一種無機(jī)械結(jié)構(gòu)的雨量測(cè)量傳感器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種傳感器，特別是涉及一種無機(jī)械結(jié)構(gòu)的雨量測(cè)量傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著環(huán)境的不斷變化，極端惡劣的氣候變化越顯明顯，人們希望對(duì)雨量的監(jiān)測(cè)和 統(tǒng)計(jì)更加頻繁。準(zhǔn)確測(cè)定某時(shí)段某地區(qū)降水量，對(duì)分析和預(yù)測(cè)該區(qū)域氣候變化和天氣狀況 有著科學(xué)的指導(dǎo)意義，同時(shí)也可為人們的出行、農(nóng)作物的生長和發(fā)育、古遺址文物保護(hù)工作 等提供有效的理論依據(jù)。
[0003] 目前，雨量傳感器主要采用的是機(jī)械翻斗式雨量計(jì)，其對(duì)雨量的變化的測(cè)量能力 比較差，并且由于機(jī)械銹蝕和摩損，長時(shí)間放置野外的話，不能準(zhǔn)確快速的測(cè)量降雨量信 息。
[0004] 因此，現(xiàn)有的機(jī)械式降雨量測(cè)量方式已經(jīng)不能滿足特殊環(huán)境下的需求，而非機(jī)械、 非接觸式測(cè)量方式出現(xiàn)和完善已經(jīng)成為必然，針對(duì)野外雨量傳感器區(qū)域的布設(shè)，要求對(duì)氣 候數(shù)據(jù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)、可靠、方便、準(zhǔn)確、低能耗的連續(xù)監(jiān)測(cè)，非機(jī)械、非接觸式測(cè)量方式更容易 且可靠的獲取數(shù)據(jù)源。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明為了解決現(xiàn)有機(jī)械的翻斗式雨量計(jì)測(cè)量不準(zhǔn)確、可靠性差的技術(shù)問題，提 供一種測(cè)量準(zhǔn)確、可靠性高的無機(jī)械結(jié)構(gòu)的雨量測(cè)量傳感器。
[0006] 本發(fā)明提供一種無機(jī)械結(jié)構(gòu)的雨量測(cè)量傳感器，包括桶式電容器、電容測(cè)量電路、 單片機(jī)和液晶顯示模塊，電容測(cè)量電路與單片機(jī)連接，液晶顯示模塊與單片機(jī)連接；桶式電 容器包括耐腐蝕絕緣量筒，耐腐蝕絕緣量筒設(shè)有外壁和筒底部，耐腐蝕絕緣量筒的外壁連 接有金屬箔，耐腐蝕絕緣量筒的筒底部垂直連接有不銹鋼棒，不銹鋼棒位于耐腐蝕絕緣量 筒的中軸線上；金屬箔連接有第一根引線，不銹鋼棒連接有第二根引線；第一根引線和第 二根引線這兩根引線與電容測(cè)量電路連接。
[0007] 優(yōu)選地，耐腐蝕絕緣量筒的下部連接有液面校準(zhǔn)管，不銹鋼棒的長度與耐腐蝕絕 緣量筒的高度相同；單片機(jī)連接有溫度傳感器，單片機(jī)連接有通信端口，通信端口通過無線 傳輸模塊連接有上位機(jī)終端。
[0008] 優(yōu)選地，電容測(cè)量電路包括固定電阻、RC振蕩電路、頻率/電壓轉(zhuǎn)換電路和低通濾 波電路，RC振蕩電路通過固定電阻與桶式電容器連接，頻率/電壓轉(zhuǎn)換電路與RC振蕩電路 連接，低通濾波電路與頻率/電壓轉(zhuǎn)換電路連接，單片機(jī)與低通濾波電路連接。
[0009] 本發(fā)明的有益效果是：
[0010] (1)本裝置是一種非接觸式測(cè)量傳感器，可測(cè)量多種液體，具有耐腐蝕、不易機(jī)械 損壞等特點(diǎn)。
[0011] (2)本裝置采用模塊化的設(shè)計(jì)，具有低功耗特點(diǎn)，提高了野外放置雨量測(cè)量傳感器 的生命周期。
[0012] (3)本裝置能準(zhǔn)確、可靠的測(cè)量降雨量信息，可以科學(xué)合理的指導(dǎo)人們的生產(chǎn)活 動(dòng)，大大提高社會(huì)的生產(chǎn)效率，有極其重要的社會(huì)意義。
[0013] (4)本裝置可進(jìn)行智能化的數(shù)據(jù)采集、處理、發(fā)送和顯示，智能化程度高、可靠性 強(qiáng)，同時(shí)，也可以用于實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)液自動(dòng)化管理，在未來市場(chǎng)上，有著非常卓越的前景。
[0014] 本發(fā)明進(jìn)一步的特征，將在以下【具體實(shí)施方式】的描述中，得以清楚地記載。
【附圖說明】
[0015] 圖1是本發(fā)明的原理框圖；
