降雨量观测是气象和水文部门的重要工作,对于我国工农业生产、水利开发、江河防洪和工程管理都有着积极的指导意义。随着信息技术的发展,自动化检测技术在降雨量观测中得到了广泛的应用。但是由于自动气象站在数据采集方式、数据观测时间等方面与人工降雨量的观测存在差异,严重影响降雨量观测数据有效性。为了解决雨量及降雨微观特征同步监测的难题,本文提出基于压电效应的雨量感知方法,并且设计了一种低成本、低功耗的压电式雨量传感器,从而实现了利用动力学原理测量降雨量及雨滴粒径。论文首先比较了各种降雨量测量与雨滴粒径测量方法的优势与缺点,提出了基于压电效应原理的测量方案并且设计了软、硬件测量平台的总体方案。然后设计了压电式雨量传感器的机械结构、硬件电路、数据采集程序以及上位机用户界面,并对现有测量的方法进行了优化,包括利用阵列式压电换能器消除传感器的边界效应,准确测量雨滴下落末动量;采用不同放大倍数的两路信号并行处理分析的方法,保证足够的量程和分辨率来兼顾大、小雨滴的测量;以及提出基于电压真有效值信号的信号峰值识别方法,有效降低信号处理的采样分辨率,通过累加雨滴体积得到降雨量和降雨强度。其次本文通过等动量法初步标定单个雨滴激励下的压电式雨量传感器的输入输出关系和传感器分辨率,再以同步采集的翻斗雨量计输出信号为参考雨量,利用基于模型的自适应训练和优化方法,实现了在模拟降雨中传感器输出与雨滴粒径关系的标定。通过累加雨滴体积得到降雨量和降雨强度,综合雨滴粒径和数量获得雨滴谱,从而完成降雨量以及雨滴谱分布的测量。通过在模拟降雨和实际降雨中分别进行的测量实验,验证了本文测量方案和传感器功能,实验表明,本文的测量方法可以实现连续测量记录雨滴的数量、粒径大小、累积降雨量和实时降雨强度等信息,而且能够保证对于大雨、小雨以及降雨微观特征都具有较高的测量精度。