CN101059566A - 电子虹吸式雨量计 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电子虹吸式雨量计，它由承雨口、浮子室、浮子、虹吸管、水位传感器、电动虹吸装置、电动截流装置、采集器、固态记录器等组成，它以水位传感器测量降水量；以采集器采集降水信息、驱动电动虹吸装置动作产生强制虹吸效应、控制电动截流装置在虹吸期内切断浮子室进水通路；以固态记录器记录降水过程，虹吸过程无“滴流”现象、无需人工考证测量误差，实现了降水过程信息电子自动测量、记录，使用维护方便。

Description

电子虹吸式雨量计

                                技术领域

本发明涉及一种雨量计，具体是一种电子虹吸式雨量计。

                                背景领域

公知的虹吸式雨量计是机械自记钟水平走纸、以浮子带动浮子杆、记录笔上下运动在记录纸上划线记录降雨过程的液柱式雨量计，其背景技术从《ZBY158-83虹吸式雨量计技术条件》、中华人民共和国行业标准《降水量观测规范SL21-2006》、中国气象局《地面气象观测规范-2003》已知，包括承雨口、滤网、漏咀、集水漏斗、浮子室、浮子室盖板(简称盖板)、浮子、浮子杆、虹吸管、水平泡、调平装置、壳体、浮子室支架(简称支架)、底座、笔档、记录笔、记录纸、自记钟走纸机构、储水瓶、雨量量杯等，落入承雨口的降水经滤网、漏咀、集水漏斗流入浮子室，使浮子室液柱升高驱动浮子上升带动浮子杆、笔杆、笔尖上下运动，自记钟旋转带动记录纸作水平运动，笔尖在记录纸上绘出降水过程曲线，当浮子室液柱高超过“自然虹吸点临界点”(以下称自然虹吸点)的高度H_z时产生自然虹吸效应，使浮子室液柱迅速降至虹吸零点H₀，此时记录笔在浮子带动下也同步降至虹吸零点，重新开始记录下一时段的降水过程，虹吸排放的降水注入到储水瓶中，再用雨量杯人工计量储水瓶中的水量考证降水量和测量误差，填写观测记录簿。

公知的虹吸式雨量计的分辨力是0.1mm、雨强范围0.01～4mm/min、一次虹吸排水量为10mm、一次虹吸排水时间≤14s，是“规范”规定的降水过程标准量测装备，装备这种雨量计的雨量站为驻守型雨量测站，驻守站的降水过程记录在方格纸上，降水量的测量、时段降水量、日降水量、降水强度的计算、测量误差的考证、雨情报信等都是由人工完成的，当前公知的虹吸雨量计均为这种工作模式。

公知的虹吸式雨量计的构造原理、性能上的缺点与不足之处也很明显：

(1)雨强小的时候在自然虹吸点易发生“滴流”现象，此时记录线出现“波动”或呈“平头”直线，产生记录误差。

(2)记录纸不能记录虹吸期间的降雨量、存在漏记问题。

(3)机械自记钟记录周期短，一般只能记录1～7天就须换纸，除了定期换纸外，每发生一次虹吸之后也要换纸，即使在降水过程中该换纸时也要换纸。

(4)仪器安装、调整复杂：当虹吸线的倾斜度与纵坐标不平行时需注水检查反复调整；记录笔笔尖不润滑、笔架轨道生锈、走纸机构倾斜会使记录笔尖划线阻力增大易造成记录断线也应作调整；虹吸作用不能恰在10mm发生时虹吸管的高度需多次试验调整，还需经常人工注水、校正虹吸零点等等。

(5)虹吸管必需经常清洗、维护，否则将发生滴流、断流、水气混杂、虹吸排水时间过长或不发生虹吸等问题。

(6)公知虹吸雨量计必需用雨量量杯人工测量储水瓶中的水量来考证降水量和测量误差、填写记载簿。

(7)装备公知虹吸雨量记的测站必须有人驻守，其使用、维护成本很高。

(8)公知虹吸雨量计无电信号输出，无法实现自动报信。

                             发明内容

本发明的任务在于克服现有技术的缺点与不足之处，提供一种电子自动测量、记录降水过程并且在虹吸排水过程中无“滴流”现象、无漏记降水量、安装、维护方便、可无人驻守且能与通信机连接实现自动报信的电子虹吸式雨量计。

