便携式手持超声波雪深测量装置及测量方法制造方法及图纸

本发明专利技术属于气象监测领域，具体的说是一种便携式手持超声波雪深测量装置及测量方法。该测量装置包括显示界面、键盘区、可伸缩横臂、超声波传感器、核心控制器、可充电电源、温度传感器、监测端Zigbee无线通信传输单元、壳体、终端计算机或自动气象站和监控端Zigbee无线通信传输单元；本发明专利技术是一种通过超声波传感器接收从积雪表面反射的第一次回波信号和雪尺零点反射的第二次回波信号，对信号进行处理，增强所需要的有用信号，抑制无用的干扰和噪声，并提取信号所包含的信息来测量积雪深度的便携式手持超声波雪深测量装置及测量方法，解决了现有技术存在的超声波雪深测量仪的机械结构需要经常维护、难以应用于环境复杂的问题。

【技术实现步骤摘要】
便携式手持超声波雪深测量装置及测量方法
本专利技术属于气象监测领域，具体的说是一种便携式手持超声波雪深测量装置及测量方法。
技术介绍
近几年由于全球气候变化，自然灾害频繁发生，特别是2008年，特大暴风雪的袭击造成了我国南北交通命脉的中断。降雪量的大小对工农业生产、交通运输都有着严重的影响，同时给人们的工作和生活带来极大的不便。由此可见，对于积雪深度的实时监测具有十分重要的意义。目前积雪测量采用的方法主要有两种：人工观测和物理探测。人工观测方法存在时效性差、时空密度不足等诸多弊端，不能全面、连续反映积雪的变化过程，更重要的是难以实时地汇总各地的降雪数据。物理探测方法分为以下几种：光扫描法、双杆法、单杆法、超声波法和激光法，其中最为常用的是超声波法和激光法。由于激光法制作难度大、成本较高，光学系统需要时刻保持干净，否则严重影响测量的精准度。因此超声波法被广泛地应用于积雪的测量，超声波雪深探测仪也成为雪深测量的重要工具。传统超声波雪深探测装置的工作原理是超声波传感器发射超声波，超声波在空气中传播，发射信号遇到积雪表面之后发生反射，传感器接收回波信号，通过计算超声波从发射到接收的时间差，得到传感器到积雪表面的距离，通过雪深计算公式，得到积雪深度值。利用传统的方法进行积雪深度的测量，测量误差大，精度低。目前国内外现有的超声波雪深测量仪均为固定式测量装置，是通过支架和底座固定于测量区域安装在户外，因此只能测量固定测量区域的积雪深度，由于室外环境相对恶劣，长时间放置会有机械磨损和腐蚀，需要工作人员经常维护，尤其是不能适用于环境复杂领域的雪深测量。
技术实现思路
本专利技术提供了一种通过超声波传感器接收从积雪表面反射的第一次回波信号和雪尺零点反射的第二次回波信号，对信号进行处理，增强所需要的有用信号，抑制无用的干扰和噪声，并提取信号所包含的信息来测量积雪深度的便携式手持超声波雪深测量装置及测量方法，解决了现有技术存在的超声波雪深测量仪的机械结构需要经常维护、难以应用于环境复杂的问题。本专利技术技术方案结合附图说明如下:一种便携式手持超声波雪深测量装置，该测量装置12包括显示界面1、键盘区2、可伸缩横臂3、超声波传感器4、核心控制器5、可充电电源6、温度传感器7、监测端Zigbee无线通信传输单元8、壳体9、终端计算机或自动气象站10和监控端Zigbee无线通信传输单元11；其中所述的可伸缩横臂3的一端与壳体9的一端相固定；所述的显示界面1固定于可伸缩横臂3末端正上方；所述的键盘区2固定于可伸缩横臂3末端侧面的中心位置；所述的核心控制器5固定于壳体9内部的中心位置；所述的可充电电源6固定于壳体9内部的上方位置；所述的温度传感器7固定在壳体9左侧面的中心处；所述的监测端Zigbee无线通信传输单元8固定在壳体9左侧面；所述的核心控制器5的显示输出端与显示界面1的信号输入端相连；所述的核心控制器5的键盘信号输入端与键盘区2的信号输出端相连；所述的核心控制器5的超声波信号输入端与超声波传感器4的信号输出端相连；所述的核心控制器5的温度信号输入端与温度传感器7的温度信号输出端相连；所述的核心控制器5的无线信号输出端与输入端与监测端Zigbee无线通信传输单元8的无线信号输入或输出端连接；所述的监控端Zigbee无线通信传输单元11的无线信号输出或输入端与终端计算机或自动气象站10的信号输入或输出端连接.