一种流动式多功能气象站的制作方法

本实用新型涉及军事领域，特别是涉及一种基于加速度信号确定高速侵彻引信的计层识别方法及实现该方法的装置。

背景技术：

现有的气象站一般包括钢架式雨量站和超声波气象站，其中钢架式雨量站的风速风向传感器为机械式，占用空间大，为使气象站整体比较协调，其它各种传感器也均采用独立式，上述部件通常安装于一个树形钢体结构架上，整体体积较大。而超声波气象站旁边通常需要一个仪器箱来安装采集仪和蓄电池，也导致体积过于臃肿。

特别是，上述两类气象站，均不能实现流动(运动)应用，比如安装于汽车顶部在运动中工作，从原理上讲，目前使用的各类降雨量传感器(翻斗式、称重式等)在加速或减速动作影响下均会产生错误信号输出，无法使用，对于风速、风向参数也影响很大。

技术实现要素：

本实用新型的目的是要提供一种体积小且能够实现移动测量的流动式多功能气象站。

特别地，本实用新型提供一种流动式多功能气象站，包括由上至下依次设置的：

雨量计，用于测量当前雨量和强度，包括弧形的透光罩，和设置在所述透光罩内部相对两侧的光线发射端和光线接收端，由光线发射端发送的光线经透光罩折射后进入光线接收端，根据光线接收端接收的光线强度和变化次数，即可得到因透光罩外表面的雨水折射出去的光线强度，进而计算出当前的降雨信息；

百叶箱，用于安装各种环境检测传感器，包括多个检测空气状态的传感器和多个检测外界光线状况的传感器；

测风装置，用于测量当前风速和风向，包括超声波测风仪，所述超声波测风仪包括三组分别由相对的发送器和接收器构成的超声波探头，其中发送器和接收器均匀的分布在一个圆环内；

固定座，用于和移动载具固定，包括安装在内部用于控制各部件工作的控制单元，以及与所述控制单元连接的供电单元、检测当前倾斜状态的平衡单元、检测当前行进方向的方向单元、确定当前位置的定位单元和与外部进行数据交互的外部数据接口。

在本实用新型的一个实施例中，所述超声波测风仪中，三个所述接收器所处的平面高于三个所述发送器所处的平面。

在本实用新型的一个实施例中，所述测风装置还包括热敏测风仪，所述热敏测风仪包括封闭的环形腔体，和位于环形腔体圆心的发热源，以及均匀分布在同一圆周上的多个与所述发热源通过导热材料连接的导温球，所述各导温球的一部分露出所述环形腔体外，在所述发热源和所述导温球处安装有与所述控制单元连接的温度传感器。

在本实用新型的一个实施例中，所述环形腔体为所述百叶箱的一部分，或作为独立部件固定在所述百叶箱的底部。

在本实用新型的一个实施例中，所述外部数据接口包括数据输入输出接口，外置数据存储接口和报警接口；所述数据输入输出接口包括RS232接口、RS485接口、蓝牙、GSM/GPRS、射频发射器；所述外置数据存储接口包括SIM卡安装槽和SD卡安装槽；所述报警接口包括本地报警输出接口和远程定位报警输出接口。

在本实用新型的一个实施例中，所述供电单元包括内置可充电电池模块和/或太阳能供电模块，和外部充供电接口。

在本实用新型的一个实施例中，所述平衡单元为三轴陀螺仪，所述方向单元为三轴加速度传感器，所述定位单元为电子罗盘。

本实用新型为一体式小型气象站，可同时对大气环境中的降雨量、降雨PH值、风速、风向、空气温度、湿度、结露、二氧化碳、空气质量、光照度、太阳辐射、紫外线、悬浮颗粒物密度等多种参数进行实时监测。内置三轴加速度和三轴陀螺仪、电子罗盘，可感知设备的动态数据和运动方向，使各种对运动敏感的参数得以校正，因使用了电子罗盘，故安装时可无需考虑设备的安装方向。内置全球定位模块，实现设备坐标获取。使用多项节能技术，设备内置电池即可长时间工作。内置多种无线网络支持，可方便进行无线参数配置、数据传输。