本发明解决任务的方案是：电子虹吸式雨量计，包括承雨口、滤网、漏咀、集水漏斗、浮子室、浮子室盖板(简称盖板)、浮子室支架、浮子、浮子杆、虹吸管、水平泡、调平装置、壳体、底座，去掉了笔档、记录笔、记录纸、自记钟走纸机构和储水瓶，在漏咀、浮子室之间有用于测量浮子室液柱高度(降水量)的水位传感器(以下称传感器)、用于连接传感器和浮子、浮子杆的水位测量机械耦合装置(以下称耦合装置)、用于打压浮子、浮子杆下沉的电动虹吸装置、用于截断水路通道的电动截流装置、降水过程信息采集控制器(以下称采集器)、用于记录降水过程信息的固态存贮收集单元(以下称记录器)，传感器安装在盖板上，并通过耦合装置与浮子杆、浮子连接；电动虹吸装置安装在盖板上，并且位于浮子、浮子杆的正上方，当浮子高度位于电动强制虹点高度范围H_q时浮子、浮子杆处于电动虹吸装置有效打压范围之内；电动截流装置安装在漏咀、浮子室进水口之间；采集器安装在盖板上，并与电动截流装置、电动虹吸装置、传感器电连接且与供电电源连接；记录器安装在盖板上并与供电电源连接、其输入端与采集器的输出接口电连接；采集器依照存贮程序自动采集传感器输出信号和对应的时间信号，并及时将采集到的信息传送给记录器；当采集器判断传感器测得浮子室水柱高(降雨量)到达“强制虹吸点高度”H_q时，采集器采集该信号后立即驱动电动截流装置动作截断浮子室进水水路通道，并同时驱动电动虹吸装置动作打压浮子杆和浮子骤然下沉迫使浮子室水柱突然升高超过临界虹吸点高度H_z达到最高点H_max，随即产生强制虹吸排水效应，虹吸排水发生之后浮子室水柱高度会迅速下降，当浮子室水柱下降至虹吸“零点高度”H₀时虹吸过程结束，浮子亦同步下降至“零点”，这时采集器采集传感器输出的对应虹吸“零点”水位高度值H₀和对应时间t₀，作为下一时段降水过程的起算值和起算时间，并将上述信息传送给记录器，然后采集器驱动电动截流装置复位，使虹吸排水期间的被截流的降水注入浮子室，采集器采集该水位值H₁(虹吸过程期间的降水量)及虹吸结束时刻t₁，然后继续测量降水过程直至降水过程结束。

显然上述虹吸发生过程不是公知的“自然虹吸”过程而是“电动强制虹吸”过程，在强制虹吸发生之前，浮子室水柱高度H_q低于“临界虹吸点”的高度H_z，因此强制虹吸发生时，浮子室水柱高H_max高度明显高于“临界虹吸点”的高度H_q，虹吸过程会立即发生，强制虹吸过程发生时既不会产生“滴流”现象、“断流”现象，也不会发生水气混杂现象，而且在强制虹吸期间内电动截流装置受采集器控制截断了浮子室进水通道，当虹吸过程结束后、采集器驱动电动截流装置动作恢复水路畅通，使被截流的降水流入浮子室驱动浮子上升带动传感器动作，采集器即可采集到该水位值H₁和对应时间t₁，因此也不会发生漏测虹吸期间降水量的现象。

按照本发明对于每一个虹吸排水过程而言，其虹吸发生时水位值H_q和虹吸排水之后的零点水位值H₀都是实时测量获得的，因此在仪器安装校对时无须校对虹吸点和虹吸零点，并且在上述测量过程中虹吸起始时间和虹吸终止时间也同时由中央处理单元进行了精准电子测量、计算，并由此获得虹吸了排水时间数据，这是公知的机械式虹吸雨量计无法实现的。

本发明电子虹吸吸雨量计所述的传感器是浮子室水柱高度(降雨量)感测/电信号转换部件，其运动方式可以是旋转运动式位移传感器也可以是直线运动式位移传感器，传感器的类型可以是光电、磁感应、容栅类或电感、磁滞线、电容、电阻类；其输出信号可以是数字全量型、脉冲增量型或电流、电压型。传感器安装在浮子室盖板上(以下称盖板)，并通过机械耦合装置与浮子杆、浮子相连接、当浮子随浮子室内水柱高度升降变化时水位传感装置的运动感测部件亦同步运动，即可输出与浮子室水柱高(降雨量)变化相对应的电信号。

本发明电子虹吸吸雨量计所述的机械耦合装置是旋转运动式或直线运动式，当传感器为旋转运动位移传感器时，与传感器转动轴连接的水位测量耦合装置为双轨道测轮、测缆、重锤、重锤缆机构，双轨测轮工作圆周上有两个凹槽轨道(测量轨道、重锤轨道)，测轮安装在传感器的旋转轴上、测缆绕在测轮的测量工作圆周的凹槽轨道内，其端点固定在测轮上，测缆的另一端与浮子杆、浮子相连接；重锤缆绕在测轮的重锤轨道凹槽内，其端点固定在测轮上，其绕向与测缆绕向相反，重锤缆从轨道凹槽内引出后与重锤连接，在静止状态下，浮子浮于浮子室水面上，重锤的自重力拉直并张紧重锤缆和测缆；当浮子室水柱高度升降变化时，浮子会随之同步升降变化，这时重锤拉紧重锤缆反方向同步运动带动测轮旋转并驱动传感器的转轴同步旋转，传感器即可输出与浮子室水柱高度变化(降雨量)相对应的电信号；这种双轨道构造的测轮和连接方式可以保障测缆和重锤缆不会在测轮圆周轨道的凹槽内打滑(即使在电动虹吸装置打压浮子杆、浮子骤然下沉时，测缆和重锤缆不会在测轮圆周轨道的凹槽内打滑)，避免了产生测量误差；当传感器的的运动部件是直线式运动方式时，其安装方式为：将传感器的直线位移运动部件用锁紧装置(耦合装置)与浮子杆相连接，当浮子随浮子室水柱升降变化时，浮子杆即带动传感器的直线位移部件同步运动，完成水位变化(降雨量)测量、输出对应的电信号。

