专利名称：降雪中液态水含量测量仪及测量液态水含量的方法
技术领域：
本发明属于输电线路在线监测技术领域，涉及一种水含量的测量装置，具体涉及一种降雪中液态水含量测量仪，本发明还涉及采用上述装置测量液态水含量的方法。
背景技术：
干雪花最初的晶体形状是六角形，冰晶体间通过机械结合过程，在重力作用下产生了厘米大小的雪花。当雪花在下降的过程中穿过温度高于零摄氏度的空气层时，部分雪颗粒融化，液态水附着在冰晶体的表面，这个薄水层将冰晶体间的机械结合作用变成更强的毛细结合作用。在蜿蜒曲折的下降过程中，这些由液态水、冰晶体和气泡组成的团聚物或多或少地紧密结合在一起，因此，落到地面的这种湿雪是由大量的潮湿海绵体形成的，其中的冰晶状结构基本上消失了。这种湿雪具有很强的沾附性，当它在降落过程中碰到架空导线时便会附着在其上面。在空气温度、风速和降雪强度等综合条件有利的情况下，湿雪会非常迅速地覆盖架空导线，形成圆柱形的覆冰，并不断增长。当湿雪覆冰达到一定程度时，钢缆或杆塔将承受不住覆冰的巨大重量而被拉断或者倒塌，造成严重的电力事故。研究湿雪覆冰的增长机理，使技术人员能在复杂天气条件下了解架空线上湿雪覆冰的增长速度，对架空线抗覆冰性的设计以及冰雪灾害发生时对线路上覆冰的及时清理， 都有重要的作用。湿雪中的液态水含量，影响湿雪的沾附性以及冻结速度，是湿雪覆冰增长机理中的一个重要参数。在以往的湿雪研究中，研究人员采取实地取雪进行测量的方法来获得湿雪中的液态水含量，但由于自然条件的限制，某些地区无法测量或者测量结果并不准确。根据干雪和液态水密度不同，在相同体积下质量不同的原理，我们可以通过对一定体积的湿雪进行精密称重，再根据干雪和液态水的密度和体积的关系，计算得到湿雪中液态水含量值。利用该方法能实现测量过程的自动化，克服恶劣的自然条件对人类的限制， 更方便和准确测得研究人员需要地区的湿雪中液态水含量值。
发明内容
本发明的目的是提供一种降雪中液态水含量测量仪，解决了现有技术中研究人员因自然条件的限制，无法准确获得所需地区湿雪中液态水含量值的问题，通过对收集的降雪的质量和体积进行测量，并对数据进行分析，运算得到湿雪中液态水含量值，并将结果发送回研究中心。本发明的另一目的是提供上述降雪中液态水含量测量仪的测量方法。 本发明所采用的技术方案是，降雪中液态水含量测量仪，包括DSP运算控制模块， DSP运算控制模块上分别连接有电源模块、拍照模块、容雪称重模块及外围机械与加热模块，电源模块、拍照模块、容雪称重模块及外围机械与加热模块分别两两连接。容雪称重模块，包括底座，底座上设置有电子秤，电子秤的托盘上放置有容雪盒，电子秤与DSP运算控制模块相连，容雪称重模块的外周围设置有顶部开口的挡板，挡板的开口部分上方设置有可移动的透明挡板。本发明所采用的另一技术方案是，降雪中液态水含量的测量方法，具体按照以下步骤实施步骤1 在容雪阶段，挡板打开，降雪从顶部落到容雪盒中，当设定的容雪时间结束时，挡板合拢挡住降雪，容雪称重模块进行称重，得到容雪和容雪盒的总质量m ；同时，拍照模块对容器内壁进行拍照；步骤2 =DSP运算控制模块对拍照模块拍照得到的图像进行处理图像平滑、锐化、 灰度化、二值化、轮廓跟踪、对象区域数量统计，得到未被湿雪掩盖的刻度总数η ；步骤3 =DSP运算控制模块根据步骤1得到的称重数据及步骤2得到的未被湿雪掩盖的刻度总数η，计算得到湿雪中液态水含量，具体按照以下步骤实施容雪盒为圆柱体，内壁高度值为H，内壁上刻度间间距为固定值1，底面积为S,由图像处理得到未被湿雪掩盖的刻度总数为η，则容雪盒内湿雪的体积V的计算公式为V = S· (Η-η · 1)，容雪称重模块称得总质量为m，容雪盒的质量为定值记容雪的质量为，贝丨J :m容雪=m-m盒，由质量密度关系可得ρ水· V水+ ρ冰· V冰=m容雪，又因 V水+V冰=V，由以上各公式得到湿雪中液态水含量k的计算式为
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权利要求
1.降雪中液态水含量测量仪，其特征在于，包括DSP运算控制模块(4)，DSP运算控制模块(4)上分别连接有电源模块(1)、拍照模块(2)、容雪称重模块(3)及外围机械与加热模块(5)，电源模块(1)、拍照模块(2)、容雪称重模块(3)及外围机械与加热模块(5)分别两两连接。
