到光信号后，转化为电信号传输给控制电路，若光照度有衰减，则证明是雨水落在导光罩（1）上，根据光照度衰减的程度计算雨滴的大小，压电计数模块每被激活一次，光学计量模块工作一次。

2.根据权利要求1所述的雨量计，其特征在于，所述压电计数模块包括形变检测单元，形变检测单元与所述控制电路电连接。

3.根据权利要求2所述的雨量计，其特征在于，所述控制电路位于第二底座（5）内，光源（2）和检测模块（3）分别通过穿过振动片（6）的导线与控制电路连接。

4.根据权利要求3所述的雨量计，其特征在于，所述导光罩（1）与振动片（6）密封连接，所述形变检测单元包括压电器件（7），压电器件（7）通过支撑件（8）固定安装在第二底座（5）上，压电器件（7）贴靠在振动片（6）的下表面上。

5.根据权利要求3所述的雨量计，其特征在于，所述导光罩（1）与振动片（6）密封连接，所述形变检测单元包括压电器件（7），压电器件（7）通过穿过振动片（6）的支撑件（8）固定安装在第二底座（5）上，压电器件（7）贴靠在导光罩（1）的内表面上。

6.根据权利要求1-5任意一项所述的雨量计，其特征在于，所述控制电路包括分别与单片机连接的压电采集模块、光学采集模块、输出模块，还包括向所述光源（2）、光学采集模块、输出模块、单片机供电的供电模块。

7.根据权利要求6所述的雨量计，其特征在于，所述压电采集模块包括依次连接的IV转换电路、一级放大电路、第一滤波电路、二级放大电路和第二滤波电路，IV转换电路与所述压电器件连接，第二滤波电路与所述单片机连接。

8.根据权利要求6所述的雨量计，其特征在于，所述光学采集模块包括电连接的硅光电池和放大电路，放大电路的输出端与所述单片机连接。

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