CN201812045U - 一种超声波雪深测量仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种超声波雪深测量仪，包括：超声波探头，具有发射器件和接收器件，该接收器件还连接有前置放大器，该前置放大器将接收器件接收到从雪面反射回来的信号进行放大；主机，其上设有后置放大器、数字处理电路和微处理器，该后置放大器与前置放大器相连而对信号进行再次放大，再送入数字处理电路后，被送入微处理器分析；温度补偿电路，用于感测温度并且将得到的温度信号传递给主机。本实用新型能大大降低人力人本，并还具有测试误差小、精度高的特点。

Description

一种超声波雪深测量仪

技术领域

本实用新型涉及气象参数自动测量设备领域，更具体的说涉及一种超声波雪深测量仪，其可以按照用户要求的时序自动定时测量降雪的厚度并实时将测量结果发回用户接收站。

背景技术

近几年雪灾比较严重，由雪灾造成的损失亦相当大，为了能将雪灾的损失降到最低，最首要的就需要对降雪的信息有一个准确和及时的掌握，比如当前雪的厚度以及单位时间内的降雪量等等。

目前，我国野外降雪深度的测量，仍然是采用人工目测的方法，其具体是在雪深观测场垂直设置木制或铁制米尺，用人工目测方法读取米尺上的雪深数值，其读数准确到1cm；在一般情况下，规定每天8时、12时和18时各观测一次，而在大雪情况下，则可酌情加密测量，从而保证能得到足够的数据；接着把观测到的雪深数据按规定记录在雪深观测记录表内，并通过电话传送到气象观测站。

但是，上述测量方式至少存在如下缺陷：

一、每次测量都需要测量人员亲自行动，故具有测量效率低以及人力成本高的缺陷，同时人工目测局限性强，其精确度仅能达到1cm，即还具有精确度低的缺陷；

二、在遇到大雪等情况时，由于是采用人工测量，故不可能让测量人员全天候地处于测量地点，从而使得相邻两次的时间间隔不可能太短，由此即存在无法获得有效数据的缺陷；

针对上述问题，目前国外有人开发出了超声波雪深测量仪，但其仅测雪传感器报价为13.041万元，温度传感器为0.739万元，主机为1.788万元，加上其他附件和安装培训费，总计为17.0956万元；即亦具有成本过高的缺陷，另外，其测量的精度指标也较差，仅仅能达到1cm。

有鉴于此，本发明人针对现有雪深测量方案的上述缺陷深入研究，遂有本案产生。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种超声波雪深测量仪，以解决现有技术中雪深测量时测量精度低以及测量成本高的问题。

为了达成上述目的，本实用新型的解决方案是：

一种超声波雪深测量仪，其中，包括：

超声波探头，具有发射器件和接收器件，该接收器件还连接有前置放大器，该前置放大器将接收器件接收到从雪面反射回来的信号进行放大；

主机，其上设有后置放大器、数字处理电路和微处理器，该后置放大器与前置放大器相连而对信号进行再次放大，再送入数字处理电路后，被送入微处理器分析；

温度补偿电路，用于感测温度并且将得到的温度信号传递给主机。

进一步，该超声波雪深测量仪还包括罩设在超声波探头外周并用于控制超声波波束角的导声筒。

进一步，该发射器件和接收器件分别采用工作频率为40KHz的T40-16发射换能器和R40-16接收换能器。

进一步，该温度补偿电路包括依次级联的温度传感器、运算放大器和A/D转换器，该A/D转换器与主机相连，该温度传感器对温度进行感测，并将得到的温度信号传输给运算放大器，经运算放大器的放大后，由A/D转换器采样后则将数字温度信号传输给主机。

进一步，该温度传感器位于阴凉通风位置并设置在超声波的传输通道中。

采用上述结构后，本实用新型涉及的一种超声波雪深测量仪，在主机的控制下，超声波探头中的发射器件发射出超声波，该超声波经由雪面反射回来后，而被接收器件接收，并经由前置放大器进行放大，该前置放大器与接收器件阻抗进行良好匹配，而具有低噪声和高增益的特点；然后被传输到主机中，该主机通过后置放大器和数字处理电路进行二次处理后，即可分析得到具体信号，由此即可得出超声波发射和接收之间的时间间隔；同时温度补偿电路能测量得到超声波传输路径中的温度值，此时微处理器结合时间间隔和温度值即可准确得到当前的雪深，由于本实用新型完全采用自动测量方式，而且其微处理器可以设置为定时模式而进行定时自动测量，由此本实用新型完全无需人工到现场，从而能大大降低人力成本；同时由于本实用新型在信号分析上以及温度补偿上均做了考虑，由此还具有测量误差小、精确度高的功效。