本发明电子虹吸式雨量计所述的电动虹吸装置包括电磁铁、驱动杆、支承轴、驱动杆复位弹簧(以下称弹簧)、电磁铁通过支架安装在盖板上并与采集器电连接，电磁铁位于驱动杆上方，驱动杆通过支承轴安装在盖板上并位于浮子、浮子杆的上方，弹簧安装在驱动杆与盖板之间，当浮子室水位上升至“强制虹吸点”高度H_q时(强制虹吸高度H_q低于自然虹吸高度H_z)浮子、浮子杆处于电磁铁和驱动杆打压范围之内。在降雨过程中，一但浮子室水位上升至强制虹吸点高度H_q时，采集器即可测得其高度并立即驱动电动虹吸装置动作，使电磁铁打压驱动杆、驱动杆驱动浮子杆、浮子骤然下降，使浮子室水柱突然从H_q高度上升至最高点H_max高度，H_max高度高于临界虹吸点高度H_z，这时即可瞬间发生强制性虹吸排水效应，当虹吸过程结束，采集器驱动电磁铁断电使驱动杆复位，之后仪器进入正常降水测量过程。显然本发明电子虹吸式雨量计的虹吸过程是强制虹吸过程，它完全不同于公知的自然虹吸过程，强制虹吸过程发生前浮子室水柱高度低于临界虹吸点高度H_z，而强制虹吸过程发生时浮子室水柱高度为H_max，H_max的高度高于临界虹吸点高度H_z，因此虹吸现象会突然发生，从而避免了滴流、水气混杂、断流等现象，使仪器工作更可靠。

本发明电子虹吸式雨量计所述的电动截流装置是独立的电动阀门，安装在电动虹吸装置的驱动杆上的一端并正对浮子室进水口的截流软胶垫，电动截流装置是独立的电动阀门时，它安装在漏咀、集水漏斗之间；或安装在集水漏斗、浮子室进水口之间。当电动阀门安装在漏咀与集水漏斗之间时，电动阀门关闭后虹吸期间的降水被截流在承雨口内；当电动阀门安装在集水漏斗和浮子室进水口之间时，电动阀门关闭后，虹吸期间的降水被截流在集水漏斗之内；当电动截流装置与电动虹吸装置为一体结构时，截流装置为截流垫，截流垫是软质胶垫，它安装在电动虹吸装置的驱动杆上，位于驱动杆正对浮子室进水口的一端，并正对集水漏斗的的出水口。这时截流垫的运动驱动装置是电动虹吸装置的电磁铁和驱动杆，采集控制器只需驱动电磁铁就可以同时完成打压浮子下沉产生强制虹吸排水和截断浮子室进水口通道的任务，将虹吸期间的降水截流在集水漏斗内。

本发明电子虹吸式雨量计所述的采集器包括：

中央处理单元——完成信息处理、驱动单元的控制，包括微处理器、内存、内部时钟、固化程序等，

采样单元——信息采集输入接口，完成传感器输出信号的变换，

时钟单元——降水信息的时标，

驱动控制单元——接受中央处理单元的指令，完成驱动对象的功率驱动，

辅助电路单元——信息采集器必备的其它功能电路，包括：值守电路、电源变换、稳压电路、显示单元电路、功能键电路等，

输出接口——将降水信息输出至记录、读出装置；

中央处理单元内部与采样单元、时钟单元、驱动控制单元、辅助电路单元、输出接口连接；采样单元与水位传感器连接；驱动控制单元与电动截流装置、电动虹吸装置连接；输出接口与固态记录器连接。采集器是传感器信息(降水过程信息)采集器又是电动虹吸装置、电动截流装置的驱动控制装置。采集器按照存贮程序自动监测浮子室水柱高度变化，当浮子室水柱高度达到强制虹吸高度打压范围时，采集器中央处理单元立即发出指令采集该高度值和对应时间值，并同时驱动电动截流装置动作，截断浮子室进水水路通道，并且同时驱动电动虹吸装置的电磁铁动作，使衔铁打压驱动杆带动浮子杆、浮子骤然下沉，迫使浮子室水柱突然从原高度升高至H_max高度，H_max高度超过自然虹吸点高度的临界值H_z，立即产生强制虹吸排水；当浮子室水柱下降至虹吸零点时，采集器立即采集虹吸零点水位值H₀和对应时间值t₀，以该水位值和对应时间值作为下一时段降水过程的起算值，此后采集器的中央处理单元指令驱动控制单元驱动电动截流装置、电动虹吸装置复位，使虹吸过程中被截流的降水流入浮子室，这部分流入到浮子室的降水量使浮子室水柱升高至H₁，其对应时刻为t₁，采集器采集该高度和时间，后进入下一时段降水过程的测量。

