壓電式雨量測量裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種壓電式雨量測量裝置。該壓電式雨量測量裝置包括：空心支撐體，其內(nèi)部形成上下兩端開口的支撐腔；聲檢測敏感膜，至少包括壓電材料膜，蒙于支撐腔的上端開口；雨滴接觸膜，由可傳導(dǎo)聲音的材料制備，固定于聲檢測敏感膜的上方，兩者之間形成一聲腔；以及測量單元，其通過兩根導(dǎo)線電性連接至聲檢測敏感膜的上下兩電極。本發(fā)明壓電式雨量測量裝置通過識別聲波脈沖的幅度識別雨滴脈沖的動量，在識別雨滴數(shù)量和雨滴尺寸的基礎(chǔ)上即可獲得雨量以及雨強等參數(shù)，實現(xiàn)了一種新穎的雨量傳感器。
【專利說明】壓電式雨量測量裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及壓電【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種壓電式雨量測量裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]雨量測量裝置適用于氣象臺(站)、水文站、農(nóng)林、國防等有關(guān)部門用來遙測液體降水量、降水強度、降水起止時間。用于防洪、供水調(diào)度、電站水庫水情管理為目的水文自動測報系統(tǒng)、自動野外測報站。
[0003]常規(guī)的降水記錄儀器有三種:稱重式、翻斗式和虹吸式。虹吸式雨量計利用浮子隨水面升高而垂直移動，通過適當(dāng)?shù)臋C構(gòu)帶動自記筆在自記紙上移動記錄降水總量，適合于人工觀測，但虹吸雨量計用在北方時，由于北方易下“泥巴雨”，虹吸管臟后虹吸不正常。翻斗式雨量測量裝置及稱重式雨量測量裝置長期使用時也會受到塵土的影響，產(chǎn)生阻塞問題。因此常規(guī)雨量測量裝置需要人工定期的維護(hù)清理。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004](一 )要解決的技術(shù)問題
[0005]鑒于上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種新型的壓電式的雨量傳感器。
[0006]( 二 )技術(shù)方案
[0007]根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種壓電式雨量測量裝置。該壓電式雨量測量裝置包括:空心支撐體，其內(nèi)部形成上下兩端開口的支撐腔；聲檢測敏感膜，至少包括壓電材料膜，蒙于支撐腔的上端開口 ；雨滴接觸膜，由可傳導(dǎo)聲音的材料制備，固定于聲檢測敏感膜的上方，兩者之間形成一聲腔；以及測量單元，其通過兩根導(dǎo)線電性連接至聲檢測敏感膜的上下兩電極；其中，雨滴接觸膜在雨滴的作用下發(fā)出聲波脈沖，該聲波脈沖通過聲腔傳輸?shù)铰暀z測敏感膜，并轉(zhuǎn)化為電脈沖信號，測量單元通過識別電脈沖信號的個數(shù)記錄雨滴的數(shù)量，通過識別電脈沖信號的幅度識別雨滴的尺寸，進(jìn)而獲得雨量信息。
[0008](三)有益效果
[0009]從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明速調(diào)管具有以下有益效果:
[0010](I)通過識別聲波脈沖的個數(shù)記錄雨滴的數(shù)量，通過識別聲波脈沖的幅度識別雨滴脈沖的動量，而雨滴的動量與雨滴的尺寸有很大的關(guān)系，因此通過標(biāo)定雨滴尺寸與聲波脈沖幅度之間的關(guān)系可以識別雨滴的尺寸，因此，在識別雨滴數(shù)量和雨滴尺寸的基礎(chǔ)上即可獲得雨量以及雨強等參數(shù)，實現(xiàn)了一種新穎的雨量傳感器；
[0011](2)雨滴接觸膜呈拱形，雨滴經(jīng)過測量裝置后流向地面，可以把塵土等雜質(zhì)清洗掉，因此測量裝置不需要維護(hù)；
[0012](3) 一體化的設(shè)計保證了外界塵土等雜質(zhì)無法進(jìn)入測量裝置內(nèi)部；無活動部件解決了常規(guī)雨量測量裝置需要定期維護(hù)的問題，從而可以實現(xiàn)長期、連續(xù)、自動的雨量的觀測。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1為根據(jù)本發(fā)明實施例壓電式雨量測量裝置的立體圖；
[0014]圖2為圖1所示壓電式雨量測量裝置沿A-A’面的剖視圖。
[0015]【主要元件】
[0016]1-雨滴接觸膜；2-聲檢測敏感膜；3-聲腔；
[0017]4-支撐腔； 5-測量單元； 6-空心支撐體；
[0018]7_ 導(dǎo)線。

【具體實施方式】
