一种无机械结构的雨量测量传感器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种传感器，特别是涉及一种无机械结构的雨量测量传感器。
【背景技术】
[0002] 随着环境的不断变化，极端恶劣的气候变化越显明显，人们希望对雨量的监测和 统计更加频繁。准确测定某时段某地区降水量，对分析和预测该区域气候变化和天气状况 有着科学的指导意义，同时也可为人们的出行、农作物的生长和发育、古遗址文物保护工作 等提供有效的理论依据。
[0003] 目前，雨量传感器主要采用的是机械翻斗式雨量计，其对雨量的变化的测量能力 比较差，并且由于机械锈蚀和摩损，长时间放置野外的话，不能准确快速的测量降雨量信 息。
[0004] 因此，现有的机械式降雨量测量方式已经不能满足特殊环境下的需求，而非机械、 非接触式测量方式出现和完善已经成为必然，针对野外雨量传感器区域的布设，要求对气 候数据进行动态、可靠、方便、准确、低能耗的连续监测，非机械、非接触式测量方式更容易 且可靠的获取数据源。
【发明内容】
[0005] 本发明为了解决现有机械的翻斗式雨量计测量不准确、可靠性差的技术问题，提 供一种测量准确、可靠性高的无机械结构的雨量测量传感器。
[0006] 本发明提供一种无机械结构的雨量测量传感器，包括桶式电容器、电容测量电路、 单片机和液晶显示模块，电容测量电路与单片机连接，液晶显示模块与单片机连接；桶式电 容器包括耐腐蚀绝缘量筒，耐腐蚀绝缘量筒设有外壁和筒底部，耐腐蚀绝缘量筒的外壁连 接有金属箔，耐腐蚀绝缘量筒的筒底部垂直连接有不锈钢棒，不锈钢棒位于耐腐蚀绝缘量 筒的中轴线上；金属箔连接有第一根引线，不锈钢棒连接有第二根引线；第一根引线和第 二根引线这两根引线与电容测量电路连接。
[0007] 优选地，耐腐蚀绝缘量筒的下部连接有液面校准管，不锈钢棒的长度与耐腐蚀绝 缘量筒的高度相同；单片机连接有温度传感器，单片机连接有通信端口，通信端口通过无线 传输模块连接有上位机终端。
[0008] 优选地，电容测量电路包括固定电阻、RC振荡电路、频率/电压转换电路和低通滤 波电路，RC振荡电路通过固定电阻与桶式电容器连接，频率/电压转换电路与RC振荡电路 连接，低通滤波电路与频率/电压转换电路连接，单片机与低通滤波电路连接。
[0009] 本发明的有益效果是：
[0010] (1)本装置是一种非接触式测量传感器，可测量多种液体，具有耐腐蚀、不易机械 损坏等特点。
[0011] (2)本装置采用模块化的设计，具有低功耗特点，提高了野外放置雨量测量传感器 的生命周期。
[0012] (3)本装置能准确、可靠的测量降雨量信息，可以科学合理的指导人们的生产活 动，大大提高社会的生产效率，有极其重要的社会意义。
[0013] (4)本装置可进行智能化的数据采集、处理、发送和显示，智能化程度高、可靠性 强，同时，也可以用于实现储液自动化管理，在未来市场上，有着非常卓越的前景。
[0014] 本发明进一步的特征，将在以下【具体实施方式】的描述中，得以清楚地记载。
【附图说明】
[0015] 图1是本发明的原理框图；
[0016] 图2是桶式电容器的结构示意图；
[0017] 图3是图2的剖视图；
[0018] 图4是电容测量电路的结构示意图；
[0019] 图5是效果测试图。
[0020] 附图符号说明：
[0021] 101.干电池，102.桶式电容器，103.电容测量电路，104.温度传感器，105.单片 机，106.液晶显示模块，107.通信端口，108.无线传输模块，109.上位机终端，201.金属箔， 202.不锈钢棒，203.耐腐蚀绝缘量筒，204.液面校准管，205.第一根引线，206.第二根引 线，207.液体，301.固定电阻，302. RC振荡电路，303.频率/电压转换电路，304.低通滤波 电路。
【具体实施方式】
[0022] 如图2和3所示，桶式电容器102包括耐腐蚀绝缘量筒203,耐腐蚀绝缘量筒203 的外壁连接有金属箔201，不锈钢棒202与耐腐蚀绝缘量筒203的筒底部垂直连接，且不锈 钢棒202位于耐腐蚀绝缘量筒203的中轴线上。
[0023] 不锈钢棒202的长度与耐腐蚀绝缘量筒203的高度L相同。
[0024] 金属箔201作为第一电极，即外电极。不锈钢棒202作为第二电极，即内电极。第 一根引线205与金属箔201连接，第二根引线206与不锈钢棒202连接。第一电极和第二 电极之间形成被测电容量。
[0025] 第一根引线205用于与系统电源地连接，第二根引线206用于与电容测量电路103 的输入端连接。
[0026] 液面校准管204与耐腐蚀绝缘量筒203的下部连接，液面校准管204与耐腐蚀绝 缘量筒203的下部盛放液体的空间连通。
[0027] 当雨水流入耐腐蚀绝缘量筒203内形成雨水液体，该液体的液面高度h随着降雨 量的大小变化，最终使外电极金属箔201和内电极不锈钢棒202之间形成电容值的大小也 变化，也就是说，电容与液位存在一定的线性关系。耐腐蚀绝缘量筒203筒内的液体液面以 上为空气。
