基于光纤光栅的雨雪量传感器及雨雪量测量方法技术

本发明专利技术提供一种基于光纤光栅的雨雪量传感器及雨雪量测量方法，所述传感器包括：雨雪收集器，顶部开口，底部有通孔；称重托盘，位于雨雪收集器底部；第一支撑组件，顶部连接称重托盘底部；光纤光栅称重传感器，连接第一支撑组件底部；承雨漏斗，位于雨雪收集器下方；翻斗，设有第一承雨槽和第二承雨槽，第一承雨槽外有第一磁铁；悬臂梁，面向翻斗的一侧有第二磁铁。所述方法包括：悬臂梁上光纤光栅传感器将应力转化为布拉格波长变化，根据布拉格波长差计算翻斗翻转次数并计算降雨量；光纤光栅称重传感器将应力转化为布拉格波长变化，并计算降雪量。本发明专利技术的测量结果不受环境影响，并且能够同时测量降雨量和降雪量。能够同时测量降雨量和降雪量。能够同时测量降雨量和降雪量。

【技术实现步骤摘要】
基于光纤光栅的雨雪量传感器及雨雪量测量方法


[0001]本专利技术涉及光纤传感
，尤其涉及一种基于光纤光栅的雨雪量传感器及雨雪量测量方法。

技术介绍

[0002]雨量传感器是微气象监测技术的一个重要部分，被气象台、水文站、农林、国防等有关部门广泛用于遥测液体降水量、降水强度、降水起止时间。传统雨雪量传感器多为电子式翻斗传感器，但在面对特殊环境时无法保证测量的准确性。例如在强电磁电场环境下会存在电磁干扰的问题，在面积大的环境下存在无法长期实时在线监测的问题，在温度变化快的环境下会出现温度漂移大的问题，同时传统雨量传感器仅能测量降雨量。