本发明电子虹吸雨量计所述的记录器是半导体固态存贮器用于采集、存贮降水过程信息，其输入端与采集器的输出接口电连接，其输出端可与外部通信机或移动存贮单元电连接。其性能参数从中华人民共和国行业标准《水文数字固态存贮器收集系统通用技术条件SL/T149-95》已知；当采集器的中央处理单元内的存贮单元(内存)容量足够大时，也可以将降水过程信息存贮在内存中，省略记录器。

本发明电子虹吸式雨量计还包括：可以在集水漏斗和浮子室进水口之间可以增加感雨器，感雨器的信号输出端与采集器电连接，其感雨形式可以是翻斗干簧管机构、电极感雨机构或者电感、电容式感雨机构，电子虹吸式雨量计安装感雨器与不安装感雨器的区别在于：不安装感雨器时即使在非降雨日也要不间断地或频繁的给仪器通电，采集器通过连续地(或频繁地)监测浮子室水柱是否升高来判断降雨开始的时刻，并在降雨开始之后连续监测浮子室水柱升高量来判断时段降雨量，并且在虹吸期间也要始终给仪器通电不间断地监测浮子室水柱是否下降到虹吸零点；如果增加了感雨器，本发明电子虹吸雨量计的工作方式为“休眠/唤醒”制式，每当感雨器发出一次“通/断”开关量信号，采集器即瞬间(约毫秒级)给传感器加电并采集雨量传感器信息和对应时间信息，以年降水量为2000mm、仪器工作电流最大为300mA计算，仪器全年累计工作时间(含虹吸排水时间)也不超过5400秒，年电耗约为0.45安时，如无感雨器则仪器常年工作或者每隔0.5～1秒就需给仪器加电1次才能保证采集器正常完成采集、控制、记录任务，其年功耗可达40安时，因此加装了感雨器后的节电有益效果很明显。

本发明电子虹吸式雨量计的工作过程为：未降水时，正常情况下仪器处于休眠状态，浮子正常飘浮于固定的水位高度上、传感器处于静止状态、其输出电信号也不变化，当降雨开始后，承雨口承接的雨水经滤网、漏咀、小漏斗注入感雨器，当降水量达到感雨器感量时，感雨器立即发出信号唤醒休眠状态下的采集器、传感器工作，并即刻采集传感器输出值作为降雨开始的起始值、同时采集对应时刻作为降雨开始时间；降水流入浮子室后推动浮子上升，浮子通过耦合装置带动传感器同步运动输出对应电信号，只要降水不停，感雨器就不间断地工作，每当感雨器动作一次，就自动唤醒采集器、传感器瞬间工作采集对应的传感器输出值H_t(浮子室水柱高)和对应时间值并且与设定的强制虹吸打压高度值H_q相比较，判断测量值H_t是否大于等于强制虹吸高度值H_q，直至传感器输出值H_t≥H_q，只要传感器输出值H_t未达到强制虹吸点高度H_q就反复执行上述步骤，直至传感器输出值H_t大于等于H_q时采集器的中央处理单元立刻采集对应的H_t高度和对应时间，并指令驱动控制单元驱动电动截流装置动作截断浮子室进水通路，并同时驱动电动虹吸装置的电磁铁、驱动杆动作打压浮子杆、浮子骤然下沉，使浮子室水柱高度骤然上升至最高点H_max高度(H_max＞H_z)，随机产生强制虹吸排水效应，当虹吸排水发生后，中央处理单元连续地或每间隔0.5～1秒指令采样单元采集传感器输出值，并将该值与虹吸零点值H₀相比较判断该值是否稳定到达最低水位点(即判断虹吸过程是否结束)，只要虹吸过程不结束就重复执行上述步骤，直至虹吸过程结束；当虹吸过程结束后，采集器采集并记录该水位值和对应时刻作为下一时段降水过程测量的起始值；上述过程结束后采集器驱动电动截流装置、电动虹吸装置复位，使被截流的降水流入浮子室，这部分降水量作为虹吸过程开始时刻之后的降水量计入到总降水量当中，此后仪器重复循环以上过程直至降水过程结束；上述过程中采集器不断地将采集信息传送给记录器，实现了虹吸雨量计的电子自动测量、记录。

