專利名稱：一種超聲波雪深測(cè)量?jī)x的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種超聲波雪深測(cè)量?jī)x技術(shù)領(lǐng)域[0001]本實(shí)用新型涉及氣象參數(shù)自動(dòng)測(cè)量設(shè)備領(lǐng)域，更具體的說(shuō)涉及一種超聲波雪深 測(cè)量?jī)x，其可以按照用戶要求的時(shí)序自動(dòng)定時(shí)測(cè)量降雪的厚度并實(shí)時(shí)將測(cè)量結(jié)果發(fā)回用 戶接收站。
背景技術(shù)：
[0002]近幾年雪災(zāi)比較嚴(yán)重，由雪災(zāi)造成的損失亦相當(dāng)大，為了能將雪災(zāi)的損失降到 最低，最首要的就需要對(duì)降雪的信息有一個(gè)準(zhǔn)確和及時(shí)的掌握，比如當(dāng)前雪的厚度以及 單位時(shí)間內(nèi)的降雪量等等。[0003]目前，我國(guó)野外降雪深度的測(cè)量，仍然是采用人工目測(cè)的方法，其具體是在雪 深觀測(cè)場(chǎng)垂直設(shè)置木制或鐵制米尺，用人工目測(cè)方法讀取米尺上的雪深數(shù)值，其讀數(shù)準(zhǔn) 確到Icm;在一般情況下，規(guī)定每天8時(shí)、12時(shí)和18時(shí)各觀測(cè)一次，而在大雪情況下， 則可酌情加密測(cè)量，從而保證能得到足夠的數(shù)據(jù)；接著把觀測(cè)到的雪深數(shù)據(jù)按規(guī)定記錄 在雪深觀測(cè)記錄表內(nèi)，并通過(guò)電話傳送到氣象觀測(cè)站。[0004]但是，上述測(cè)量方式至少存在如下缺陷[0005]一、每次測(cè)量都需要測(cè)量人員親自行動(dòng)，故具有測(cè)量效率低以及人力成本高的 缺陷，同時(shí)人工目測(cè)局限性強(qiáng)，其精確度僅能達(dá)到lcm，即還具有精確度低的缺陷；[0006]二、在遇到大雪等情況時(shí)，由于是采用人工測(cè)量，故不可能讓測(cè)量人員全天候 地處于測(cè)量地點(diǎn)，從而使得相鄰兩次的時(shí)間間隔不可能太短，由此即存在無(wú)法獲得有效 數(shù)據(jù)的缺陷；[0007]針對(duì)上述問(wèn)題，目前國(guó)外有人開(kāi)發(fā)出了超聲波雪深測(cè)量?jī)x，但其僅測(cè)雪傳感器 報(bào)價(jià)為13.041萬(wàn)元，溫度傳感器為0.739萬(wàn)元，主機(jī)為1.788萬(wàn)元，加上其他附件和安裝 培訓(xùn)費(fèi)，總計(jì)為17.0956萬(wàn)元；即亦具有成本過(guò)高的缺陷，另外，其測(cè)量的精度指標(biāo)也較 差，僅僅能達(dá)到lcm。[0008]有鑒于此，本發(fā)明人針對(duì)現(xiàn)有雪深測(cè)量方案的上述缺陷深入研究，遂有本案產(chǎn) 生。實(shí)用新型內(nèi)容[0009]本實(shí)用新型的目的在于提供一種超聲波雪深測(cè)量?jī)x，以解決現(xiàn)有技術(shù)中雪深測(cè) 量時(shí)測(cè)量精度低以及測(cè)量成本高的問(wèn)題。[0010]為了達(dá)成上述目的，本實(shí)用新型的解決方案是[0011]一種超聲波雪深測(cè)量?jī)x，其中，包括[0012]超聲波探頭，具有發(fā)射器件和接收器件，該接收器件還連接有前置放大器，該 前置放大器將接收器件接收到從雪面反射回來(lái)的信號(hào)進(jìn)行放大；[0013]主機(jī)，其上設(shè)有后置放大器、數(shù)字處理電路和微處理器，該后置放大器與前置 放大器相連而對(duì)信號(hào)進(jìn)行再次放大，再送入數(shù)字處理電路后，被送入微處理器分析；[0014]溫度補(bǔ)償電路，用于感測(cè)溫度并且將得到的溫度信號(hào)傳遞給主機(jī)。[0015]進(jìn)一步，該超聲波雪深測(cè)量?jī)x還包括罩設(shè)在超聲波探頭外周并用于控制超聲波 波束角的導(dǎo)聲筒。