一种基于MEMS传感器的雨水流量测量装置

本发明涉及雨水测量，具体为一种基于mems传感器的雨水流量测量装置。

背景技术：

1、雨量传感器适用于气象台、气象站、水文站、农林、国防等有关部门用来遥测液体降水量、降水强度、降水起止时间。用于防洪、供水调度、电站水库水情管理为目的水文自动测报系统、自动野外测报站，为降水测量传感器。

2、在大雨或小雨时，集水斗的内径处于恒定状态，为了保证雨量测量的精度，流量传感器测量的流体在任何流速时都要是层流，所以流道的设计非常关键，一般要求流道中应该满管测量，从这个角度考虑要求流道尽可能的细一些；但是从实际测量考虑，由于雨量差异较大，大雨时为避免出现积水造成雨水外溢，流道又应该大一些，导致目前的雨量传感器在测量时精度较低，为此，提出一种基于mems传感器的雨水流量测量装置。

技术实现思路

1、针对上述现有技术中的不足，本发明提供了一种基于mems传感器的雨水流量测量装置，提高了雨量测量的精度。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于mems传感器的雨水流量测量装置，包括框架机构、流道调节机构以及用于检测雨水流量的检测机构；

3、所述框架机构包括套管、第一十字架以及第二十字架，所述第一十字架焊接位于所述套管的上表面，所述第二十字架焊接位于所述第一十字架下表面；

4、所述流道调节机构位于所述套管内部，所述流道调节机构包括弧形板体、弧形弹性垫、丝杆和电机，若干所述弧形板体以及所述弧形弹性垫位于所述套管内部，且所述弧形板体和所述弧形弹性垫间隔设置，任意相邻的所述弧形板体与所述弧形弹性垫之间相连，若干个所述弧形板体与所述弧形弹性垫组成流道，所述丝杆位于所述套管内部中心轴心线位置处，且所述丝杆顶端与所述第一十字架下表面中部通过设有的轴承相连，所述丝杆底端与所述第二十字架上表面中部通过设有的轴承转动相连，且所述丝杆的底端贯穿所述第二十字架的底部，所述电机位于所述第二十字架下端表面，且所述电机的输出轴与所述丝杆焊接相连，所述丝杆上设有一螺纹套，且所述螺纹套内侧螺纹与所述丝杆的外侧壁连接，所述螺纹套外侧壁与所述弧形板体内侧壁之间通过设有的连接杆相连；

5、所述检测机构位于所述流道调节机构下方，专门用于检测雨水流量的所述检测机构包括支撑杆、流量传感器以及mems传感器芯片，所述流量传感器位于所述套管下端，所述支撑杆位于所述流量传感器四周外壁，且所述支撑杆上端与所述套管下端表面相连，所述支撑杆下端与所述流量传感器外壁相连，所述流量传感器上表面设有流或固传热模型部，所述mems传感器芯片位于所述流量传感器内部的底端。

6、优选的，所述连接杆的数量与所述弧形板体的数量一致，且所述连接杆呈环形排列与所述螺纹套的外部，以确保所述螺纹套运动时，联动所有的所述弧形板体进行运动。

7、优选的，所述弧形弹性垫外侧壁与所述套管内侧壁之间通过设有的连接板相连，所述连接板的数量与所述弧形弹性垫的数量一致，且每个所述连接板的一侧与所述弧形弹性垫的外侧相互粘接，另一侧与所述套管的内侧固定连接，所述连接板用于为所述弧形弹性垫提供一个限位点，在流道收缩为小流道时，确定所述弧形弹性垫的形变状态。

8、优选的，所述mems传感器芯片的上下表面均贴附设有热敏元件，所述流量传感器的内部设有两个电加热板，两个所述电加热板分别位于所述mems传感器芯片的上下两侧，通过两个所述电加热板对所述mems传感器芯片的上下游进行加热，使所述mems传感器芯片的上下游温差趋向为零。