附图说明

图1是根据本实用新型一个实施例的流动式多功能气象站结构示意图；

图2是根据本实用新型一个实施例的雨量计结构示意图；

图3是根据本实用新型一个实施例的超声波测风仪结构示意图；

图4是根据本实用新型一个实施例的热敏测风仪的结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型一个实施例的流动式多功能气象站100一般性地包括由上至下依次设置的测量当前雨量和强度的雨量计10，和用于安装各种环境检测传感器的百叶箱20，和测量当前风速和风向的测风装置，以及用于安装上述部件同时与移动载具固定的固定座50。

如图2所示，该雨量计10设置在最上层，以便首先接触到降雨，其包括弧形且透明的透光罩11，和设置在透光罩11内部相对两侧的光线发射端12和光线接收端13，由光线发射端12发送的测量光束经透光罩11折射后进入光线接收端13，当透光罩11的外表面没有遮挡物时，光线发射端12发送的测量光束理论上完全被透光罩11的内表面折射至光线接收端13，即光线接收端13此时接收到的测量光束强度与该测量光束发送时的光线强度一致。当出现降雨现象时，雨水会滴到透光罩11的外表面，由于雨水与透光罩11的折射率相同或接近，因此当测量光束经过沾有雨水的透光罩11处时，此部分测量光束会被外面的雨水直接折射至空气中，从而降低了最终到达光线接收端13的测量光束强度，根据预先测量的数据，可以由光线接收端13接收的测量光束强度和变化次数，确认因透光罩11外表面的雨水折射出去的光线强度，进而计算出当前的降雨信息。该雨量计10的具体结构和详细工作过程可以参见本申请人另一在先专利(201510317539.4)中的内容。

百叶箱20为各种传感器提供安装空间和安装基座，同时四周设置有相应的透风孔，具体的环境检测传感器可以包括多个检测空气状态的传感器和多个检测外界光线状况的传感器。其中检测空气状态的传感器可以包括能够检测降雨PH值、空气温度、湿度、结露、二氧化碳浓度、空气质量、悬浮颗粒物密度等环境信息的多个独立传感器或多功能传感器。检测外界光线状态的传感器检测内容包括当前光照度、太阳辐射和紫外线强度等信息。上述各传感器分别与控制单元连接，由控制单元控制并接收相应的检测数据。百叶箱20能够在提供良好安装空间的同时，保证内外空气的正常流动。

如图3所示，该测风装置安装在百叶箱20的下方或底部，可以包括超声波测风仪40，该超声波测风仪40包括三组分别由相对的发送器41和接收器42构成的超声波探头，其中发送器41和接收器42均匀的分布在一个圆环内。相邻发送器41和接收器42分别间隔180度。声音在空气中的传播速度，会和风向上的气流速度叠加。测量时，发送器41向相对的接收器42发送超声波，若超声波的传播方向与风向相同，它的速度会加快；反之，它的速度会变慢。因此，超声波在空气中传播的速度可以和风速函数对应，通过计算即可得到精确的风速和风向。

固定座50的内部可以设置相应的安装空间，以安装控制单元、供电单元等基础部件，还可以安装检测当前工作环境的部件，如检测当前倾斜状态的平衡单元、检测当前行进方向的方向单元和确定当前位置的定位单元。

本实施例为一体式小型气象站，可同时对大气环境的多个参数进行监控，通过内置平衡单元和方向单元，可感知整个设备的动态数据和运动方向，使各种对运动敏感的测量参数得以校正。通过内置定位单元可实现设备位置坐标获取，方便远程控制。通过雨量计10可以得到当前降雨量和降雨强度，通过测风装置可以获取当前风速和风向。本实施例能够移动使用且测量全面，适应范围广，相应的对自然灾害的预报也更及时，可广泛应用于运动中大气环境监测，同时也可应用于各种突发自然灾害的应急指挥使用，或作为手持式便携多参数气象测量工具。

进一步地，在本实用新型的一个实施例中，该超声波测风仪40的风速和风向测量方法可以采用如下方式。将超声波测风仪40安装在四面透风的安装环境中，然后：

步骤101，测量无风状态下，相对的发送器41发送超声波到接收器42时的正常时间；

步骤102，测量有风状态下，相对的发送器41发送超声波到接收器42时的实际时间；

步骤103，用正常时间减去实际时间，即为当前的风速；

步骤104，获取圆周分布的三组发送器41和接收器42之间的风速值，其中最大风速值所对应的发送器和接收器指向的方向即为当前的风向。

进一步地，为避免风速测量过程中，设备的移动速度和倾斜角度对测量结果的影响，在计算风速和风向时还包括校正步骤。假设流动式多功能气象站100在某一方向上的倾斜角度为a，在此方向实测风速S’会小于实际风速S，见下式(1)：

