光學雨量探測方法、探測裝置及導光器的制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及雨量探測技術，尤其是一種光學雨量探測方法、探測裝置及導光器。
【背景技術】
[0002]目前，用于測量降雨量及降雨強度的雨量計從原理上可分為翻斗式、虹吸式、容柵式、稱重式等，最為常用的是翻斗式雨量計和虹吸式雨量計，這兩種雨量傳感器存在以下所述幾方面的缺點:
[0003]1.需要定期清理、維護，方能正常工作，否則集水通道會被雜物堵塞；
[0004]2.對小雨量不敏感甚至因蒸發(fā)而無法測量；
[0005]3.強降雨時誤差明顯增大；
[0006]4.由于雨量計機械或電子部件暴露于空氣中，很容易腐蝕失效；
[0007]5.安裝時要求雨量計嚴格水平，對安裝的要求較高；
[0008]6.體積大；
[0009]7.只適用于靜態(tài)安裝測量，不能在運動過程中測量降雨；
[0010]目前，已有的紅外式雨量探測器，大量應用于非氣象領域(如安裝于汽車擋風玻璃內側的雨滴探測器)。這些光學雨量探測器存在以下問題或缺點:
[0011]1.從原理上講屬于單點式探測，測量誤差和隨機性比較大；
[0012]2.只能實現降雨的定性探測而不能達到定量探測；
[0013]3.屬于分體式，探測器與被探測面為分開的兩部分，獨立性差，對安裝位置及角度要求很高；
[0014]4.精度差、集成度低導致只能應用于對精度要求不高的場合或領域，不能用于精度要求高的領域(如氣象、環(huán)境行業(yè))。

【發(fā)明內容】

[0015]本發(fā)明公開了一種光學雨量探測方法、探測裝置及導光器，用于克服現有技術中的缺陷，靈敏度較高、抗干擾能力強、體積小、實現動態(tài)探測雨量，且便于安裝。
[0016]本發(fā)明提供一種光學雨量探測方法，步驟1，位于探測裝置內部的程控光源發(fā)出的平行光入射至導光器上，經所述導光器多次全反射后，按照預定方向出射至收光元件所在位置；
[0017]步驟2，光能幅頻探測器通過所述收光元件接收光信號，對接收的光信號的波動頻率和波動幅度進行檢測，并將上述檢測信號傳送至中央處理器；
[0018]步驟3，所述中央處理器根據接收的光信號的波動頻率和波動幅度檢測信號，獲得降雨速率和降雨量。
[0019]優(yōu)選地，采用頻率可控的調制發(fā)光、收光機制，程控光源發(fā)送固定頻率的光，收光元件收到后進行頻率判斷，若接收頻率與發(fā)送頻率不符，則判定有強光干擾，此次探測過程作廢或降低在采集數據集中的權重。
[0020]優(yōu)選地，若外界非降雨引起光線變化，則通過外部液體檢測裝置判斷是否真正發(fā)生降雨。
[0021]本發(fā)明還提供一種光學雨量探測裝置，包括:
[0022]底座，用于安裝導光器與雨量探測電路板，與所述導光器之間形成一個密閉用于安裝所述雨量探測電路板的空腔；
[0023]所述導光器，由折射率與雨水接近的透光材質制成，將來自于程控光源的入射光進行多次全反射后按照預定方向最終出射至所述光能幅頻探測器的收光元件所在位置；
[0024]所述雨量探測電路板，包括:
[0025]程控光源，發(fā)出平行光入射至所述導光器上；
[0026]光能幅頻探測器，接收來自于所述導光器的反射光，通過內部的光能調理單元實現對接收光的波動頻率和波動幅度的檢測，并將上述檢測信號發(fā)送給中央處理器；
[0027]中央控制器，根據來自于所述光能幅頻探測器的檢測信號，獲得降雨速率和降雨量。
[0028]優(yōu)選地，所述程控光源發(fā)射紅外光，所述收光元件與所述導光器之間設置有紅外濾光片。
[0029]優(yōu)選地，所述導光器的外表面為平滑的外凸曲面或平滑的外凸曲面與平面的結入口 ο
[0030]優(yōu)選地，所述程控光源與所述導光器之間以及所述收光元件與所述導光器之間均設置有用于匯集光束的束光器。
[0031]優(yōu)選地，所述雨量探測裝置還包括用于檢測是否真正發(fā)生降雨的外部液體檢測裝置。
[0032]優(yōu)選地，所述雨量探測電路板還包括輔助功能模塊和接口模塊，所述接口模塊包括模擬接口和數字接口。
[0033]優(yōu)選地，所述導光器與所述雨量探測電路板插接。
[0034]本發(fā)明還提供一種光學雨量探測用導光器，包括呈帽狀的導光器本體，由折射率與雨水接近的透光材質制成；所述導光器外表面呈外凸光滑曲面狀，且所述導光器外表面及其構成材質本身的折射率滿足入射光在導光器外表面全面域內進行多次全反射，所述導光器內表面具有與入射光垂直的入射面和與最終的反射光垂直的出射面。