9、优选的，所述mems传感器芯片上分别封装设有中央控制模块、雨量判断模块、温漂补偿模块以及时令检测模块，所述中央控制模块用于综合处理芯片接收的信号，所述雨量判断模块连接中央控制模块，用于粗略判断当前雨量处于何种雨量范围，所述温漂补偿模块与中央控制模块交互连接，包括时令温漂补偿模块和雨量温漂补偿模块；采用热敏补偿法进行温漂补偿；若雨量判断模块判定当前雨量为小雨时，雨量温漂补偿模块和电机启动，进行温漂补偿且调整流道为小流道；若雨量判断模块判定当前雨量为大雨时，雨量温漂补偿模块待机，电机启动，流道调整为大流道，所述时令检测模块与中央控制模块交互连接，用于判定春夏秋冬季节，与时令温漂补偿模块连接，根据时令确定温漂值。

10、优选的，所述中央控制模块的信号输入端信号与所述热敏元件的信号输出端相连。

11、优选的，所述中央控制模块的电性输出端与所述电加热板和所述电机的电性输入端电性相连。

12、与现有技术相比，本发明的有益效果：

13、1、本发明利用低温漂的温度平衡模式作为测量参考，推算恒温差模式下的测量偏差，然后再用恒温差测试时进行补偿，避免了对流体温度的测量和每个传感器的校准操作，可以实现实时跟踪自补偿，提高测量精确度。

14、2、本发明通过多流道设计方法有效解决了全量程测试和低雨量时的测量精度问题。采用不同流速的流道依次并入方式加入排水，一方面可保证流量杯中的雨水在任何雨量强度下不溢出，另一方面不同管径流道的存在可使雨量在不同量级都可有对应的流量传感器检测，保证了全量程的测量精度。

技术特征：

1.一种基于mems传感器的雨水流量测量装置，其特征在于：包括框架机构、流道调节机构以及用于检测雨水流量的检测机构；

2.根据权利要求1所述的一种基于mems传感器的雨水流量测量装置，其特征在于：所述连接杆的数量与所述弧形板体的数量一致，且所述连接杆呈环形排列与所述螺纹套的外部，以确保所述螺纹套运动时，联动所有的所述弧形板体进行运动。

3.根据权利要求1所述的一种基于mems传感器的雨水流量测量装置，其特征在于：所述弧形弹性垫外侧壁与所述套管内侧壁之间通过设有的连接板相连，所述连接板的数量与所述弧形弹性垫的数量一致，且每个所述连接板的一侧与所述弧形弹性垫的外侧相互粘接，另一侧与所述套管的内侧固定连接，所述连接板用于为所述弧形弹性垫提供一个限位点，在流道收缩为小流道时，确定所述弧形弹性垫的形变状态。

4.根据权利要求1所述的一种基于mems传感器的雨水流量测量装置，其特征在于：所述mems传感器芯片的上下表面均贴附设有热敏元件，所述流量传感器的内部设有两个电加热板，两个所述电加热板分别位于所述mems传感器芯片的上下两侧，通过两个所述电加热板对所述mems传感器芯片的上下游进行加热，使所述mems传感器芯片的上下游温差趋向为零。

5.根据权利要求4所述的一种基于mems传感器的雨水流量测量装置，其特征在于：所述mems传感器芯片上分别封装设有温漂补偿模块、雨量判断模块、中央控制模块以及时令检测模块。

6.根据权利要求5所述的一种基于mems传感器的雨水流量测量装置，其特征在于：所述中央控制模块的信号输入端信号与所述热敏元件的信号输出端相连。

7.根据权利要求5所述的一种基于mems传感器的雨水流量测量装置，其特征在于：所述中央控制模块的电性输出端与所述电加热板和所述电机的电性输入端电性相连。

技术总结
本发明公开了一种基于MEMS传感器的雨水流量测量装置，包括框架机构、流道调节机构以及用于检测雨水流量的检测机构，框架机构中的第一十字架与第二十字架分别位于套管的上下两表面，流道调节机构包括弧形板体、弧形弹性垫、丝杆和电机，若干弧形板体和弧形弹性垫位于套管内部，且弧形板体和弧形弹性垫间隔设置，丝杆位于套管内部中心轴心线位置处，电机位于第二十字架下端表面，且电机的输出轴与丝杆相连，丝杆上设有的螺纹套内侧螺纹与丝杆的外侧壁连接，螺纹套外侧壁与弧形板体内侧壁之间通过设有的连接杆相连，检测机构位于流道调节机构下方，可以实现实时跟踪自补偿，提高测量精确度。

技术研发人员：黄玮,袁琦睦
受保护的技术使用者：江苏信息职业技术学院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12