2.根据权利要求1所述的降雪中液态水含量测量仪，其特征在于，所述的容雪称重模块(3)，包括底座(6)，底座(6)上设置有电子秤(7)，电子秤(7)的托盘上放置有容雪盒 (8)，电子秤(7)与所述的DSP运算控制模块(4)相连，容雪称重模块(3)的外周围设置有顶部开口的挡板(9)，挡板(9)的开口部分上方设置有可移动的透明挡板(11)。
3.根据权利要求2所述的降雪中液态水含量测量仪，其特征在于，所述的挡板(9)外表面安装有电热丝。
4.根据权利要求1所述的降雪中液态水含量测量仪，其特征在于，所述的电源模块(1) 是依次采用JMDLlO开关电源、MIC29502BU芯片、LMl 117-ADJ芯片对稳压后的市电进行处理后，得到满足各模块工作要求的电压的电源。
5.根据权利要求1所述的降雪中液态水含量测量仪，其特征在于，所述的DSP运算控制模块(4)，采用TMS320C6000芯片。
6.降雪中液态水含量的测量方法，其特征在于，采用降雪中液态水含量测量仪，其结构为包括DSP运算控制模块(4)，DSP运算控制模块(4)上分别连接有电源模块(1)、拍照模块(2)、容雪称重模块(3)及外围机械与加热模块(5)，电源模块(1)、拍照模块(2)、容雪称重模块(3)及外围机械与加热模块(5)分别两两连接；其中的容雪称重模块(3)，包括底座 (6)，底座(6)上设置有电子秤(7)，电子秤(7)的托盘上放置有容雪盒(8)，电子秤(7)与所述的DSP运算控制模块(4)相连，容雪称重模块(3)的外周围设置有顶部开口的挡板(9)， 挡板(9)的开口部分上方设置有可移动的透明挡板(11)；具体按照以下步骤实施步骤1 在容雪阶段，挡板(11)打开，降雪从顶部落到容雪盒(8)中，当设定的容雪时间结束时，挡板(11)合拢挡住降雪，容雪称重模块(3)进行称重，得到容雪和容雪盒(8)的总质量m ；同时，拍照模块(2)对容器内壁进行拍照；步骤2 :DSP运算控制模块(4)对拍照模块(2)拍照得到的图像进行处理图像平滑、锐化、灰度化、二值化、轮廓跟踪、对象区域数量统计，得到未被湿雪掩盖的刻度总数η ；步骤3 =DSP运算控制模块(4)根据步骤1得到的称重数据及步骤2得到的未被湿雪掩盖的刻度总数η，计算得到湿雪中液态水含量，具体按照以下步骤实施容雪盒(8)为圆柱体，内壁高度值为H，内壁上刻度间间距为固定值1，底面积为S，由图像处理得到未被湿雪掩盖的刻度总数为η，则容雪盒(8)内湿雪的体积V的计算公式为V = S· (Η-η · 1)，容雪称重模块⑶称得总质量为m，容雪盒(8)的质量为定值记容雪的质量为雪'贝Ij m容雪=m_m盒，由质量密度关系可得P水· V水+ P冰· V冰=m容雪，又因 V水+V冰=V,由以上各公式得到湿雪中液态水含量k的计算式为
7.根据权利要求6所述的降雪中液态水含量的测量方法，其特征在于，所述的挡板(9) 外表面安装有电热丝。
8.根据权利要求6所述的降雪中液态水含量的测量方法，其特征在于，所述的电源模块(1)是依次采用JMDLlO开关电源、MIC29502BU芯片、LM1117-ADJ芯片对稳压后的市电进行处理后，得到满足各模块工作要求的电压的电源。
9.根据权利要求6所述的降雪中液态水含量的测量方法，其特征在于，所述的DSP运算控制模块(4)，采用TMS320C6000芯片。
全文摘要
本发明公开的降雪中液态水含量测量仪，包括DSP运算控制模块，DSP运算控制模块上分别连接有电源模块、拍照模块、容雪称重模块及外围机械与加热模块，电源模块、拍照模块、容雪称重模块及外围机械与加热模块分别两两连接。该测量仪的测量方法为，通过称量收集到的降雪的质量，并通过图像处理的方法得到这些降雪的体积，通过DSP对质量和体积数据的运算，得到降雪中液态水含量值，最后将得到的结果传送回研究中心。本发明降雪中液态水含量测量仪及测量方法，解决了自然条件对研究人员在某些地区实地测量该含量的限制，为湿雪覆冰增长的研究提供可靠的数据，为架空线与杆塔的抗覆冰性设计提供可靠的依据。
文档编号G01N5/00GK102331382SQ20111027634
公开日2012年1月25日 申请日期2011年9月16日 优先权日2011年9月16日
发明者杜袁辉, 黄新波 申请人:西安工程大学