[0035]優(yōu)選地，所述導光器外表面為半球面或球冠面。
[0036]優(yōu)選地，所述導光器的外表面還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開口端向下延伸，且與所述半球面或球冠面開口端相切。
[0037]優(yōu)選地，所述延伸面為圓臺面或圓柱面。
[0038]本發(fā)明提供的光學雨量探測方法、探測裝置及導光器，實現了電子元件封閉、超小體積、超高靈敏度及強抗干擾能力，內部無機械部件，無機械磨損堅固耐用，沒有裸露部件，避免內部接觸水氣腐蝕，不會因為落葉或其他雜物影響雨量的探測，該裝置對微小雨滴十分敏感，可探測出極小的降雨現象，通過光學原理，可實現運動中動態(tài)探測降雨而不會影響精度，超小的體積便于運輸安裝，對安裝要求極低，不要求水平校準，特別適用于微小降雨監(jiān)測、氣象、智能農業(yè)、地質災害安全監(jiān)測領域。
【附圖說明】
[0039]圖1為本發(fā)明實施例提供的光學雨量探測裝置的俯視圖；
[0040]圖2為圖1縱截面示意圖；
[0041]圖3為本發(fā)明實施例提供的光學雨量探測裝置中導光器的光路圖；
[0042]圖4為本發(fā)明實施例提供的光學雨量探測裝置中導光器的原理圖一；
[0043]圖5為本發(fā)明實施例提供的光學雨量探測裝置中導光器的原理圖二 ；
[0044]圖6為本發(fā)明實施例提供的光學雨量探測裝置采用雙收發(fā)機制的俯視圖；
[0045]圖7為本發(fā)明實施例提供的光學雨量探測裝置在正常情況下調制頻率探測示意圖；
[0046]圖8為本發(fā)明實施例提供的光學雨量探測裝置在收到外部強光干擾情況下調制頻率探測示意圖；
[0047]圖9為本發(fā)明實施例提供的光學雨量探測裝置模塊示意圖；
[0048]圖10為本發(fā)明實施例提供的光學雨量探測裝置的安裝示意圖；
[0049]圖11為本發(fā)明實施例提供的光學雨量探測方法的原理示意圖一；
[0050]圖12為本發(fā)明實施例提供的光學雨量探測方法的原理示意圖二 ；
[0051]圖13為汽車擋風玻璃上的紅外降雨測量原理示意圖；
[0052]圖14為本發(fā)明實施例提供的光學雨量探測方法的處理流程示意圖。
【具體實施方式】
[0053]參見圖1-圖3，圖9、圖10本發(fā)明實施例提供一種光學雨量探測裝置，整個光學雨量探測裝置由底座1、導光器2、雨量探測電路板3構成，底座I與導光器2之間形成一個密閉的空腔，雨量探測電路板3安裝在該空腔內，避免雨量探測電路板3上的電子元件及光敏元件收外界環(huán)境侵蝕，無需定期清理和維護。底座I與導光器2之間可通過密封機構連接，實現內部空腔的封閉。
[0054]參見圖9，雨量探測電路板3包括程控光源31、光能幅頻探測器32、中央控制器33、輔助功能模塊34、接口模塊35。光能幅頻探測器32包括收光元件32a ;程控光源31與導光器2之間以及收光元件32a與導光器2之間均設置有用于匯集光束的束光器4。
[0055]上述各部件相輔相成，共同完成高靈敏度的降雨強度及降雨量的測量工作。
[0056]參見圖10，導光器2也可以稱作保護罩，一種具有一定透光性能的半透明材料，主要作用是通過根據光學折射原理而設計的幾何形狀完成光線的定向傳播并對其內部的雨量探測電路板起到保護作用。導光器2與底座I連接、導光器2與底座I之間為密封機構連接，雨量探測電路板3位于保護罩(導光器2)與底座I之間。保護罩(導光器2)上有定位柱21a，雨量探測電路板3上有定位孔21b，定位柱21a與定位孔21b保證位于雨量探測電路板3上的程控光源的發(fā)光點和收光元件的收光點準確對正。
[0057]導光器2利用光線傳播中的折射、全反射、散射原理，對透光材料進行一定的幾何形狀加工，即可制作出光線沿預定方向定向傳輸的導光器。導光器的折射率與雨水接近或相同且為透光材料，其完成導光的基本原理結合下圖的簡單模型說明。
[0058]參見圖4、圖5，入射光線發(fā)出平行光，在此模型中因光線與導光器入射面垂直，不會發(fā)生折射而繼續(xù)沿直線傳播，當光線到達導光器與空氣的邊界時，光線的入射角al被設計為大于導光器材料的全反射角此時發(fā)生光線的全反射，這樣角度的面稱為導光器2的全反射面，光線不會入射到空氣中而是沿與界面法線對稱的角度全反射，導光器其它面的角度也被設計成全反射面，當光線到達時均發(fā)生全反