$S=\frac{S^{\′}}{\sin a}---\left(1\right)$

设流动式多功能气象站100的移动速度为S”，在某一方向测量到的风速S’会变大或变小(即逆风或顺风)，则实际风速S见式(2)：

S＝S′+/-S" (2)

对于风向的校正，某一时刻的风向计算公式为：

H＝H′-h (3)

上式中，H为实际风向，H’为测量到的风向，h为当前流动式多功能气象站100的倾斜角度值。

此外，还可以考虑空气温度或湿度在利用超声波测量风速时的影响，在不同的温、湿度条件下，超声波的传播速率会受到较大影响，呈非线性关系，通过实验，可以获取不同条件下超声波的传播速率，得到不同区间温、湿度对传播速率的影响因子，将上述影响因子集成到风速算法中，即可滤除此部分的影响。

进一步地，在本实用新型的一个实施例中，在计算雨量计10的降雨信息时，还包括排除当前移动速度对雨量计算结果的影响的校正步骤，该步骤处理过程如下：

步骤201，确定透光罩11在静止且水平状态下时的受雨面积；

步骤202，获取当前透光罩11的倾斜角度，根据透光罩11的弧形面积计算出相应的倾斜受雨面积；该步骤中的倾斜角度可以通过平衡单元获取。

步骤203，获取当前透光罩11的实时移动速度和风速；透光罩11的移动速度即为当前流动式多功能气象站100的移动速度。

步骤204，利用倾斜受雨面积/实时移动速度和风速，即为当前状态下的实际降雨量。

进一步地，在本实用新型的一个实施例中，在超声波测风仪中，三个接收器42所处的平面高于三个发送器41所处的平面。这样的结构可以提高受风效果。

如图4所示，进一步地，为提高测风效果，该测风装置还可以包括热敏测风仪30，该热敏测风仪30包括封闭的环形腔体35，和位于环形腔体35圆心的发热源31，以及均匀分布在同一圆周上的多个与发热源31通过导热材料34连接的导温球32，各导温球32的一部分露出环形腔体35外，在发热源31和导温球32处分别安装与控制单元连接的温度传感器34。

开始工作时，位于圆心位置的发热源31开始发热，连接的导热材料34迅速将热量向导温球32传导。当温度传感器34检测到发热源31和导温球32的温度处于稳定状态后，停止发热源31的加热。此时，暴露于环形腔体35外的导温球32与空气接触部分不断向空气中散发热量，使整个导温球32的整体温度开始下降，其中，处于迎风侧的导温球32的散热速率高于背风侧，而且风力越强整体散热越快，通过对分布在各导温球32处温度传感器34的散热速率分析，即可计算出当前风的方向和风的速度。

在计算风速和风向时，需要考虑到当前空气温度、湿度对导温球32的散热速率影响，通过对特定温湿度条件下的散热速率标定，并将标定参数嵌入到相应的风速、风向算法内，即可提高最终的风况测量精度。

本实施例中的环形腔体35可以为百叶箱20的一部分，也可以作为独立部件固定在百叶箱20的底部。采用独立部件时更方便各个测量设备的组合和安装。

进一步地，为通讯方便，控制单元的外部连接接口51可以包括数据输入输出接口，外置数据存储接口和报警接口。其中，数据输入输出接口可以包括RS232接口、RS485接口、蓝牙、GSM/GPRS、射频发射器。外置数据存储接口可以包括SIM卡安装槽和SD卡安装槽。报警接口可以包括本地报警输出接口和远程定位报警输出接口。

本实施例中气象站的工作模式分为实时在线和定时在线两种工作模式。实时在线是根据设置的参数，使选择的接口处于始终打开状态，提供随时指令接收、数据发布服务。

定时在线是控制单元根据参数规定的时间间隔，向供电模块发送指令后进入断电模式，供电模块在断电状态下维持计时功能，当计时时间被触发后再为控制单元上电，供电模块达到在线时长后可再次进入断电模式。

