光学雨量探测方法、探测装置及导光器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及雨量探测技术，尤其是一种光学雨量探测方法、探测装置及导光器。
【背景技术】
[0002]目前，用于测量降雨量及降雨强度的雨量计从原理上可分为翻斗式、虹吸式、容栅式、称重式等，最为常用的是翻斗式雨量计和虹吸式雨量计，这两种雨量传感器存在以下所述几方面的缺点:
[0003]1.需要定期清理、维护，方能正常工作，否则集水通道会被杂物堵塞；
[0004]2.对小雨量不敏感甚至因蒸发而无法测量；
[0005]3.强降雨时误差明显增大；
[0006]4.由于雨量计机械或电子部件暴露于空气中，很容易腐蚀失效；
[0007]5.安装时要求雨量计严格水平，对安装的要求较高；
[0008]6.体积大；
[0009]7.只适用于静态安装测量，不能在运动过程中测量降雨；
[0010]目前，已有的红外式雨量探测器，大量应用于非气象领域(如安装于汽车挡风玻璃内侧的雨滴探测器)。这些光学雨量探测器存在以下问题或缺点:
[0011]1.从原理上讲属于单点式探测，测量误差和随机性比较大；
[0012]2.只能实现降雨的定性探测而不能达到定量探测；
[0013]3.属于分体式，探测器与被探测面为分开的两部分，独立性差，对安装位置及角度要求很高；
[0014]4.精度差、集成度低导致只能应用于对精度要求不高的场合或领域，不能用于精度要求高的领域(如气象、环境行业)。
【发明内容】
[0015]本发明公开了一种光学雨量探测方法、探测装置及导光器，用于克服现有技术中的缺陷，灵敏度较高、抗干扰能力强、体积小、实现动态探测雨量，且便于安装。
[0016]本发明提供一种光学雨量探测方法，步骤1，位于探测装置内部的程控光源发出的平行光入射至导光器上，经所述导光器多次全反射后，按照预定方向出射至收光元件所在位置；
[0017]步骤2，光能幅频探测器通过所述收光元件接收光信号，对接收的光信号的波动频率和波动幅度进行检测，并将上述检测信号传送至中央处理器；
[0018]步骤3，所述中央处理器根据接收的光信号的波动频率和波动幅度检测信号，获得降雨速率和降雨量。
[0019]优选地，采用频率可控的调制发光、收光机制，程控光源发送固定频率的光，收光元件收到后进行频率判断，若接收频率与发送频率不符，则判定有强光干扰，此次探测过程作废或降低在采集数据集中的权重。
[0020]优选地，若外界非降雨引起光线变化，则通过外部液体检测装置判断是否真正发生降雨。
[0021]本发明还提供一种光学雨量探测装置，包括:
[0022]底座，用于安装导光器与雨量探测电路板，与所述导光器之间形成一个密闭用于安装所述雨量探测电路板的空腔；
[0023]所述导光器，由折射率与雨水接近的透光材质制成，将来自于程控光源的入射光进行多次全反射后按照预定方向最终出射至所述光能幅频探测器的收光元件所在位置；
[0024]所述雨量探测电路板，包括:
[0025]程控光源，发出平行光入射至所述导光器上；
[0026]光能幅频探测器，接收来自于所述导光器的反射光，通过内部的光能调理单元实现对接收光的波动频率和波动幅度的检测，并将上述检测信号发送给中央处理器；
[0027]中央控制器，根据来自于所述光能幅频探测器的检测信号，获得降雨速率和降雨量。
[0028]优选地，所述程控光源发射红外光，所述收光元件与所述导光器之间设置有红外滤光片。
[0029]优选地，所述导光器的外表面为平滑的外凸曲面或平滑的外凸曲面与平面的结入口 ο
[0030]优选地，所述程控光源与所述导光器之间以及所述收光元件与所述导光器之间均设置有用于汇集光束的束光器。
[0031]优选地，所述雨量探测装置还包括用于检测是否真正发生降雨的外部液体检测装置。
[0032]优选地，所述雨量探测电路板还包括辅助功能模块和接口模块，所述接口模块包括模拟接口和数字接口。
[0033]优选地，所述导光器与所述雨量探测电路板插接。
[0034]本发明还提供一种光学雨量探测用导光器，包括呈帽状的导光器本体，由折射率与雨水接近的透光材质制成；所述导光器外表面呈外凸光滑曲面状，且所述导光器外表面及其构成材质本身的折射率满足入射光在导光器外表面全面域内进行多次全反射，所述导光器内表面具有与入射光垂直的入射面和与最终的反射光垂直的出射面。