所述的键盘区2包括启动按钮21和关闭按钮22.所述的核心控制器5包括微处理器51、驱动电路52、两级放大电路53、滤波电路54、滞回比较电路55和电可擦可编程只读存储器56；其中所述的微处理器51的控制信号输出端与驱动电路52的信号输入端连接；所述的驱动电路52的信号输出端与超声波传感器4的信号输入端连接；所述的超声波传感器4的信号输出端与两级放大电路53的信号输入端连接；所述的两级放大电路53的信号输出端与滤波电路54的信号输入端连接；所述的滤波电路54的信号输出端与滞回比较电路55的信号输入端连接；所述的滞回比较电路55的信号输出端与微处理器51的输入时间捕获端连接；所述的电可擦可编程只读存储器56的存储器信号输出或输入端与微处理器51的存储器信号输入或输出端连接。所述的微处理器51采用ST公司生产的型号为STM32F103C8的内核芯片.一种便携式手持超声波雪深测量方法,该测量方法包括以下步骤：步骤一、按下键盘区2中的启动按钮21，开始本次测量，核心控制器5控制各模块初始化，初始化完成后于显示界面1上显示；步骤二、采用温度传感器7读取现场温度值，结合超声波传播速度与温度的关系，修正超声波在空气中的传播速度，尽可能的减小积雪深度的测量误差，提高雪深测量的精准度；步骤三、超声波传感器4发射超声波，超声波在空气中传播，遇到积雪表面反射回来第一次回波信号，穿过积雪表面从雪尺零点反射回来第二次回波信号，通过核心处理器5的信号处理，得到两次信号的时间间隔，结合步骤二中修正后的超声波传播速度，获取测量区域的雪深h测量结果；步骤四、将步骤二中采集的现场温度值和步骤三中获得的积雪深度值通过监测端Zigbee无线通信传输单元8发送，监控端Zigbee无线通信传输单元11接收后传送到终端计算机或自动气象站10，满足实时监测的需求；步骤五、将步骤四中传送的数据通过显示界面1示出，使得操作者实时知晓该测量区域的积雪厚度，返回步骤二，如此循环得到实时的积雪深度值和现场温度值；步骤六、按下键盘区2中的关闭按钮22，结束本次测量。所述的步骤三中雪深h的计算公式为：h＝D-H＝v*t2/2-v*t1/2＝v(t2-t1)/2式中，D为测量装置到雪尺零点的距离，单位为m；H为测量装置到积雪表面的距离，单位为m；v为超声波在空气中的传播速度，单位为m/s；t1为从超声波发射到第一次接收回波信号所花费的时间，单位为s；t2为从超声波发射到第二次接收回波信号所花费的时间，单位为s。所述的超声波在空气中的传播速度v与温度的关系是，V＝331.4(Ta/273.15)Ta＝273.15+t式中，Ta是华氏温度，t是摄氏温度。本专利技术的有益效果为：1、本专利技术通过手持超声波雪深测量装置，测量待测区域的积雪深度，克服现有的超声波雪深测量技术中，由于仪器的不可搬移性导致只能测量固定区域的雪深，以及存在的机械结构维护问题，进而在一定程度上降低了系统的维护成本。2、本方法通过超声波传感器接收从积雪表面反射的第一次回波信号和雪尺零点反射的第二次回波信号，对信号进行处理，增强所需要的有用信号，抑制无用的干扰和噪声，并提取信号所包含的信息来测量积雪深度，通过Zigbee通信单元无线传送给终端计算机或自动气象站，实现了自动化测量的需求，代替了费时费力的人工测量方法，全面、连续地反映积雪的变化过程，减小雪深测量误差，提高雪深测量的精度。3、本专利技术通过可伸缩横臂上的显示界面，实时的向操作人员显示当前测量区域的积雪深度，克服了传统的雪深测量仪只能远端在线监测的缺点。4、本专利技术通过使用通信效率高、工作可靠的Zigbee无线传输无需现场连线即可与终端进行通信，提高系统的可靠性。