在现代农业生产中，雨量数据的精准监测是科学决策的重要依据。从播种期的水分需求评估，到生长期的水肥协同调控，再到汛期的灾害预警防范，都离不开准确的雨量数据。

雨量监测站作为气象观测体系的核心组成部分，通过高精度传感器和自动化采集系统，实时记录降雨量、降雨强度及降雨历时等关键参数，为农田管理提供可靠的数据支撑。

雨量监测站的构成

雨量传感器

这是雨量监测站的“心脏”，监测降雨，并将其转化为电信号。

常见的雨量传感器有：

1翻斗雨量传感器

翻斗雨量传感器由一个集雨漏斗和与之相连的翻斗机构组成。降雨时，雨水通过集雨漏斗收集，然后顺着漏斗的管道流入翻斗。集雨漏斗的口径是固定的，其作用是将一定面积内的雨水收集起来，引导至翻斗中进行计量。

翻斗则是一个对称的双斗结构，中间由一个轴支撑，可以绕轴自由翻转。当一侧的斗内收集到一定量的雨水时，由于重力作用，这一侧的斗会向下倾斜，而另一侧的斗则向上抬起。当收集的雨水达到特定的重量，使得翻斗的重心发生偏移，翻斗就会快速翻转，将雨水倒出，然后另一侧的斗开始收集雨水，如此循环往复。

翻斗每翻转一次，就表示一定量的雨水被测量过了。通常情况下，翻斗的设计使得每次翻转所对应的雨量是固定的，比如 0.1 毫米或 0.2 毫米等。通过记录翻斗的翻转次数，就可以计算出总的降雨量。例如，如果翻斗翻转了 10 次，每次翻转对应的雨量是 0.1 毫米，那么总的降雨量就是 10×0.1 = 1 毫米。

为了能够将降雨量数据传输到数据采集系统或远程监控中心，翻斗雨量传感器还配备了信号转换装置。当翻斗翻转时，会触发一个信号开关，产生一个电信号，这个电信号可以是脉冲信号等形式。信号转换装置会将翻斗的机械动作转换为电信号，并通过导线或无线通信模块将信号传输到数据采集设备或监控中心，实现降雨量的实时监测和数据记录。

雨量计筒直径Φ200mm

雨强范围0mm～4mm/min允许通过最大雨强8mm/min

大雨强范围0～10mm/min允许通过最大雨强15mm/min

输出方式Modbus 485

2.压电雨量传感器

当雨滴落在压电雨量传感器的感雨面上时，由于雨滴具有一定的质量和速度，会对感雨面产生一个冲击力，这个冲击力会使感雨面产生机械应力。感雨面通常由具有压电效应的材料制成，如 PVDF 压电薄膜。

在机械应力的作用下，压电材料内部的正负电荷会发生分离，在材料的表面形成正负电荷分布。由于压电材料内部的电荷分离，在压电材料的两端就会产生电压信号。电压信号的大小与雨滴产生的冲击力相关，而冲击力又与雨滴的大小、速度等因素有关，所以不同的降雨量会导致不同大小的电压信号。

这些电信号作为原始数据被采集后输入到嵌入式 AI 神经网络中。神经网络中的卷积层等结构会对输入的电信号数据进行特征提取。例如，会提取信号的波形特征、频率特征、强度特征等，将原始的、较为复杂的电信号转化为更具代表性的特征向量，以便后续分析处理。

而基于大量已标注的雨滴信号数据和干扰信号数据对神经网络进行训练，使其学习到雨滴信号的典型模式和特征。在实际工作中，就能将提取到的特征向量与已学习到的模式进行比对，判断当前信号是雨滴信号还是砂砾、灰尘、振动等干扰信号。根据模式识别的结果，神经网络输出相应的决策信息，比如确定为雨滴信号时，输出与该雨滴信号对应的降雨量、降雨强度等数据信息；确定为干扰信号时，则忽略该信号，不进行相关雨量数据的记录和处理。

测量范围 0-4mm/min

测量精度 ≤±4%

分辨率 0.01mm

采样频率 ＜1S

通讯接口 RS485

通讯协议 MODBUS

3.雷达雨量传感器

它的测量原理是多普勒效应。

雷达雨量传感器会向空中发射一定频率的电磁波信号，当电磁波遇到雨滴时，雨滴会对电磁波产生散射作用，部分电磁波会被散射回来，被传感器接收。由于雨滴相对于雷达传感器存在相对运动，根据多普勒效应，散射回来的电磁波频率会发生变化，产生多普勒频移。当雨滴靠近雷达时，接收信号的频率会升高；当雨滴远离雷达时，接收信号的频率会降低。

通过测量接收信号与发射信号之间的频率差，即多普勒频移，利用多普勒效应的公式，可以计算出雨滴的径向速度，即雨滴在雷达视线方向上的速度分量。在一定的空间范围内，对大量雨滴的速度进行测量和统计，结合雨滴速度与降雨强度的经验关系或理论模型，就可以估算出该区域的降雨量。一般来说，雨滴速度越大，降雨强度越大，降雨量也就越多。

正因这个原理，不仅可以测雨，还能测雪、冰雹。

测量范围 0-200mm/hour（降雨）

测量精度 5% ( @风速<5m/s )

粒径范围 （雨滴尺寸） 0.5-5.0mm

降雨的分辨率 0.1mm

采样频率 1秒

通讯接口 RS485、RS232

通讯协议 ModBus

数据采集器

负责接收、处理和存储雨量传感器传来的信号，并将其转化为可读的降雨数据。

数据传输模块

数据传输模块将采集到的雨量数据通过有线或无线的方式传输到数据中心或用户终端，实现数据的实时共享和远程监控。

供电系统

为监测站的各个部件提供稳定的电力供应，确保能长时间的运行。常见的供电方式包括太阳能供电、市电供电和电池供电。

防护外壳

防护外壳保护内部部件免受风吹、雨淋、日晒等恶劣环境的影响，延长其使用寿命。

安装支架

为监测站提供稳固的支撑，各个部件都安装在支架上。

除了上述基础设备，一些雨量监测站还可能配备以下功能：

其他传感器，比如空气温湿度传感器，用于监测环境温度和湿度，为分析降雨数据提供更全面的信息。

GPS定位模块， 用于精确定位监测站的位置，方便数据管理和分析。

总之，雨量监测站将科技与农业深度融合，为农田管理、灾害预警和资源优化提供了科学依据。

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