[0035]优选地，所述导光器外表面为半球面或球冠面。
[0036]优选地，所述导光器的外表面还包括位于所述半球面或球冠面下方的延伸面，所述延伸面沿所述半球面或球冠面的开口端向下延伸，且与所述半球面或球冠面开口端相切。
[0037]优选地，所述延伸面为圆台面或圆柱面。
[0038]本发明提供的光学雨量探测方法、探测装置及导光器，实现了电子元件封闭、超小体积、超高灵敏度及强抗干扰能力，内部无机械部件，无机械磨损坚固耐用，没有裸露部件，避免内部接触水气腐蚀，不会因为落叶或其他杂物影响雨量的探测，该装置对微小雨滴十分敏感，可探测出极小的降雨现象，通过光学原理，可实现运动中动态探测降雨而不会影响精度，超小的体积便于运输安装，对安装要求极低，不要求水平校准，特别适用于微小降雨监测、气象、智能农业、地质灾害安全监测领域。
【附图说明】
[0039]图1为本发明实施例提供的光学雨量探测装置的俯视图；
[0040]图2为图1纵截面示意图；
[0041]图3为本发明实施例提供的光学雨量探测装置中导光器的光路图；
[0042]图4为本发明实施例提供的光学雨量探测装置中导光器的原理图一；
[0043]图5为本发明实施例提供的光学雨量探测装置中导光器的原理图二 ；
[0044]图6为本发明实施例提供的光学雨量探测装置采用双收发机制的俯视图；
[0045]图7为本发明实施例提供的光学雨量探测装置在正常情况下调制频率探测示意图；
[0046]图8为本发明实施例提供的光学雨量探测装置在收到外部强光干扰情况下调制频率探测示意图；
[0047]图9为本发明实施例提供的光学雨量探测装置模块示意图；
[0048]图10为本发明实施例提供的光学雨量探测装置的安装示意图；
[0049]图11为本发明实施例提供的光学雨量探测方法的原理示意图一；
[0050]图12为本发明实施例提供的光学雨量探测方法的原理示意图二 ；
[0051]图13为汽车挡风玻璃上的红外降雨测量原理示意图；
[0052]图14为本发明实施例提供的光学雨量探测方法的处理流程示意图。
【具体实施方式】
[0053]参见图1-图3，图9、图10本发明实施例提供一种光学雨量探测装置，整个光学雨量探测装置由底座1、导光器2、雨量探测电路板3构成，底座I与导光器2之间形成一个密闭的空腔，雨量探测电路板3安装在该空腔内，避免雨量探测电路板3上的电子元件及光敏元件收外界环境侵蚀，无需定期清理和维护。底座I与导光器2之间可通过密封机构连接，实现内部空腔的封闭。
[0054]参见图9，雨量探测电路板3包括程控光源31、光能幅频探测器32、中央控制器33、辅助功能模块34、接口模块35。光能幅频探测器32包括收光元件32a ;程控光源31与导光器2之间以及收光元件32a与导光器2之间均设置有用于汇集光束的束光器4。
[0055]上述各部件相辅相成，共同完成高灵敏度的降雨强度及降雨量的测量工作。
[0056]参见图10，导光器2也可以称作保护罩，一种具有一定透光性能的半透明材料，主要作用是通过根据光学折射原理而设计的几何形状完成光线的定向传播并对其内部的雨量探测电路板起到保护作用。导光器2与底座I连接、导光器2与底座I之间为密封机构连接，雨量探测电路板3位于保护罩(导光器2)与底座I之间。保护罩(导光器2)上有定位柱21a，雨量探测电路板3上有定位孔21b，定位柱21a与定位孔21b保证位于雨量探测电路板3上的程控光源的发光点和收光元件的收光点准确对正。
[0057]导光器2利用光线传播中的折射、全反射、散射原理，对透光材料进行一定的几何形状加工，即可制作出光线沿预定方向定向传输的导光器。导光器的折射率与雨水接近或相同且为透光材料，其完成导光的基本原理结合下图的简单模型说明。
[0058]参见图4、图5，入射光线发出平行光，在此模型中因光线与导光器入射面垂直，不会发生折射而继续沿直线传播，当光线到达导光器与空气的边界时，光线的入射角al被设计为大于导光器材料的全反射角此时发生光线的全反射，这样角度的面称为导光器2的全反射面，光线不会入射到空气中而是沿与界面法线对称的角度全反射，导光器其它面的角度也被设计成全反射面，当光线到达时均发生全反