本发明的有益效果是：电子虹吸式雨量计以水位传感器、耦合装置、电动强制虹吸装置、电动截流装置、采集器、固态记录器取代了公知技术的笔档、记录笔、记录纸、自记钟走纸机构、贮水瓶和雨量杯，实现了降水过程信息的电子自动测量、自动存贮收集，且本发明电子虹吸式雨量计的虹吸排水发生过程是强制虹吸排水过程，能有效地克服了“滴流”现象，也不会发生漏记虹吸期间降水量的问题，同时也克服了公知虹吸雨量计固有的虹吸不可靠、走纸记录周期短、仪器安装调整复杂、需反复调整虹吸管高度、校正零点和虹吸点、虹吸管需经常清洗、维护、降水量测量准确度需人工考证，测站需有人驻守、无电信号输出、不能自动报信等诸多缺点与不足之处。

                                附图说明

本发明将通过其具体实施例和附图加以详细说明。

图1是本发明所述的电子虹吸雨量计的构造图；

图2是本发明所述的电子虹吸雨量计的电原理方框图；

图3是本发明所述的电子虹吸雨量计传感器的耦合装置为旋转运动方式的构造图；

图4是本发明所述的电子虹吸雨量计传感器的耦合装置为直线运动方式的构造的图；

图5是本发明所述的电子虹吸雨量计电动虹吸装置的构造图；

图6是本发明所述电子虹吸雨量计电动截流垫与电动虹吸装置驱动杆为一体的构造图；

图7是本发明所述的电子虹吸雨量计的电动截流装置为独立式电动阀门、并且电动阀门装置安装在集水漏斗和浮子室进水口之间的构造图；

图8是本发明所述的电子虹吸雨量计的电动截流装置为独立式电动阀门、并且电动阀门安装在小漏斗和集水漏斗之间的构造图；

图9是本发明所述的电子虹吸雨量计实施例(传感器为旋转运动、电动截流装置、电动虹吸装置为一体构造并且有感雨器)的构造图；

图10是本发明所述的电子虹吸雨量计另一种实施例(传感器为直线运动形式、电动截流装置为电动阀门并且无感雨器)的构造图。

                              具体实施方式

实施例I：

如图1、图3、图9所示，本发明所述的电子虹吸雨量计的传感器16为旋转运动、电动截流装置、电动虹吸装置为一体构造并且有感雨器，它包括公知技术的承雨口1、滤网2、漏咀3、集水漏斗4、浮子室5、浮子室盖板(简称盖板)6、浮子7、浮子杆8、虹吸管9、支架10、水平泡11、调平装置12、壳体13、底座14，承雨口1水平安装在壳体13的顶端；滤网2安装在承雨口1的中心；漏咀3安装在承雨口1的底部；集水漏斗4安装在漏咀3和浮子室5的进水口15之间，浮子室5通过支架10安装在底座14上；盖板6水平安装在浮子室5顶部；浮子7位于浮子室5内、浮子杆8与浮子7相连接；虹吸管9安装在浮子室5的侧壁上；水平泡11、调平装置12、壳体13安装在底座14上，还包括在漏咀3、浮子室5之间增加了用于测量降水量的水位传感器(以下称传感器)16、用于连接传感器16和浮子7、浮子杆8的水位测量机械耦合装置(以下称耦合装置)17、用于打压浮子7、浮子杆8的电动虹吸装置18、用于截断水路通道的电动截流装置19；降水过程信息采集控制器(以下称采集器)20、用于记录降水过程信息的固态存贮收集单元(以下称记录器)21，传感器16安装在盖板6上，并通过耦合装置17与浮子杆8、浮子7连接；电动虹吸装置18安装在盖板6上，并且位于浮子7、浮子杆8的正上方，当浮子7、浮子杆8位于虹吸点高度时浮子7、浮子杆8处于电动虹吸装置18有效打压范围之内；电动截流装置19安装在漏咀3、浮子室进水口15之间；采集器20安装在盖板6上，并与传感器16、电动虹吸装置18、电动截流装置19电连接且与供电电源连接。记录器21安装在盖板6上并与采集器20、供电电源电连接。它的传感器16的运动方式为旋转运动式位移传感器，传感器16的类型可以是光电、磁感应、容栅类或电感、磁滞线、电容、电阻类；其输出信号可以是数字全量型、脉冲增量型或电流、电压型，它的耦合装置17是是由双轨道测轮17-1、测缆17-2、重锤17-3、重锤缆17-4组成的旋转式水位测量耦合装置，它的双轨测轮工作圆周上有两个凹槽轨道(测量轨道、重锤轨道)，测轮17-1安装在传感器16的旋转轴上、测缆17-2绕在测轮17-1的测量工作圆周的凹槽轨道内，其端点固定在测轮17-1上，测缆17-2的另一端与浮子杆8、浮子7相连接；重锤缆17-4绕在测轮17-1的重锤17-3轨道凹槽内，其端点固定在测轮17-1上，其绕向与测缆17-2绕向相反，重锤缆17-4从轨道凹槽内引出后与重锤17-3连接，在静止状态下，浮子7浮于浮子室5水面上，重锤17-3的自重力拉直并张紧重锤缆17-4和测缆17-2；当浮子室5水柱高度升降变化时，浮子7会随之同步升降变化，这时重锤17-3拉紧重锤缆17-4反方向同步运动带动测轮17-1旋转并驱动传感器16的转轴同步旋转，传感器16即可输出与浮子室5水柱高度变化(降雨量)相对应的电信号；这种双轨道构造的测轮和连接方式可以保障测缆17-2和重锤缆17-4不会在测轮17-1圆周轨道的凹槽内打滑(即使在电动虹吸装置18打压浮子杆8、浮子7骤然下沉时，测缆17-2和重锤缆17-4不会在测轮17-1圆周轨道的凹槽内打滑)，避免了产生测量误差。