[0016] 圖2是桶式電容器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017] 圖3是圖2的剖視圖；
[0018] 圖4是電容測(cè)量電路的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019] 圖5是效果測(cè)試圖。
[0020] 附圖符號(hào)說明：
[0021] 101.干電池，102.桶式電容器，103.電容測(cè)量電路，104.溫度傳感器，105.單片 機(jī)，106.液晶顯示模塊，107.通信端口，108.無線傳輸模塊，109.上位機(jī)終端，201.金屬箔， 202.不銹鋼棒，203.耐腐蝕絕緣量筒，204.液面校準(zhǔn)管，205.第一根引線，206.第二根引 線，207.液體，301.固定電阻，302. RC振蕩電路，303.頻率/電壓轉(zhuǎn)換電路，304.低通濾波 電路。
【具體實(shí)施方式】
[0022] 如圖2和3所示，桶式電容器102包括耐腐蝕絕緣量筒203,耐腐蝕絕緣量筒203 的外壁連接有金屬箔201，不銹鋼棒202與耐腐蝕絕緣量筒203的筒底部垂直連接，且不銹 鋼棒202位于耐腐蝕絕緣量筒203的中軸線上。
[0023] 不銹鋼棒202的長度與耐腐蝕絕緣量筒203的高度L相同。
[0024] 金屬箔201作為第一電極，即外電極。不銹鋼棒202作為第二電極，即內(nèi)電極。第 一根引線205與金屬箔201連接，第二根引線206與不銹鋼棒202連接。第一電極和第二 電極之間形成被測(cè)電容量。
[0025] 第一根引線205用于與系統(tǒng)電源地連接，第二根引線206用于與電容測(cè)量電路103 的輸入端連接。
[0026] 液面校準(zhǔn)管204與耐腐蝕絕緣量筒203的下部連接，液面校準(zhǔn)管204與耐腐蝕絕 緣量筒203的下部盛放液體的空間連通。
[0027] 當(dāng)雨水流入耐腐蝕絕緣量筒203內(nèi)形成雨水液體，該液體的液面高度h隨著降雨 量的大小變化，最終使外電極金屬箔201和內(nèi)電極不銹鋼棒202之間形成電容值的大小也 變化，也就是說，電容與液位存在一定的線性關(guān)系。耐腐蝕絕緣量筒203筒內(nèi)的液體液面以 上為空氣。
[0028] 液面校準(zhǔn)管204可以對(duì)耐腐蝕絕緣量筒203筒內(nèi)的液體液面進(jìn)行自動(dòng)校準(zhǔn)。
[0029] 圖3中不銹鋼棒202的直徑為D。，不銹鋼棒202的中軸線與耐腐蝕絕緣量筒203 的內(nèi)壁之間的距離是^，不銹鋼棒202的中軸線與耐腐蝕絕緣量筒203的外壁之間的距離 TH T2 〇
[0030] 如圖1所示，桶式電容器102的兩根引線（第一根引線205和第二根引線206)與 電容測(cè)量電路103連接，電容測(cè)量電路103與單片機(jī)105連接，溫度傳感器104與單片機(jī)105 連接。液晶顯示模塊106和通信端口 107分別與單片機(jī)105連接，通信端口 107通過無線 傳輸模塊108與上位機(jī)終端109連接。干電池101分別與電容測(cè)量電路103和單片機(jī)105 連接，用于供電。
[0031] 通過電容測(cè)量電路103實(shí)時(shí)地采集桶式電容器102的電容量，并轉(zhuǎn)化為電壓值，送 入單片機(jī)105,同時(shí)，溫度傳感器104采集環(huán)境溫度值送入單片機(jī)105。
[0032] 單片機(jī)105根據(jù)電壓-降雨量傳遞函數(shù)對(duì)所采集的電壓值進(jìn)行轉(zhuǎn)換并根據(jù)環(huán)境溫 度進(jìn)行修正，將其轉(zhuǎn)換成降雨量以數(shù)字形式輸出。
[0033] 然后通過液晶顯示模塊106進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示降雨量信息，且由通信端口 107經(jīng)無線 傳輸模塊108打包發(fā)送給上位機(jī)終端109,上位機(jī)終端109可將降雨量信息存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫， 用于對(duì)未來氣象分預(yù)測(cè)提供參考和依據(jù)。
[0034] 環(huán)境監(jiān)測(cè)人員可以通過計(jì)算機(jī)客戶端遠(yuǎn)程訪問監(jiān)測(cè)雨量信息，以滿足信息的及時(shí) 獲取和反饋。
[0035] 溫度傳感器104采集環(huán)境溫度，用于雨量傳感器對(duì)降雨量監(jiān)測(cè)值的修正。