技术实现思路

[0003]鉴于此，本专利技术实施例提供了一种基于光纤光栅的雨雪量传感器及雨雪量测量方法，以解决现有雨量传感器测量结果易受环境影响且仅能测量降雨量的问题。
[0004]本专利技术的一个方面提供了一种基于光纤光栅的雨雪量传感器，包括：雨雪收集器，所述雨雪收集器为顶部开口，底部设定位置设有第一通孔的腔体；称重托盘，设置于所述雨雪收集器底部，用于承托所述雨雪收集器，所述称重托盘为圆环状；第一支撑组件，所述第一支撑组件顶部连接所述称重托盘底部；光纤光栅称重传感器，设置在底座上，所述光纤光栅称重传感器与所述第一支撑组件底部相连；所述光纤光栅称重传感器将受压产生的应力变化转化为布拉格波长变化，通过检测反射光的波长确定布拉格波长，并根据所述布拉格波长的变化量计算雨雪收集器内的降雪量；承雨漏斗，通过第二支撑组件设置于所述底座上，所述承雨漏斗位于所述雨雪收集器下方，所述承雨漏斗底部的第二通孔的圆心与所述第一通孔的圆心在竖直方向上对齐；翻斗，所述翻斗为等腰三角形状，所述翻斗的两侧腰上分别设有第一承雨槽和第二承雨槽，所述翻斗底边中点通过转轴连接第三支撑组件并设置于所述底座上；当所述翻斗向所述第一承雨槽一侧倾斜时，所述第二通孔对准所述第二承雨槽；当所述翻斗向所述第二承雨槽一侧倾斜时，所述第二通孔对准所述第一承雨槽；所述第一承雨槽外壁设有第一磁铁；悬臂梁，所述悬臂梁面向所述翻斗的一侧设有第二磁铁，当所述翻斗向所述第一承雨槽一侧倾斜时，所述第一磁铁与所述第二磁铁抵近，所述悬臂梁两侧分别相对设有一个光纤光栅传感器；所述悬臂梁上的两个光纤光栅传感器将受到的应力转化为布拉格波长变化，并检测和计算两个光纤光栅传感器的布拉格波长差，每当所述布拉格波长差大于设定值时，对所述翻斗的翻转次数增加一次计数，并根据所述翻斗的翻转次数计算降雨量。
[0005]在一些实施例中，所述第一通孔处设有缓流装置，所述缓流装置包括止水阀。
[0006]在一些实施例中，所述雨雪收集器、所述称重托盘、所述第一支撑组件、所述光纤光栅称重传感器、所述承雨漏斗、所述翻斗、所述悬臂梁、所述底座、所述第二支撑组件以及所述第三支撑组件均由不锈钢材料制作而成且表面均涂有防滑涂层。
[0007]在一些实施例中，所述悬臂梁两侧的两个光纤光栅传感器温度系数相近。
[0008]在一些实施例中，所述基于光纤光栅的雨雪量传感器，还包括：数据处理器，所述数据处理器通过Wifi模块、zigbee模块和/或蓝牙模块连接所述光纤光栅称重传感器和所述悬臂梁两侧的光纤光栅传感器。
[0009]本专利技术的一个方面提供一种基于光纤光栅的雨雪量传感器的降雨量测量方法，该方法包括以下步骤：获取第一承雨槽和第二承雨槽的承雨量；调整悬臂梁与翻斗的平行距离，使得翻斗向所述第一承雨槽一侧倾斜时，所述悬臂梁两侧光纤光栅传感器的布拉格波长差大于设定阈值；使得翻斗向所述第二承雨槽一侧倾斜时，所述悬臂梁两侧光纤光栅传感器的布拉格波长差小于设定阈值；将所述基于光纤光栅的雨雪量传感器放置在待测环境中，由雨雪收集器在第一设定时长内收集降雨，监测所述悬臂梁两侧光纤光栅传感器的布拉格波长差，每当所述布拉格波长差大于所述设定阈值时对所述翻斗的翻转次数增加一次计数；根据所述第一承雨槽的盛雨量、所述第二承雨槽的盛雨量、所述翻斗翻转次数以及所述第一设定时长计算单位时间内的降雨量。
[0010]本专利技术的另一方面提供一种基于光纤光栅的雨雪量传感器的降雪量测量方法，该方法包括以下步骤：获取所述光纤光栅称重传感器布拉格波长变化量与雨雪收集器承接雨雪重量的标准关系函数；将所述基于光纤光栅的雨雪量传感器放置在待测环境中，由所述雨雪收集器在第二设定时长内收集降雪，并检测所述光纤光栅称重传感器的布拉格波长变化量，并带入标准关系函数得到所述第二设定时长内的降雪总重量，并根据所述第二设定时长内的降雪总重量计算单位时间内的降雪量。
[0011]在一些实施例中，获取所述光纤光栅称重传感器布拉格波长变化量与雨雪收集器承接雨雪重量的标准关系函数之前，还包括：用所述雨雪收集器收集多个预设重量降雪，并检测得到各预设重量降雪对应的布拉格波长变化量；获取所述雨雪收集器内没有降雪时所述光纤光栅称重传感器的原始布拉格波长；根据所述原始布拉格波长、各预设降重量降雪以及各预设重量降雪对应的布拉格波长变化量拟合得到标准关系函数。
[0012]在一些实施例中，根据所述第二设定时长内的降雪总重量计算单位时间内的降雪量，所述降雪量计算式为：其中，z表示所述降雪量，w表示单位时间内所述雨雪收集器收集的降雪的重量，降
雪的重量的单位为克，n表示雪的密度，s表示所述雨雪收集器的底面积。