如图5、图6所示，本实施例的电动虹吸装置18与电动截流装置19为一体化构造，它包括：电磁铁18-1、驱动杆18-2、支承轴18-3、驱动杆复位弹簧(以下称弹簧)18-4、电磁铁18-1通过支架18-5安装在盖板6上并与采集器电20连接，电磁铁18-1位于驱动杆18-2上方，驱动杆18-2通过支承轴18-3安装在盖板6上并位于浮子7、浮子杆8的上方，弹簧18-4安装在驱动杆18-2与盖板6之间，当浮子室5水位上升至“强制虹吸点”高度H_q时(强制虹吸高度H_q低于自然虹吸高度H_z)浮子7、浮子杆8处于电磁铁18-1和驱动杆18-2打压范围之内。安装在电动虹吸装置的驱动杆18-2上的一端并正对浮子室进水口的截流软胶垫19-2，截流垫19-2是软质胶垫，它安装在电动虹吸装置18的驱动杆18-2上，位于驱动杆18-2正对浮子室进水口15的一端，并正对集水漏斗的的出水口22-5。这时截流垫19-2的运动驱动装置是电动虹吸装置18的电磁铁18-1和驱动杆18-2，采集控制器20只需驱动电磁铁18-1就可以同时完成打压浮子7下沉产生强制虹吸排水和截断浮子室进水口15通道的任务，将虹吸期间的降水截流在集水漏斗内。

如图2所示，本实施例的采集器20包括：中央处理单元——完成信息处理、驱动单元的控制，包括微处理器、内存、内部时钟、固化程序等，

采样单元——信息采集输入接口，完成传感器输出信号的变换，

时钟单元——降水信息的时标，

驱动控制单元——接受中央处理单元的指令，完成驱动对象的功率驱动，

辅助电路单元——信息采集器必备的其它功能电路，包括：值守电路、电源变换、稳压电路、显示单元电路、功能键电路等，

输出接口——将降水信息输出至记录、读出装置；

中央处理单元内部与采样单元、时钟单元、驱动控制单元、辅助电路单元、输出接口连接；采样单元与水位传感器连接；驱动控制单元与电动截流装置、电动虹吸装置连接；输出接口与固态记录器连接。采集器是传感器信息(降水过程信息)采集器又是电动虹吸装置、电动截流装置的驱动控制装置；本实施例的记录器是半导体固态存贮器用于采集、存贮降水过程信息，其输入端与采集器的输出接口电连接，其输出端可与外部通信机或移动存贮单元电连接。其性能参数从中华人民共和国行业标准《水文数字固态存贮器收集系统通用技术条件SL/T149-95》已知；当采集器的中央处理单元内的存贮单元(内存)容量足够大时，也可以将降水过程信息存贮在内存中，省略记录器；本实施例安装了翻斗式感雨器22，感雨器22由翻斗22-1、干簧管22-2、永磁体22-3组成，翻斗22-1通过支承轴22-4水平安装在集水罐4的两个直立臂上，集水罐4的出水口22-5正对截流垫19-2，干簧管的电触点输出端与采集器20的采样单元20-2电连接，翻斗的感量小于等于0.1mm降水量，降水时雨水通漏咀3流入翻斗22-1，当降水量达到翻斗感量时翻斗即翻转一次，通过干簧管22-2发出通、断电信号，唤醒采集器20瞬间(毫秒级)通电工作。