附图说明

图1为本实用新型涉及的一种超声波雪深测量仪的原理框图；

图2为图1中温度补偿电路的一种具体内部框图；

图3为本实用新型超声测距的原理示意图。

图中：

超声波雪深测量仪100

超声波探头      1     发射器件      11

接收器件        12    前置放大器    13

主机            2     后置放大器    21

数字处理电路    22    微处理器      23

温度补偿电路    3     温度传感器    31

运算放大器      32    A/D转换器     33

支架            4

具体实施方式

为了进一步解释本实用新型的技术方案，下面通过具体实施例来对本实用新型进行详细阐述。

如图1所示，其示出的为本实用新型涉及的一种超声波雪深测量仪100，包括超声波探头1、主机2以及温度补偿电路3，其中：

该超声波探头1，具有发射器件11和接收器件12，该发射器件11用于对超声波信号进行发送，而该接收器件12则用于对超声波信号进行接收；具体的，该发射器件11和接收器件12分别采用工作频率为40KHz的T40-16发射换能器和R40-16接收换能器，由于采用的为40KHZ的工作频率，从而能够避开了主要环境噪声(如交通噪声、雨噪声、工厂的机械噪声和生物噪声等，其噪声谱一般不超过20KHz)的干扰；优选的，该超声波探头1外周还罩设有用于控制超声波波束角的导声筒(图中未示出)，通过该导声筒的设计，能够使得波束宽从原来的30°以上变成4°左右，这一变化即能使得声能力增强60倍左右，还可以限制波束方向之外的噪声干扰以及大气中雪花对测量的干扰。该接收器件12还连接有前置放大器13，该前置放大器13将接收器件12接收到从雪面反射回来的信号进行放大，从而使得能对雪面的反射信号具有较佳的接收效果。

该主机2，其上设有后置放大器21、数字处理电路22和微处理器23，该后置放大器21与前置放大器13相连而对信号进行再次放大，再送入数字处理电路22后，被送入微处理器23分析；该后置放大器21具体可以采用本申请人之前申请200910042148.0中的技术，

该温度补偿电路3，用于感测温度并且将得到的温度信号传递给主机2。具体的，请参照图3所示，其示出的为本实用新型超声测距的原理，其将超声波探头1固定安装在约离地L₀的支架4上，由探头向地面垂直发射一束经窄脉冲调制的超声波，经雪面或地面发射后返回超声波探头1，其间经历了2L的路程。设声波在大气中传播速度为C，声波经2L路程的时间为T，则有：

$L=\frac{1}{2}C*T$

由上式可见，只要测准C和T就可以准确计算出L。其中T的测量比较简单，本案中微处理器23中的定时器即可用于测量T，并且其误差亦能轻易做到1μs，所带来的测距误差远小于1mm。而对于C，其主要与大气的气温有关，其具体的公式为：

C＝331.45+0.607t(m/s)

其中：式中t为气温，故如何准确测得气温，尤其是超声波实际运行行程上的气温则更为关键。作为温度补偿电路3的一种具体实施方案，如图2所示，该温度补偿电路3包括依次级联的温度传感器31、运算放大器32和A/D转换器33，该A/D转换器33与主机2相连，该温度传感器31对温度进行感测，并将得到的温度信号传输给运算放大器32，经运算放大器32的放大后，由A/D转换器33采样后则将数字温度信号传输给主机2，主机2中则会预存相关的算法，当而计算出传播速度C和传输时间T，并结合公式而计算出L，此时雪深h即为L₀-L。对于该温度传感器31，其设置位置优选为位于阴凉通风位置并设置在超声波的传输通道中，这样才能使测量出来的温度能够更准确，从而提高雪深的测量精度。

综上所述，本实用新型涉及的一种超声波雪深测量仪100，在主机2的控制下，超声波探头1中的发射器件11发射出超声波，该超声波经由雪面反射回来后，而被接收器件12接收，并经由前置放大器13进行放大，该前置放大器13与接收器件12阻抗进行良好匹配，而具有低噪声和高增益的特点；然后被传输到主机2中，该主机2通过后置放大器21和数字处理电路22进行二次处理后，即可分析得到具体信号，由此即可得出超声波发射和接收之间的时间间隔；同时温度补偿电路3能测量得到超声波传输路径中的温度值，此时微处理器23结合时间间隔和温度值即可准确得到当前的雪深，由于本实用新型完全采用自动测量方式，而且其微处理器23可以设置为定时模式而进行定时自动测量，由此本实用新型完全无需人工到现场，从而能大大降低人力成本；同时由于本实用新型在信号分析上以及温度补偿上均做了考虑，由此则具有测量误差小和精确度高的特点。

上述实施例和图式并非限定本实用新型的产品形态和式样，任何所属技术领域的普通技术人员对其所做的适当变化或修饰，皆应视为不脱离本实用新型的专利范畴。

Claims (5)

1.一种超声波雪深测量仪，其特征在于，包括：

超声波探头，具有发射器件和接收器件，该接收器件还连接有前置放大器，该前置放大器将接收器件接收到从雪面反射回来的信号进行放大；

主机，其上设有后置放大器、数字处理电路和微处理器，该后置放大器与前置放大器相连而对信号进行再次放大，再送入数字处理电路后，被送入微处理器分析；

温度补偿电路，用于感测温度并且将得到的温度信号传递给主机。

2.如权利要求1所述的一种超声波雪深测量仪，其特征在于，该超声波雪深测量仪还包括罩设在超声波探头外周并用于控制超声波波束角的导声筒。

3.如权利要求1所述的一种超声波雪深测量仪，其特征在于，该发射器件和接收器件分别采用工作频率为40KHz的T40-16发射换能器和R40-16接收换能器。

4.如权利要求1所述的一种超声波雪深测量仪，其特征在于，该温度补偿电路包括依次级联的温度传感器、运算放大器和A/D转换器，该A/D转换器与主机相连，该温度传感器对温度进行感测，并将得到的温度信号传输给运算放大器，经运算放大器的放大后，由A/D转换器采样后则将数字温度信号传输给主机。

5.如权利要求4所述的一种超声波雪深测量仪，其特征在于，该温度传感器位于阴凉通风位置并设置在超声波的传输通道中。

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