[0016]進(jìn)一步，該發(fā)射器件和接收器件分別采用工作頻率為40KHz的T40-16發(fā)射換能 器和R40-16接收換能器。[0017]進(jìn)一步，該溫度補(bǔ)償電路包括依次級(jí)聯(lián)的溫度傳感器、運(yùn)算放大器和A/D轉(zhuǎn)換 器，該A/D轉(zhuǎn)換器與主機(jī)相連，該溫度傳感器對(duì)溫度進(jìn)行感測(cè)，并將得到的溫度信號(hào)傳 輸給運(yùn)算放大器，經(jīng)運(yùn)算放大器的放大后，由A/D轉(zhuǎn)換器采樣后則將數(shù)字溫度信號(hào)傳輸 給主機(jī)。[0018]進(jìn)一步，該溫度傳感器位于陰涼通風(fēng)位置并設(shè)置在超聲波的傳輸通道中。[0019]采用上述結(jié)構(gòu)后，本實(shí)用新型涉及的一種超聲波雪深測(cè)量?jī)x，在主機(jī)的控制 下，超聲波探頭中的發(fā)射器件發(fā)射出超聲波，該超聲波經(jīng)由雪面反射回來(lái)后，而被接收 器件接收，并經(jīng)由前置放大器進(jìn)行放大，該前置放大器與接收器件阻抗進(jìn)行良好匹配， 而具有低噪聲和高增益的特點(diǎn)；然后被傳輸?shù)街鳈C(jī)中，該主機(jī)通過(guò)后置放大器和數(shù)字處 理電路進(jìn)行二次處理后，即可分析得到具體信號(hào)，由此即可得出超聲波發(fā)射和接收之間 的時(shí)間間隔；同時(shí)溫度補(bǔ)償電路能測(cè)量得到超聲波傳輸路徑中的溫度值，此時(shí)微處理器 結(jié)合時(shí)間間隔和溫度值即可準(zhǔn)確得到當(dāng)前的雪深，由于本實(shí)用新型完全采用自動(dòng)測(cè)量方 式，而且其微處理器可以設(shè)置為定時(shí)模式而進(jìn)行定時(shí)自動(dòng)測(cè)量，由此本實(shí)用新型完全無(wú) 需人工到現(xiàn)場(chǎng)，從而能大大降低人力成本；同時(shí)由于本實(shí)用新型在信號(hào)分析上以及溫度 補(bǔ)償上均做了考慮，由此還具有測(cè)量誤差小、精確度高的功效。


[0020]圖1為本實(shí)用新型涉及的一種超聲波雪深測(cè)量?jī)x的原理框圖；[0021]圖2為圖1中溫度補(bǔ)償電路的一種具體內(nèi)部框圖；[0022]圖3為本實(shí)用新型超聲測(cè)距的原理示意圖。[0023]圖中[0024]超聲波雪深測(cè)量?jī)x100[0025]超聲波探頭 1 發(fā)射器件 11[0026]接收器件 12前置放大器13[0027]主機(jī)2 后置放大器21[0028]數(shù)字處理電路22微處理器 23[0029]溫度補(bǔ)償電路3 溫度傳感器31[0030]運(yùn)算放大器 32 A/D轉(zhuǎn)換器 33[0031]支架具體實(shí)施方式
[0032]為了進(jìn)一步解釋本實(shí)用新型的技術(shù)方案，下面通過(guò)具體實(shí)施例來(lái)對(duì)本實(shí)用新型 進(jìn)行詳細(xì)闡述。[0033]如圖1所示，其示出的為本實(shí)用新型涉及的一種超聲波雪深測(cè)量?jī)x100，包括超4聲波探頭1、主機(jī)2以及溫度補(bǔ)償電路3，其中[0034]該超聲波探頭1，具有發(fā)射器件11和接收器件12，該發(fā)射器件11用于對(duì)超聲 波信號(hào)進(jìn)行發(fā)送，而該接收器件12則用于對(duì)超聲波信號(hào)進(jìn)行接收；具體的，該發(fā)射器件 11和接收器件12分別采用工作頻率為40KHz的T40-16發(fā)射換能器和R40-16接收換能 器，由于采用的為40KHZ的工作頻率，從而能夠避開(kāi)了主要環(huán)境噪聲(如交通噪聲、雨 噪聲、工廠的機(jī)械噪聲和生物噪聲等，其噪聲譜一般不超過(guò)20KHz)的干擾；優(yōu)選的， 該超聲波探頭1外周還罩設(shè)有用于控制超聲波波束角的導(dǎo)聲筒(圖中未示出)，通過(guò)該導(dǎo) 聲筒的設(shè)計(jì)，能夠使得波束寬從原來(lái)的30°以上變成4°左右，這一變化即能使得聲能 力增強(qiáng)60倍左右，還可以限制波束方向之外的噪聲干擾以及大氣中雪花對(duì)測(cè)量的干擾。 