[0013]本专利技术还提供了基于光纤光栅的雨雪量传感器的雨雪混合物量测量方法，该方法包括以下步骤：获取第一承雨槽和第二承雨槽的承雨量；调整悬臂梁与翻斗的平行距离，使得翻斗向所述第一承雨槽一侧倾斜时，所述悬臂梁两侧光纤光栅传感器的布拉格波长差大于设定阈值；使得翻斗向所述第二承雨槽一侧倾斜时，所述悬臂梁两侧光纤光栅传感器的布拉格波长差小于设定阈值；将所述基于光纤光栅的雨雪量传感器放置在待测环境中，由雨雪收集器在第一设定时长内收集降雨，监测所述悬臂梁两侧光纤光栅传感器的布拉格波长差，每当所述布拉格波长差大于所述设定阈值时对所述翻斗的翻转次数增加一次计数；根据所述第一承雨槽的盛雨量、所述第二承雨槽的盛雨量、所述翻斗翻转次数以及所述第一设定时长计算单位时间内的降雨量；获取所述光纤光栅称重传感器布拉格波长变化量与雨雪收集器承接雨雪重量的标准关系函数；将所述基于光纤光栅的雨雪量传感器放置在待测环境中，由所述雨雪收集器在第二设定时长内收集降雪，并检测所述光纤光栅称重传感器的布拉格波长变化量，并带入标准关系函数得到所述第二设定时长内的降雪总重量，并计算单位时间内的降雪量；将所述单位时间内的降雨量和所述单位时间内的降雪量相加得到单位时间内雨雪混合物的量。
[0014]本专利技术的有益效果至少是：本专利技术所述基于光纤光栅的雨雪量传感器及雨雪量测量方法，将翻斗翻转过程中悬臂梁受到的应力变化转化为悬臂梁两侧光纤光栅传感器的布拉格波长变化，通过监测两侧光纤光栅传感器布拉格波长的差值计算翻斗的翻转次数，进而通过翻斗的翻转次数、第一承雨槽的盛雨量以及第二承雨槽的盛雨量计算降雨量；将光纤光栅称重传感器受到的应力变化转化为布拉格波长变化，从而建立布拉格波长变化与降本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于光纤光栅的雨雪量传感器，其特征在于，包括：雨雪收集器，所述雨雪收集器为顶部开口，底部设定位置设有第一通孔的腔体；称重托盘，设置于所述雨雪收集器底部，用于承托所述雨雪收集器，所述称重托盘为圆环状；第一支撑组件，所述第一支撑组件顶部连接所述称重托盘底部；光纤光栅称重传感器，设置在底座上，所述光纤光栅称重传感器与所述第一支撑组件底部相连；所述光纤光栅称重传感器将受压产生的应力变化转化为布拉格波长变化，通过检测反射光的波长确定布拉格波长，并根据所述布拉格波长的变化量计算雨雪收集器内的降雪量；承雨漏斗，通过第二支撑组件设置于所述底座上，所述承雨漏斗位于所述雨雪收集器下方，所述承雨漏斗底部的第二通孔的圆心与所述第一通孔的圆心在竖直方向上对齐；翻斗，所述翻斗为等腰三角形状，所述翻斗的两侧腰上分别设有第一承雨槽和第二承雨槽，所述翻斗底边中点通过转轴连接第三支撑组件并设置于所述底座上；当所述翻斗向所述第一承雨槽一侧倾斜时，所述第二通孔对准所述第二承雨槽；当所述翻斗向所述第二承雨槽一侧倾斜时，所述第二通孔对准所述第一承雨槽；所述第一承雨槽外壁设有第一磁铁；悬臂梁，所述悬臂梁面向所述翻斗的一侧设有第二磁铁，当所述翻斗向所述第一承雨槽一侧倾斜时，所述第一磁铁与所述第二磁铁抵近，所述悬臂梁两侧分别相对设有一个光纤光栅传感器；所述悬臂梁上的两个光纤光栅传感器将受到的应力转化为布拉格波长变化，并检测和计算两个光纤光栅传感器的布拉格波长差，每当所述布拉格波长差大于设定值时，对所述翻斗的翻转次数增加一次计数，并根据所述翻斗的翻转次数计算降雨量。2.根据权利要求1所述的基于光纤光栅的雨雪量传感器，其特征在于，所述第一通孔处设有缓流装置，所述缓流装置包括止水阀。3.根据权利要求1所述的基于光纤光栅的雨雪量传感器，其特征在于，所述雨雪收集器、所述称重托盘、所述第一支撑组件、所述光纤光栅称重传感器、所述承雨漏斗、所述翻斗、所述悬臂梁、所述底座、所述第二支撑组件以及所述第三支撑组件均由不锈钢材料制作而成且表面均涂有防滑涂层。4.根据权利要求1所述的基于光纤光栅的雨雪量传感器，其特征在于，所述悬臂梁两侧的两个光纤光栅传感器温度系数相近。5.根据权利要求1所述的基于光纤光栅的雨雪量传感器，其特征在于，还包括：数据处理器，所述数据处理器通过Wifi模块、zigbee模块和/或蓝牙模块连接所述光纤光栅称重传感器和所述悬臂梁两侧的光纤光栅传感。6.一种采用权利要求1至5任意一项所述基于光纤光栅的雨雪量传感器的降雨量测量方法，其特征在于，所述方法包括：获取第一承雨槽和第二承雨槽的承雨量；调整悬臂梁与翻斗的平行距离，使得翻斗向所述第一承雨槽一侧倾斜时，所述悬臂梁两侧光纤光栅传感器的布拉格波长差大于设定阈值；使得翻斗向所述第二承雨槽一侧倾斜时，所述悬臂梁两侧光纤光栅传感器的布拉格波长差小于设定阈值；将所述基于光纤光栅的雨雪量传感器放置在待测环境中，由雨雪收集器在第一设定时

【专利技术属性】
技术研发人员：周瑞，翟桐，杨方，
申请(专利权)人：北京精诚恒创科技有限公司，
类型：发明
国别省市：