本发明实施例的工作过程为未降水时，正常情况下仪器处于休眠状态，浮子7正常飘浮于固定的水位高度上、传感器16处于静止状态、其输出电信号也不变化，当降雨开始后，承雨口1承接的雨水经滤网2、漏咀3、小漏斗4注入感雨器，当降水量达到感雨器感量时，感雨器立即发出信号唤醒休眠状态下的采集器20、传感器16工作，并即刻采集传感器16输出值作为降雨开始的起始值、同时采集对应时刻作为降雨开始时间；降水流入浮子室5后推动浮子上升，浮子7通过耦合装置17带动传感器16同步运动输出对应电信号，只要降水不停，感雨器就不间断地工作，每当感雨器动作一次，就自动唤醒采集器20、传感器16瞬间工作采集对应的传感器16输出值H_t(浮子室水柱高)和对应时间值并且与设定的强制虹吸打压高度值H_q相比较，判断测量值H_t是否大于等于强制虹吸高度值H_q，直至传感器输出值H_t≥H_q，只要传感器16输出值H_t未达到强制虹吸点高度H_q就反复执行上述步骤，直至传感器输出值H_t大于等于H_q时采集器20的中央处理单元立刻采集对应的H_t高度和对应时间，并指令驱动控制单元驱动电动截流装置动作截断浮子室进水通路，并同时驱动电动虹吸装置18的电磁铁18-1、驱动杆18-2动作打压浮子杆8、浮子7骤然下沉，使浮子室5水柱高度骤然上升至最高点H_max高度(H_max＞H_z)，随机产生强制虹吸排水效应，当虹吸排水发生后，中央处理单元连续地或每间隔0.5～1秒指令采样单元采集传感器输出值，并将该值与虹吸零点值H₀相比较判断该值是否稳定到达最低水位点(即判断虹吸过程是否结束)，只要虹吸过程不结束就重复执行上述步骤，直至虹吸过程结束；当虹吸过程结束后，采集器20采集并记录该水位值和对应时刻作为下一时段降水过程测量的起始值；上述过程结束后采集器20驱动电动截流装置19、电动虹吸装置18复位，使被截流的降水流入浮子室5，这部分降水量作为虹吸过程开始时刻之后的降水量计入到总降水量当中，此后仪器重复循环以上过程直至降水过程结束；上述过程中采集器不断地将采集信息传送给记录器21，实现了虹吸雨量计的电子自动测量、记录。

实施例II

如图10、图4所示，本发明所述的电子虹吸雨量计另一种实施例，其传感器为直线运动形式、电动截流装置为电动阀门并且无感雨器，实施例II与实施例I的区别在于：实施例II的传感器是直线运动式位移传感器16-2，传感器16-2直立安装在盖板6上，连接传感器16-2和浮子杆8的水位测量机械耦合装置是浮子杆8的延长杆17-5，延长杆17-5通过锁紧装置17-6与直线运动传感器的垂直滑动杆相连接，当浮子室5的水位升降变化时浮子7带动浮子杆8和直线机械耦合装置延长杆17-5和传感器16-2的直线运动部件同步升降变化，即可输出与浮子室水位高(降水量)相对应的电信号；本实施例的电动强制虹吸驱动器是电磁铁18-1，电磁铁18-1通过支架18-5安装在传感器的上方，并位于延长杆17-5和直线运动传感器的滑动部分的正上方，电磁铁18-5与采集器20的驱动控制单元20-4电连接。如图7、图8所示，本实施例的电动截流装置为独立的电动阀门19-1，阀门19-1安装在集水漏斗4与盖板6之间，阀门19-1的出水口正对浮子室进水口15，阀门19与采集器20的驱动控制单元20-4电连接，阀门19-1为常开状态保持水路畅通，当强制虹吸发生时，采集器20驱动阀门19-1关闭，将虹吸排水期间截流的降水截流在集水漏斗4内。本实施例II与实施例I的工作流程基本相同，其区别在于：传感器的运动方式不同、电动截流装置的形式不同、并且不安装感雨器。因本实施例不安装感雨器，应当给仪器长期充电或给仪器频繁地、不间断地加电(至少每0.5秒要自动加电1次)，即使在非降水日也要采取这种供电方式，因此所需供电电源的容量较大，才能保证仪器长年正常工作。

综上所述，本发明电子虹吸式雨量计的实施例I、实施例II以水位传感器16、耦合装置17、电动强制虹吸装置18、电动截流装置19、采集器20、固态记录器21取代了公知技术的笔档、记录笔、记录纸、自记钟走纸机构、贮水瓶和雨量杯，实现了降水过程信息的电子自动测量、自动存贮收集，且本发明电子虹吸式雨量计的虹吸排水发生过程是强制虹吸排水过程，能有效地克服了“滴流”现象，也不会发生漏记虹吸期间降水量的问题，同时也克服了公知虹吸雨量计固有的虹吸不可靠、走纸记录周期短、仪器安装调整复杂、需反复调整虹吸管高度、校正零点和虹吸点、虹吸管需经常清洗、维护、降水量测量准确度需人工考证，测站需有人驻守、无电信号输出、不能自动报信等诸多缺点与不足之处。

Claims (8)