[0019]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合具體實施例，并參照附圖，對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。需要說明的是，在附圖或說明書描述中，相似或相同的部分都使用相同的圖號。附圖中未繪示或描述的實現(xiàn)方式，為所屬【技術(shù)領(lǐng)域】中普通技術(shù)人員所知的形式。另外，雖然本文可提供包含特定值的參數(shù)的示范，但應(yīng)了解，參數(shù)無需確切等于相應(yīng)的值，而是可在可接受的誤差容限或設(shè)計約束內(nèi)近似于相應(yīng)的值。實施例中提到的方向用語，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，僅是參考附圖的方向。因此，使用的方向用語是用來說明并非用來限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0020]本發(fā)明通過壓電材料將雨滴的動能轉(zhuǎn)化為壓電材料的勢能，通過檢測勢能的變化實現(xiàn)雨量的測量，最終實現(xiàn)免維護(hù)的可以長期自動運行的雨量測量裝置。
[0021]在本發(fā)明的一個示例性實施例中，提供了一種壓電式雨量測量裝置。圖1為根據(jù)本發(fā)明實施例壓電式雨量測量裝置的立體圖。圖2為圖1所示壓電式雨量測量裝置沿A-A’面的剖視圖。請參照圖1和圖2，本實施例壓電式雨量測量裝置包括:空心支撐體6，其內(nèi)部形成支撐腔4 ;聲檢測敏感膜2，由壓電材料制備，蒙于支撐腔4的上部開口，其上下兩電極通過導(dǎo)線7連接至測量單元5 ;雨滴接觸膜1，由可傳導(dǎo)聲音的材料制備，固定于聲檢測敏感膜2的上方,兩者之間形成一聲腔3。
[0022]其中，雨滴接觸膜I在雨滴的作用下發(fā)出聲波脈沖，該聲波脈沖通過聲腔3傳輸?shù)铰暀z測敏感膜2，并通過聲檢測敏感膜2把聲波脈沖轉(zhuǎn)化為電脈沖信號，測量單元5通過識別電脈沖信號的個數(shù)記錄雨滴的數(shù)量，通過識別電脈沖信號的幅度識別雨滴的尺寸，進(jìn)而獲得雨量信息。
[0023]以下對本實施例壓電式雨量測量裝置的各個組成部分進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0024]請參照圖1和圖2，空心支撐體6呈空心圓柱狀結(jié)構(gòu)，其上部向內(nèi)側(cè)收攏。該形狀空心支撐體形成的支撐腔4有利于由雨滴接觸膜I流下的雨滴快速流下。在本發(fā)明的其他實施例中，該空心支撐體也可是呈圓臺形或其他形狀。此外，支撐體6的材料可以為金屬，也可以是其他固體材料。
[0025]聲檢測敏感膜2為圓片形，也可以是與支撐腔上部相配的其他形狀。聲檢測敏感膜2可以直接為壓電材料膜，也可為金屬片或其他可傳導(dǎo)聲音的非金屬片與壓電材料膜的粘合體，或金屬片或其他可傳導(dǎo)聲音的非金屬片與沉積于其上的壓電材料薄膜的結(jié)合。此處的壓電材料可以是鋯鈦酸鉛、鈦酸鋇或聚偏氟乙烯。
[0026]雨滴接觸膜I為圓形供體，也可以是可接收雨滴敲擊又可以保證雨水流走的形狀。該雨滴接觸膜I的材料可以為金屬或其他可傳導(dǎo)聲音的非金屬材料。其中，該可傳導(dǎo)聲音的非金屬材料例如是聚四氟乙烯、環(huán)氧樹脂等。
[0027]其中，雨滴接觸膜I粘合于聲檢測敏感膜2上，兩者之間形成聲腔3。而雨滴接觸膜I位于聲腔3的上部。聲檢測敏感膜2位于聲腔3的下部。
[0028]測量單元5位于支撐腔4內(nèi)部，與支撐體6接觸，通過導(dǎo)線7與聲檢測敏感膜2連接。其中，導(dǎo)線7為金屬導(dǎo)線，也可是其他可以實現(xiàn)聲檢測敏感膜2與測量單元5電氣連接的其他導(dǎo)線。
[0029]需要說明的是，測量單元5的內(nèi)部具有一電脈沖信號幅度與雨滴尺寸的對照表。在獲得電脈沖信號后，該測量單元5通過查找該對照表來獲取雨滴尺寸的信號。此外，關(guān)于測量單元在識別雨滴數(shù)量和雨滴尺寸的基礎(chǔ)上進(jìn)而計算雨強和雨量等內(nèi)容，本領(lǐng)域技術(shù)人員均知道如何實現(xiàn)，例如采用積分、求和等方式，該測量單元可以采用硬件電路實現(xiàn)，也可以應(yīng)用單片機、可編程邏輯芯片等實現(xiàn)，在此不再贅述。
[0030]以下介紹本實施例壓電式雨量測量裝置的工作原理:雨滴接觸膜I在雨滴的作用下發(fā)出不同幅度的聲波脈沖，聲波脈沖通過聲腔傳輸?shù)铰暀z測敏感膜2，并通過聲檢測敏感膜2把聲波脈沖信號轉(zhuǎn)化為電信號，電信號通過導(dǎo)線7傳輸?shù)綔y量單元5。測量單元5通過識別聲波脈沖的個數(shù)記錄雨滴的數(shù)量，通過識別聲波脈沖的幅度識別雨滴脈沖的動量。而雨滴的動量與雨滴的尺寸有很大的關(guān)系，因此通過標(biāo)定雨滴尺寸與聲波脈沖幅度之間的關(guān)系可以識別雨滴的尺寸。在識別雨滴數(shù)量和雨滴尺寸的基礎(chǔ)上即可獲得雨量以及雨強等參數(shù)。
[0031]本實施例提供了一種現(xiàn)有技術(shù)所沒有的利用壓電技術(shù)的雨量測量裝置，其具有眾多的優(yōu)點:
[0032](I)通過識別聲波脈沖的個數(shù)記錄雨滴的數(shù)量，通過識別聲波脈沖的幅度識別雨滴脈沖的動量，而雨滴的動量與雨滴的尺寸有很大的關(guān)系，因此通過標(biāo)定雨滴尺寸與聲波脈沖幅度之間的關(guān)系可以識別雨滴的尺寸，因此，在識別雨滴數(shù)量和雨滴尺寸的基礎(chǔ)上即可獲得雨量以及雨強等參數(shù)，實現(xiàn)了一種新穎的雨量傳感器；