該接收器件12還連接有前置放大器13，該前置放大器13將接收器件12接收到從雪面反 射回來(lái)的信號(hào)進(jìn)行放大，從而使得能對(duì)雪面的反射信號(hào)具有較佳的接收效果。[0035]該主機(jī)2，其上設(shè)有后置放大器21、數(shù)字處理電路22和微處理器23，該后置放 大器21與前置放大器13相連而對(duì)信號(hào)進(jìn)行再次放大，再送入數(shù)字處理電路22后，被送 入微處理器23分析；該后置放大器21具體可以采用本申請(qǐng)人之前申請(qǐng)200910042148.0中 的技術(shù)，[0036]該溫度補(bǔ)償電路3，用于感測(cè)溫度并且將得到的溫度信號(hào)傳遞給主機(jī)2。具體 的，請(qǐng)參照?qǐng)D3所示，其示出的為本實(shí)用新型超聲測(cè)距的原理，其將超聲波探頭1固定 安裝在約離地Ltl的支架4上，由探頭向地面垂直發(fā)射一束經(jīng)窄脈沖調(diào)制的超聲波，經(jīng)雪 面或地面發(fā)射后返回超聲波探頭1，其間經(jīng)歷了 2L的路程。設(shè)聲波在大氣中傳播速度為 C，聲波經(jīng)2L路程的時(shí)間為T，則有[0037]L=- C*T2[0038]由上式可見(jiàn)，只要測(cè)準(zhǔn)C和T就可以準(zhǔn)確計(jì)算出L。其中T的測(cè)量比較簡(jiǎn)單， 本案中微處理器23中的定時(shí)器即可用于測(cè)量T，并且其誤差亦能輕易做到1 μ S，所帶來(lái) 的測(cè)距誤差遠(yuǎn)小于1mm。而對(duì)于C，其主要與大氣的氣溫有關(guān)，其具體的公式為[0039]C = 331.45+0.607t(m/s)[0040]其中式中t為氣溫，故如何準(zhǔn)確測(cè)得氣溫，尤其是超聲波實(shí)際運(yùn)行行程上的氣 溫則更為關(guān)鍵。作為溫度補(bǔ)償電路3的一種具體實(shí)施方案，如圖2所示，該溫度補(bǔ)償電 路3包括依次級(jí)聯(lián)的溫度傳感器31、運(yùn)算放大器32和A/D轉(zhuǎn)換器33，該A/D轉(zhuǎn)換器33 與主機(jī)2相連，該溫度傳感器31對(duì)溫度進(jìn)行感測(cè)，并將得到的溫度信號(hào)傳輸給運(yùn)算放大 器32，經(jīng)運(yùn)算放大器32的放大后，由A/D轉(zhuǎn)換器33采樣后則將數(shù)字溫度信號(hào)傳輸給主 機(jī)2，主機(jī)2中則會(huì)預(yù)存相關(guān)的算法，當(dāng)而計(jì)算出傳播速度C和傳輸時(shí)間T，并結(jié)合公式 而計(jì)算出L，此時(shí)雪深h即為U-L。對(duì)于該溫度傳感器31，其設(shè)置位置優(yōu)選為位于陰涼 通風(fēng)位置并設(shè)置在超聲波的傳輸通道中，這樣才能使測(cè)量出來(lái)的溫度能夠更準(zhǔn)確，從而 提高雪深的測(cè)量精度。[0041]綜上所述，本實(shí)用新型涉及的一種超聲波雪深測(cè)量?jī)x100，在主機(jī)2的控制下， 超聲波探頭1中的發(fā)射器件11發(fā)射出超聲波，該超聲波經(jīng)由雪面反射回來(lái)后，而被接收 器件12接收，并經(jīng)由前置放大器13進(jìn)行放大，該前置放大器13與接收器件12阻抗進(jìn)行 良好匹配，而具有低噪聲和高增益的特點(diǎn)；然后被傳輸?shù)街鳈C(jī)2中，該主機(jī)2通過(guò)后置 放大器21和數(shù)字處理電路22進(jìn)行二次處理后，即可分析得到具體信號(hào)，由此即可得出超聲波發(fā)射和接收之間的時(shí)間間隔；同時(shí)溫度補(bǔ)償電路3能測(cè)量得到超聲波傳輸路徑中的 