1、一种电子虹吸式雨量计，包括：承雨口(1)、滤网(2)、漏咀(3)、集水漏斗(4)、浮子室(5)、浮子室盖板(简称盖板)(6)、浮子(7)、浮子杆(8)、虹吸管(9)、支架(10)、水平泡(11)、调平装置(12)、壳体(13)、底座(14)，承雨口(1)水平安装在壳体(13)的顶端；滤网(2)安装在承雨口(1)的中心；漏咀(3)安装在承雨口(1)的底部；集水漏斗(4)安装在漏咀(3)和浮子室(5)的进水口(15)之间，浮子室(5)通过支架(10)安装在底座(14)上；盖板(6)水平安装在浮子室(5)顶部；浮子(7)位于浮子室(5)内、浮子杆(8)与浮子(7)相连接；虹吸管(9)安装在浮子室(5)的侧壁上；水平泡(11)、调平装置(12)、壳体(13)安装在底座(14)上；其特征在于：还包括在漏咀(3)、浮子室(5)之间设有用于测量降水量的水位传感器(以下称传感器)(16)、用于连接传感器(16)和浮子(7)、浮子杆(8)的水位测量机械耦合装置(以下称耦合装置)(17)、用于打压浮子(7)、浮子杆(8)的电动虹吸装置(18)、用于截断水路通道的电动截流装置(19)；降水过程信息采集控制器(以下称采集器)(20)、用于记录降水过程信息的固态存贮收集单元(以下称记录器)(21)，传感器(16)安装在盖板(6)上，并通过耦合装置(17)与浮子杆(8)、浮子(7)连接；电动虹吸装置(18)安装在盖板(6)上，并且位于浮子(7)、浮子杆(8)的正上方，当浮子(7)、浮子杆(8)位于虹吸点高度时浮子(7)、浮子杆(8)处于电动虹吸装置(18)有效打压范围之内；电动截流装置(19)安装在漏咀(3)、浮子室进水口(15)之间；采集器(20)安装在盖板(6)上，并与传感器(16)、电动虹吸装置(18)、电动截流装置(19)电连接且与供电电源连接；记录器(21)安装在盖板(6)上并与采集器(20)、供电电源电连接。

2、根据权利要求1的电子虹吸雨量计，其特征在于：所述的传感器(16)的运方式是旋转运动式位移传感器(16-1)，或是直线运动式位移传感器(16-2)，传感器(16)的类型是光电、磁感应、容栅类或电感、磁滞线、电容、电阻类；其输出信号是数字全量型、脉冲增量型或电流、电压型。

3、根据权利要求1的电子虹吸雨量计，其特征在于：所述的耦合装置(17)是由双轨道测轮(17-1)、测缆(17-2)、重锤(17-3)、重锤缆(17-4)组成的旋转式水位测量耦合装置，或是与浮子杆(8)连接的垂直运动式水位测量耦合装置(17-5、17-6)。

4、根据权利要求1的电子虹吸雨量计，其特征在于：所述的电动虹吸装置(18)包括电磁铁(18-1)、驱动杆(18-2)，支承轴(18-3)、复位弹簧(18-4)、电磁铁(18-1)通过支架(18-5)安装在盖板(6)上并与采集器(20)电连接，驱动杆(18-2)通过支承轴(18-3)安装在盖板(6)上并位于浮子(7)、浮子杆(8)的上方，复位弹簧(18-4)安装在驱动杆(18-2)与盖板(6)之间，当浮子室水位上升至“强制打压高度范围”H_q时浮子(7)、浮子杆(8)处于电磁铁(18-1)、驱动杆(18-2)打压范围之内。

5、根据权利要求1的电子虹吸雨量计，其特征在于：所述的电动截流装置(19)是独立的电动阀门(19-1)，或是安装在电动虹吸装置的驱动杆(18-2)的一端并正对浮子室进水口(15)的截流软胶垫(19-2)，当电动截流装置(19)是独立的电动阀门(19-1)时，它安装在漏咀(3)、集水漏斗(4)之间，或者安装在集水漏斗(4)、浮子室进水口(15)之间。

6、根据权利要求1的电子虹吸雨量计，其特征在于：所述的采集器(20)包括：中央处理单元(20-1)、采样单元(20-2)、时钟单元(20-3)、驱动控制单元(20-4)、辅助电路单元(20-5)、输出接(20-6)；中央处理单元(20-1)内部与采样单元(20-2)、时钟单元(20-3)、驱动控制单元(20-4)、辅助电路单元(20-5)、输出接口(20-6)电连接；采样单元(20-2)与传感器(16)电连接；驱动控制单元(20-4)与电动虹吸装置(18)、电动截流装置(19)电连接；输出接口(20-6)与记录器(21)电连接。

7、根据权利要求1的电子虹吸雨量计，其特征在于：所述的记录器(21)是半导体固态存贮器，其输入端与采集器的输出接口(20-6)电连接、输出端与外部通信机或移动存贮单元电连接，当采集器(20)的中央处理单元(20-1)内的存贮单元(内存)容量足够大时，或者将降水过程信息存贮在内存中省略记录器(21)。

8、根据权利要求1的电子虹吸雨量计，其特征在于：在漏咀(3)和浮子室进水口(15)之间安装用于感测降水有无的感雨器(22)，感雨器(22)的信号输出端与采集器(20)电连接，其感雨形式是翻斗干簧管式、或电极式或电感、电容式，其感量≤0.1mm降雨量。

Images