[0028] 液面校准管204可以对耐腐蚀绝缘量筒203筒内的液体液面进行自动校准。
[0029] 图3中不锈钢棒202的直径为D。，不锈钢棒202的中轴线与耐腐蚀绝缘量筒203 的内壁之间的距离是^，不锈钢棒202的中轴线与耐腐蚀绝缘量筒203的外壁之间的距离 TH T2 〇
[0030] 如图1所示，桶式电容器102的两根引线（第一根引线205和第二根引线206)与 电容测量电路103连接，电容测量电路103与单片机105连接，温度传感器104与单片机105 连接。液晶显示模块106和通信端口 107分别与单片机105连接，通信端口 107通过无线 传输模块108与上位机终端109连接。干电池101分别与电容测量电路103和单片机105 连接，用于供电。
[0031] 通过电容测量电路103实时地采集桶式电容器102的电容量，并转化为电压值，送 入单片机105,同时，温度传感器104采集环境温度值送入单片机105。
[0032] 单片机105根据电压-降雨量传递函数对所采集的电压值进行转换并根据环境温 度进行修正，将其转换成降雨量以数字形式输出。
[0033] 然后通过液晶显示模块106进行实时显示降雨量信息，且由通信端口 107经无线 传输模块108打包发送给上位机终端109,上位机终端109可将降雨量信息存储到数据库， 用于对未来气象分预测提供参考和依据。
[0034] 环境监测人员可以通过计算机客户端远程访问监测雨量信息，以满足信息的及时 获取和反馈。
[0035] 温度传感器104采集环境温度，用于雨量传感器对降雨量监测值的修正。
[0036] 如图4所示，电容测量电路103采用低功耗、宽范围的电容测量电路模块，其包括 固定电阻301、RC振荡电路302、频率/电压转换电路303和低通滤波电路304。RC振荡电 路302通过固定电阻301与桶式电容器102的两根引线连接，频率/电压转换电路303与 RC振荡电路302连接，低通滤波电路304与频率/电压转换电路303连接，单片机105与低 通滤波电路304连接。
[0037] RC振荡电路302通过固定电阻301与桶式电容器102进行充放电产生振荡，振荡 频率与桶式电容器102的电容量正相关，且为线性关系。
[0038] 频率/电压转换电路303将RC振荡电路302输出频率值转换为对应的直流电压 值，电压值与频率值呈线性关系。
[0039] 低通滤波电路304对频率/电压转换电路303输出的电压值进行滤波，去除高频 干扰，使其稳定可靠的输出所测电压值。
[0040] 下面描述系统整体测试和验证，通过以上步骤连接各个电路部分，分别对桶式电 容器102均等加入IOml去离子水，液体可达到250ml。可在液晶显示模块106和上位机终 端109上显示模拟降雨量实测值；分别记录对应模拟降雨量实测值和理论值；做出相应的 模拟降雨量理论值曲线和实测值曲线，如表一、表二和图5所示：
[0041] 表一：
[0042]
【主权项】
1. 一种无机械结构的雨量测量传感器，其特征是，包括桶式电容器、电容测量电路、单 片机和液晶显示模块，所述电容测量电路与所述单片机连接，所述液晶显示模块与所述单 片机连接； 所述桶式电容器包括耐腐蚀绝缘量筒，所述耐腐蚀绝缘量筒设有外壁和筒底部，所述 耐腐蚀绝缘量筒的外壁连接有金属箔，所述耐腐蚀绝缘量筒的筒底部垂直连接有不锈钢 棒，所述不锈钢棒位于所述耐腐蚀绝缘量筒的中轴线上；所述金属箔连接有第一根引线，所 述不锈钢棒连接有第二根引线； 所述第一根引线和第二根引线这两根引线与所述电容测量电路连接。
2. 根据权利要求1所述的无机械结构的雨量测量传感器，其特征在于，所述耐腐蚀绝 缘量筒的下部连接有液面校准管，所述不锈钢棒的长度与所述耐腐蚀绝缘量筒的高度相 同； 所述单片机连接有温度传感器，所述单片机连接有通信端口，所述通信端口通过无线 传输模块连接有上位机终端。
3. 根据权利要求2所述的无机械结构的雨量测量传感器，其特征在于，所述电容测量 电路包括固定电阻、RC振荡电路、频率/电压转换电路和低通滤波电路，所述RC振荡电路 通过所述固定电阻与所述桶式电容器连接，所述频率/电压转换电路与所述RC振荡电路连 接，所述低通滤波电路与所述频率/电压转换电路连接，所述单片机与所述低通滤波电路 连接。
【专利摘要】本发明涉及一种无机械结构的雨量测量传感器，其解决了现有机械的翻斗式雨量计测量不准确、可靠性差的技术问题，其包括桶式电容器、电容测量电路、单片机和液晶显示模块，电容测量电路与单片机连接，液晶显示模块与单片机连接；桶式电容器包括耐腐蚀绝缘量筒，耐腐蚀绝缘量筒设有外壁和筒底部，耐腐蚀绝缘量筒的外壁连接有金属箔，耐腐蚀绝缘量筒的筒底部垂直连接有不锈钢棒，不锈钢棒位于耐腐蚀绝缘量筒的中轴线上；金属箔和不锈钢棒分别通过引线与电容测量电路连接。本发明广泛应用于降雨量等液体量的监测技术领域。
【IPC分类】G01W1-14
【公开号】CN104808261
【申请号】CN201510125517
【发明人】来宝鹏, 邓周虎, 张 雄, 王雪文, 闫军锋
【申请人】西北大学
【公开日】2015年7月29日
【申请日】2015年3月23日