[发明专利]一种超声波降雪检测装置及其检测方法

说明书

本发明公开了一种超声波降雪检测装置，包括立杆，立杆上部安装有供电装置、超声波感应控制器和可加热反射板，供电装置分别与超声波感应控制器和可加热反射板连接，超声波感应控制器置于可加热反射板的上方，超声波感应控制器内置温度传感器，超声波感应控制器的底部设有超声波探头，超声波探头正对可加热反射板，可加热反射板设有加热电子开关，同时还公开了其具体的检测方法；具有结构简单，稳定性好，精度高，能够准确检测降雪，正确指示降雪，操作方便，自动化程度高，应用前景好的特点。

技术领域

本发明属于水文、气象测量器具技术领域，具体涉及一种超声波降雪检测装置及其检测方法。

背景技术

感雪器是配合雨雪量计工作的，当前市面上用接触式感雪器感知是否下雪，用超声波料位计测量降雪深度。

1、超声波的基本特性

超声波是一种人耳无法听到的、频率一般超过20kHz的声音，具有下述特征：

(1)波长与辐射

波的传播速度是用频率乘以波长来表示。声波在空气中的传播速度很慢，约为344m/s(20℃时)。在这种比较低的传播速度下，波长很短，这就意味着可以获得较高的距离和方向分辨率。正是由于这种较高的分辨率特性，才使我们有可能在进行测量时获得很高的精确度。

(2)反射

要探测某个物体是否存在，超声波就能够在该物体上得到反射。由于金属、木材、混凝土、玻璃、橡胶和纸等可以反射近乎100％的超声波，因此我们可以很容易地发现这些物体。由于布、棉花、绒毛等可以吸收超声波，因此很难利用超声波探测到它们。同时，由于不规则反射，通常可能很难探测到表面振动幅度很大的物体。

(3)温度效应

声波传播的速度c可以用下列公式表示。

C＝331.5+0.607t(m/s)式中，t＝温度(℃)

也就是说，声音传播速度随周围温度的变化而有所不同。因此，要精确的测量与某个物体之间的距离时，始终检查周围温度是十分必要的。

(4)衰减

传播到空气中的超声波强度随距离的变化成指数比例地减弱，这是因为衍射现象所导致的在球形表面上的扩散损失，也是因为介质吸收能量产生的吸收损失。超声波的频率越高，衰减率就越高，波的传播距离也就越短。

2、超声波料位计

超声波测量距离的工作原理，被称做“脉冲反射法”，用于测量超声波发送脉冲和物体之间、接收脉冲和物体之间的反射时间。

超声波料位计可以用来测量积雪的深度，但因超声波在空气中传播会受到风速风向的影响，超声波的波速也受空气温度的影响，故超声波料位计的测量误差一般被标定为0.25％。超声波料位计测量雪深时，一般安装在地面以上2米处，理论上将会产生5mm的测量误差，实际上因雪面的平整度、积雪的密实度、风速风向、温度等因素影响，实际测量误差可达2cm。

因为测量误差是不可避免的，如果相邻2次超声波料位计的测量距离变化了2cm，无法确定是测量误差，还是降雪产生的变化。因此，不能用超声波测量物位的原理来判断是否降雪了。

对于水文气象上使用的雨雪量计，需要确认下雪与否，以便给雨雪量计的承雪器加热融雪。如果判断不准确，可能会漏测降雪，也可能在没有降雪的情况下误加温而浪费能量。

3、接触式感雪器

接触式感雪器利用雪可导电的特性制作的。在一个平板上，布设很多金属丝同心圆，间隔为1mm，相邻同心圆为正、负两极，处于干燥状态时，正、负两极之间的电阻为无穷大，当上面有积雪时，正、负两极之间的电阻降至可测量范围，大概在1-4MΩ，其值与雪的电导率和雪在正负两极的覆盖范围有关。