本实施例中的各种接口可以同时并存，具体使用时通过参数设置来使相应接口处于可用状态，同时通过数据可调整各个传感器监测参数的更新频率，从而实现按需节能的功能。

本实施例中的数据上传包括主动上传和被动上传两种模式，主动上传时，控制单元会在指定的端口自动发送监测数据，被动上传时，控制单元处于静默等待状态，当收到对应的指令后上传一次监测数据。

报警接口可通过参数配置来设置每个传感器的相应报警域值，当对应参数值超过预警值后，通过预定的接口发送报警信息。根据输出报警信息的接口类型不同，用于报警的装置可以是：本地有线报警器，如声光报警器等；本地无线报警器，如具有蓝牙、WIFI功能的智能手持终端、专用的佩戴式无线报警器及安装于室内交流电上的无线报警器等。远程定位报警，如通过GPS将当前实时位置连续的发送到远程控制中心，远程控制中心实现对地质灾害区域内所有监测点的监视功能，有利于进行突发地质灾害事件应急救援。

为减少设备的体积且保证正常工作，本实用新型一个实施例中的供电单元可以包括内置可充电电池模块和/或太阳能供电模块，以及外部充供电接口。具体的供电单元可以安装在固定座内，与控制单元连接，负责开关机按键检测、计时启动、充电管理。本实施例的流动式多功能气象站100内可以配备内置电池，该电池可以是可充电电池或不可充电电池，当使用可充电电池时，外部供电接口需要连接外部电源，外部供电设备可以是市电转换后的直流电也可以是直接安装在气象站或载具上的太阳能电池板。

本实施例中的控制单元安装在固定座内，与检测各种参数的传感器连接，并控制各传感器模块的电源开关，与各传感器进行数据交互，读取传感数据或设置相应的测量参数。通过外部数据接口完成与外界数据交互。内部可集成由FLASH存储芯片构成的存储单元，以及由SD卡接口构成的外部扩展存储接口。

控制单元控制整个气象测量过程，同时可随意设置相应的测量目的，如：

应用一：在线气象站

将流动式多功能气象站100设置为实时在线工作模式，数据输出接口设置为RS485，用双绞线连接RS485到计算机的485接口，计算机动态显示流动式多功能气象站100的多种参数数据。

应用二：全自动无线气象站

将流动式多功能气象站100设置为定时工作模式，数据输出接口设置为GSM，服务器端上安装GSM短信接收DTU，设备自动在规定的时间启动，将采集到的各参数以约定的协议格式通过GSM网络发送。

应用三：车载流动气象站(手持便携气象站)

可将流动式多功能气象站100安装在车辆上或设置成便携式以进行移动测量，将流动式多功能气象站100设置为实时在线工作模式，数据输出接口设置为蓝牙或WIFI，将手持终端软件打开，软件实时接收来自气象站的数据并存储到手持设备的存储器内。

应用四：智能预警仪

在泥石流、滑坡易发区域，流动式多功能气象站100可以设置成便携状态的手持式结构，进入该区域的人员每人携带一个，利用流动式多功能气象站100的GPS定位功能，当降雨量或降雨强度达到预警值时通过射频发送报警信息，处于此区域的所有流动式多功能气象站100同时收到报警信息，屏幕显示报警提示信息，报警器自动打开GPS定位功能，将报警器当前所处位置连续的发送到数据中心，数据中心实现对地质灾害区域内所有人员的监视功能，有利于进行突发地质灾害事件应急救援。

应用五：全方位测量

流动式多功能气象站100通过雨量计实现：降雨、雨水PH、光照度、太阳辐射、紫外线的测量，通过超声波测风仪实现：风速、风向的测量。由百叶箱中的各传感探头实现：空气温度、湿度、结露、二氧化碳、空气质量、悬浮颗粒物的测量。

为更好的获取当前测量状态，在本实用新型的一个实施例中，该平衡单元可以采用三轴陀螺仪，该方向单元可以采用三轴加速度传感器，该定位单元可以采用电子罗盘。

至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本实用新型的多个示例性实施例，但是，在不脱离本实用新型精神和范围的情况下，仍可根据本实用新型公开的内容直接确定或推导出符合本实用新型原理的许多其他变型或修改。因此，本实用新型的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。