[0033](2) 一體化的設(shè)計保證了外界塵土等雜質(zhì)無法進(jìn)入測量裝置內(nèi)部，同時在測量裝置工作過程中，雨滴與雨滴接觸膜I接觸后沿著聲腔3外壁以及支撐腔4的支撐殼6流向地面，可以把塵土等雜質(zhì)清洗掉，因此測量裝置不需要維護(hù)。從測量裝置工作的整個過程中可知，測量裝置無活動部件，解決了常規(guī)雨量測量裝置需要定期維護(hù)的問題，適用于長期、連續(xù)、自動觀測氣象雨量要素。
[0034]至此，已經(jīng)結(jié)合附圖對本實施例進(jìn)行了詳細(xì)描述。依據(jù)以上描述，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)對本發(fā)明壓電式雨量測量裝置有了清楚的認(rèn)識。
[0035]此外，上述對各元件和方法的定義并不僅限于實施例中提到的各種具體結(jié)構(gòu)、形狀或方式，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可對其進(jìn)行簡單地更改或替換。
[0036]綜上所述，本發(fā)明壓電式雨量測量裝置通過壓電技術(shù)實現(xiàn)雨量測量裝置的長期自動的運行，具有極高的推廣應(yīng)用價值。
[0037]以上所述的具體實施例，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種壓電式雨量測量裝置，其特征在于，包括: 空心支撐體(6)，其內(nèi)部形成上下兩端開口的支撐腔(4)； 聲檢測敏感膜(2)，至少包括壓電材料膜，蒙于所述支撐腔(4)的上端開口 ； 雨滴接觸膜(I)，由可傳導(dǎo)聲音的材料制備，固定于所述聲檢測敏感膜(2)的上方，兩者之間形成一聲腔(3);以及 測量單元(5)，其通過兩根導(dǎo)線電性連接至聲檢測敏感膜(2)的上下兩電極； 其中，所述雨滴接觸膜(I)在雨滴的作用下發(fā)出聲波脈沖，該聲波脈沖通過所述聲腔(3)傳輸?shù)剿雎暀z測敏感膜(2)，并轉(zhuǎn)化為電脈沖信號，所述測量單元(5)通過識別電脈沖信號的個數(shù)記錄雨滴的數(shù)量，通過識別電脈沖信號的幅度識別雨滴的尺寸，進(jìn)而獲得雨量信息。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電式雨量測量裝置，其特征在于，所述聲檢測敏感膜(2)包括: 壓電材料膜； 金屬片或可傳導(dǎo)聲音的非金屬片與粘合于其上的壓電材料膜；或 金屬片或可傳導(dǎo)聲音的非金屬片與沉積于其上的壓電材料薄膜。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的壓電式雨量測量裝置，其特征在于，所述壓電材料膜的材料為鋯鈦酸鉛、鈦酸鋇或聚偏氟乙烯。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的壓電式雨量測量裝置，其特征在于，所述非金屬材料片的材料為聚四氟乙烯或環(huán)氧樹脂。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電式雨量測量裝置，其特征在于，所述雨滴接觸膜(I)呈圓拱形。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電式雨量測量裝置，其特征在于，所述雨滴接觸膜(I)由金屬或可傳導(dǎo)聲音的非金屬材料制備。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電式雨量測量裝置，其特征在于，所述測量單元(5)的內(nèi)部具有一電脈沖信號幅度與雨滴尺寸的對照表； 在獲得電脈沖信號后，該測量單元(5)通過查找該對照表來獲取雨滴尺寸的信息。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電式雨量測量裝置，其特征在于: 所述測量單元，在獲取雨滴的數(shù)量和雨滴的尺寸后，通過求和的方式獲得雨量信息。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項所述的壓電式雨量測量裝置，其特征在于，所述空心支撐體(6)呈圓柱形或圓臺形。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項所述的壓電式雨量測量裝置，其特征在于，所述空心支撐體(6)由金屬材料制備。
【文檔編號】G01W1/14GK104316980SQ201410589738
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2014年10月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月28日
【發(fā)明者】杜利東, 趙湛, 張萌穎, 吳少華, 方震 申請人:中國科學(xué)院電子學(xué)研究所