5、本专利技术为便携式手持测雪装置，因此除了可以应用于气象监测领域，在工业现场，部队行进等都有广泛的应用，特别适用于环境复杂领域本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种便携式手持超声波雪深测量装置，其特征在于，该测量装置(12)包括显示界面(1)、键盘区(2)、可伸缩横臂(3)、超声波传感器(4)、核心控制器(5)、可充电电源(6)、温度传感器(7)、监测端Zigbee无线通信传输单元(8)、壳体(9)、终端计算机或自动气象站(10)和监控端Zigbee无线通信传输单元(11)；其中所述的可伸缩横臂(3)的一端与壳体(9)的一端相固定；所述的显示界面(1)固定于可伸缩横臂(3)末端正上方；所述的键盘区(2)固定于可伸缩横臂(3)末端侧面的中心位置；所述的核心控制器(5)固定于壳体(9)内部的中心位置；所述的可充电电源(6)固定于壳体(9)内部的上方位置；所述的温度传感器(7)固定在壳体(9)左侧面的中心处；所述的监测端Zigbee无线通信传输单元(8)固定在壳体(9)左侧面；所述的核心控制器(5)的显示输出端与显示界面(1)的信号输入端相连；所述的核心控制器(5)的键盘信号输入端与键盘区(2)的信号输出端相连；所述的核心控制器(5)的超声波信号输入端与超声波传感器(4)的信号输出端相连；所述的核心控制器(5)的温度信号输入端与温度传感器(7)的温度信号输出端相连；所述的核心控制器(5)的无线信号输出端与输入端与监测端Zigbee无线通信传输单元(8)的无线信号输入或输出端连接；所述的监控端Zigbee无线通信传输单元(11)的无线信号输出或输入端与终端计算机或自动气象站(10)的信号输入或输出端连接。...

【技术特征摘要】
1.一种便携式手持超声波雪深测量装置，其特征在于，该测量装置(12)包括显示界面(1)、键盘区(2)、可伸缩横臂(3)、超声波传感器(4)、核心控制器(5)、可充电电源(6)、温度传感器(7)、监测端Zigbee无线通信传输单元(8)、壳体(9)、终端计算机或自动气象站(10)和监控端Zigbee无线通信传输单元(11)；其中所述的可伸缩横臂(3)的一端与壳体(9)的一端相固定；所述的显示界面(1)固定于可伸缩横臂(3)末端正上方；所述的键盘区(2)固定于可伸缩横臂(3)末端侧面的中心位置；所述的核心控制器(5)固定于壳体(9)内部的中心位置；所述的可充电电源(6)固定于壳体(9)内部的上方位置；所述的温度传感器(7)固定在壳体(9)左侧面的中心处；所述的监测端Zigbee无线通信传输单元(8)固定在壳体(9)左侧面；所述的核心控制器(5)的显示输出端与显示界面(1)的信号输入端相连；所述的核心控制器(5)的键盘信号输入端与键盘区(2)的信号输出端相连；所述的核心控制器(5)的超声波信号输入端与超声波传感器(4)的信号输出端相连；所述的核心控制器(5)的温度信号输入端与温度传感器(7)的温度信号输出端相连；所述的核心控制器(5)的无线信号输出端与输入端与监测端Zigbee无线通信传输单元(8)的无线信号输入或输出端连接；所述的监控端Zigbee无线通信传输单元(11)的无线信号输出或输入端与终端计算机或自动气象站(10)的信号输入或输出端连接。2.根据权利要求1所述的一种便携式手持超声波雪深测量装置，其特征在于，所述的键盘区(2)包括启动按钮(21)和关闭按钮(22)。3.根据权利要求1所述的一种便携式手持超声波雪深测量装置，其特征在于，所述的核心控制器(5)包括微处理器(51)、驱动电路(52)、两级放大电路(53)、滤波电路(54)、滞回比较电路(55)和电可擦可编程只读存储器(56)；其中所述的微处理器(51)的控制信号输出端与驱动电路(52)的信号输入端连接；所述的驱动电路(52)的信号输出端与超声波传感器(4)的信号输入端连接；所述的超声波传感器(4)的信号输出端与两级放大电路(53)的信号输入端连接；所述的两级放大电路(53)的信号输出端与滤波电路(54)的信号输入端连接；所述的滤波电路(54)的信号输出端与滞回比较电路(55)的信号输入端连接；所述的滞回比较电路(55)的信号输出...

【专利技术属性】
技术研发人员：石屹然，李庚垚，李旭晨，车晓男，何岩，王士谦，石要武，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林,22