溫度值，此時(shí)微處理器23結(jié)合時(shí)間間隔和溫度值即可準(zhǔn)確得到當(dāng)前的雪深，由于本實(shí)用 新型完全采用自動(dòng)測(cè)量方式，而且其微處理器23可以設(shè)置為定時(shí)模式而進(jìn)行定時(shí)自動(dòng)測(cè) 量，由此本實(shí)用新型完全無(wú)需人工到現(xiàn)場(chǎng)，從而能大大降低人力成本；同時(shí)由于本實(shí)用 新型在信號(hào)分析上以及溫度補(bǔ)償上均做了考慮，由此則具有測(cè)量誤差小和精確度高的特 點(diǎn)ο[0042] 上述實(shí)施例和圖式并非限定本實(shí)用新型的產(chǎn)品形態(tài)和式樣，任何所屬技術(shù)領(lǐng)域 的普通技術(shù)人員對(duì)其所做的適當(dāng)變化或修飾，皆應(yīng)視為不脫離本實(shí)用新型的專利范疇。
權(quán)利要求1.一種超聲波雪深測(cè)量?jī)x，其特征在于，包括超聲波探頭，具有發(fā)射器件和接收器件，該接收器件還連接有前置放大器，該前置 放大器將接收器件接收到從雪面反射回來(lái)的信號(hào)進(jìn)行放大；主機(jī)，其上設(shè)有后置放大器、數(shù)字處理電路和微處理器，該后置放大器與前置放大 器相連而對(duì)信號(hào)進(jìn)行再次放大，再送入數(shù)字處理電路后，被送入微處理器分析；溫度補(bǔ)償電路，用于感測(cè)溫度并且將得到的溫度信號(hào)傳遞給主機(jī)。
2.如權(quán)利要求1所述的一種超聲波雪深測(cè)量?jī)x，其特征在于，該超聲波雪深測(cè)量?jī)x還 包括罩設(shè)在超聲波探頭外周并用于控制超聲波波束角的導(dǎo)聲筒。
3.如權(quán)利要求1所述的一種超聲波雪深測(cè)量?jī)x，其特征在于，該發(fā)射器件和接收器件 分別采用工作頻率為40KHz的T40-16發(fā)射換能器和R40-16接收換能器。
4.如權(quán)利要求1所述的一種超聲波雪深測(cè)量?jī)x，其特征在于，該溫度補(bǔ)償電路包括 依次級(jí)聯(lián)的溫度傳感器、運(yùn)算放大器和A/D轉(zhuǎn)換器，該A/D轉(zhuǎn)換器與主機(jī)相連，該溫度 傳感器對(duì)溫度進(jìn)行感測(cè)，并將得到的溫度信號(hào)傳輸給運(yùn)算放大器，經(jīng)運(yùn)算放大器的放大 后，由A/D轉(zhuǎn)換器采樣后則將數(shù)字溫度信號(hào)傳輸給主機(jī)。
5.如權(quán)利要求4所述的一種超聲波雪深測(cè)量?jī)x，其特征在于，該溫度傳感器位于陰涼 通風(fēng)位置并設(shè)置在超聲波的傳輸通道中。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)一種超聲波雪深測(cè)量?jī)x，包括超聲波探頭，具有發(fā)射器件和接收器件，該接收器件還連接有前置放大器，該前置放大器將接收器件接收到從雪面反射回來(lái)的信號(hào)進(jìn)行放大；主機(jī)，其上設(shè)有后置放大器、數(shù)字處理電路和微處理器，該后置放大器與前置放大器相連而對(duì)信號(hào)進(jìn)行再次放大，再送入數(shù)字處理電路后，被送入微處理器分析；溫度補(bǔ)償電路，用于感測(cè)溫度并且將得到的溫度信號(hào)傳遞給主機(jī)。本實(shí)用新型能大大降低人力人本，并還具有測(cè)試誤差小、精度高的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01W1/14GK201812045SQ20102053477
公開(kāi)日2011年4月27日 申請(qǐng)日期2010年9月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月14日
發(fā)明者孫軍, 孫強(qiáng), 陳方興 申請(qǐng)人:廈門瀛寰電子科技有限公司