[0036] 如圖4所示，電容測(cè)量電路103采用低功耗、寬范圍的電容測(cè)量電路模塊，其包括 固定電阻301、RC振蕩電路302、頻率/電壓轉(zhuǎn)換電路303和低通濾波電路304。RC振蕩電 路302通過固定電阻301與桶式電容器102的兩根引線連接，頻率/電壓轉(zhuǎn)換電路303與 RC振蕩電路302連接，低通濾波電路304與頻率/電壓轉(zhuǎn)換電路303連接，單片機(jī)105與低 通濾波電路304連接。
[0037] RC振蕩電路302通過固定電阻301與桶式電容器102進(jìn)行充放電產(chǎn)生振蕩，振蕩 頻率與桶式電容器102的電容量正相關(guān)，且為線性關(guān)系。
[0038] 頻率/電壓轉(zhuǎn)換電路303將RC振蕩電路302輸出頻率值轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的直流電壓 值，電壓值與頻率值呈線性關(guān)系。
[0039] 低通濾波電路304對(duì)頻率/電壓轉(zhuǎn)換電路303輸出的電壓值進(jìn)行濾波，去除高頻 干擾，使其穩(wěn)定可靠的輸出所測(cè)電壓值。
[0040] 下面描述系統(tǒng)整體測(cè)試和驗(yàn)證，通過以上步驟連接各個(gè)電路部分，分別對(duì)桶式電 容器102均等加入IOml去離子水，液體可達(dá)到250ml。可在液晶顯示模塊106和上位機(jī)終 端109上顯示模擬降雨量實(shí)測(cè)值；分別記錄對(duì)應(yīng)模擬降雨量實(shí)測(cè)值和理論值；做出相應(yīng)的 模擬降雨量理論值曲線和實(shí)測(cè)值曲線，如表一、表二和圖5所示：
[0041] 表一：
[0042]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種無機(jī)械結(jié)構(gòu)的雨量測(cè)量傳感器，其特征是，包括桶式電容器、電容測(cè)量電路、單 片機(jī)和液晶顯示模塊，所述電容測(cè)量電路與所述單片機(jī)連接，所述液晶顯示模塊與所述單 片機(jī)連接； 所述桶式電容器包括耐腐蝕絕緣量筒，所述耐腐蝕絕緣量筒設(shè)有外壁和筒底部，所述 耐腐蝕絕緣量筒的外壁連接有金屬箔，所述耐腐蝕絕緣量筒的筒底部垂直連接有不銹鋼 棒，所述不銹鋼棒位于所述耐腐蝕絕緣量筒的中軸線上；所述金屬箔連接有第一根引線，所 述不銹鋼棒連接有第二根引線； 所述第一根引線和第二根引線這兩根引線與所述電容測(cè)量電路連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的無機(jī)械結(jié)構(gòu)的雨量測(cè)量傳感器，其特征在于，所述耐腐蝕絕 緣量筒的下部連接有液面校準(zhǔn)管，所述不銹鋼棒的長度與所述耐腐蝕絕緣量筒的高度相 同； 所述單片機(jī)連接有溫度傳感器，所述單片機(jī)連接有通信端口，所述通信端口通過無線 傳輸模塊連接有上位機(jī)終端。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的無機(jī)械結(jié)構(gòu)的雨量測(cè)量傳感器，其特征在于，所述電容測(cè)量 電路包括固定電阻、RC振蕩電路、頻率/電壓轉(zhuǎn)換電路和低通濾波電路，所述RC振蕩電路 通過所述固定電阻與所述桶式電容器連接，所述頻率/電壓轉(zhuǎn)換電路與所述RC振蕩電路連 接，所述低通濾波電路與所述頻率/電壓轉(zhuǎn)換電路連接，所述單片機(jī)與所述低通濾波電路 連接。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種無機(jī)械結(jié)構(gòu)的雨量測(cè)量傳感器，其解決了現(xiàn)有機(jī)械的翻斗式雨量計(jì)測(cè)量不準(zhǔn)確、可靠性差的技術(shù)問題，其包括桶式電容器、電容測(cè)量電路、單片機(jī)和液晶顯示模塊，電容測(cè)量電路與單片機(jī)連接，液晶顯示模塊與單片機(jī)連接；桶式電容器包括耐腐蝕絕緣量筒，耐腐蝕絕緣量筒設(shè)有外壁和筒底部，耐腐蝕絕緣量筒的外壁連接有金屬箔，耐腐蝕絕緣量筒的筒底部垂直連接有不銹鋼棒，不銹鋼棒位于耐腐蝕絕緣量筒的中軸線上；金屬箔和不銹鋼棒分別通過引線與電容測(cè)量電路連接。本發(fā)明廣泛應(yīng)用于降雨量等液體量的監(jiān)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域。
【IPC分類】G01W1-14
【公開號(hào)】CN104808261
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510125517
【發(fā)明人】來寶鵬, 鄧周虎, 張 雄, 王雪文, 閆軍鋒
【申請(qǐng)人】西北大學(xué)
【公開日】2015年7月29日
【申請(qǐng)日】2015年3月23日