CN103955010B - 便携式自动校核仪 - Google Patents

Abstract

一种便携式自动校核仪，包括储水容器、主控电路板、直流电机、微型计量泵，PC机，？PC机连接主控电路板，主控电路板连接直流电机，直流电机连接微型计量泵，微型计量泵的进水口与储水容器连接。本发明一种便携式自动校核仪，可根据用户设定的雨强大小和总雨量自动进行从进水、排水、雨量计数、数据分析到检定结果输出，这一完整的校核流程。并且校核全过程完全由程序控制自动进行，无需人工干预，率定精度也比传统的人工使用量杯的方法大大提高。

Description

便携式自动校核仪

技术领域

本发明一种便携式自动校核仪，用于翻斗式雨量传感器的校核。

背景技术

在水情测报系统中，翻斗式雨量传感器广泛应用于遥测站中，采集水雨情数据，通过遥测站信道发送给中心站，由中心站的软件系统进行分析、评估，为运行管理人员提供决策依据。这些原始雨水情数据的准确性对决策的正确与否至关重要。目前，绝大部分水情测报系统的遥测站采用的是翻斗式雨量传感器，由于遥测站安装在野外，受温度变化、灰尘等一些外界条件影响，翻斗式雨量传感器在运行一段时间后测量误差会发生变化。因此，要求运行维护人员定期对雨量传感器进行误差检定工作，对误差不满足使用要求的传感器进行校准或更换，以确保雨量数据测量的准确度。

目前，针对翻斗式雨量传感器的检定有两种方法，一是人工检定法：人工采用标准量杯，量取一定体积的水，给雨量传感器注水，注水的同时人工记录传感器测量值，待注水完毕后和标准值对比，计算出雨量传感器的误差，绝大部分水情测报系统采用的是这种方法。二是采用加液器产品，这种加液器可按设定的雨强大小和总雨量完成自动进水和排水功能，但不包括雨量计数、数据分析和检定结果输出功能。

上述两种检定方法，均存在一些缺点和不足。方法一存在以下缺点和不足：a）人工操作，繁杂费时，占用人力。同时，人工取水、读数均存在误差，精确度差；b）人工注水前后速度不一致、注水时间长度不稳定，无法模拟雨强强度，雨强大小不可控。方法二存在以下缺点和不足：a）、目前，市场上的加液器产品功耗普遍偏大，需要采用交流供电，而绝大部分遥测站安装在野外，无交流供电条件；b）、目前，市场上的加液器产品体积大，重量重，不方便携带；c）、此外现有加液器产品的排水不匀速，不包含雨量计数、数据分析和检定结果输出打印等功能，软件功能不全面。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种便携式自动校核仪，可根据用户设定的雨强大小和总雨量自动进行从进水、排水、雨量计数、数据分析到检定结果输出，这一完整的校核流程。并且校核全过程完全由程序控制自动进行，无需人工干预，率定精度也比传统的人工使用量杯的方法大大提高。

本发明采取的技术方案为：一种便携式自动校核仪，包括储水容器、主控电路板、直流电机、微型计量泵，PC机，PC机连接主控电路板，主控电路板连接直流电机，直流电机连接微型计量泵，微型计量泵的进水口与储水容器连接。

所述主控电路板设有单簧、双簧雨量传感器接口，所述主控电路板直接通过雨量计信号线连接翻斗式雨量传感器，所述微型计量泵的出水口连接翻斗式雨量传感器。

所述PC机通过RS-232总线连接主控电路板。

所述储水容器储存适量水，用于校核率定翻斗式雨量传感器。

本发明一种便携式自动校核仪，有益效果如下：

1、精确度高，校核仪排水量由高精度的微型计量泵、和高精度直流步进电机控制，主控电路板调整好直流电机转速后，确保微型计量泵进水、排水流速均匀。同时，可以模拟不同雨强，设定雨量传感器分辨率，设定降雨量，全过程由电脑自动完成校核检定过程，排除了各种干扰因素和误操作可能性，确保了校核检定准确度。

2、软件功能全面，PC机操作软件可以设定不同降雨雨强值、降雨量、雨量传感器分辨率等工作参数，还可以动态显示理论排水量和实际排水量、消耗时间、率定次数，以及工作日志，计算雨量传感器误差，自动记录并保存校核检定数据。

3、自动化程度高，雨量传感器校核检定全程由PC机控制完成，自动记录、保存校核检定数据，自动计算误差。

4、直流供电，功耗低，该装置在也野外遥测站使用时，可以直接采用遥测站的蓄电池来供电，极大地方便野外遥测站雨量传感器的校核检定工作；同样也可以在室内对雨量传感器的校核检定工作。

5、体积小，质量轻，质量不足2.5公斤，方便工程人员携带。

6、本发明功耗低，可采用蓄电池直接供电。体积小，便于携带，适合在野外无交流电的环境下工作。且包含雨量计信号接口，支持单簧和双簧雨量计，可以与雨量传感器直接相连。另外，该装置可以通过RS-232串口和PC机直接相连，通过PC机操作软件，可以实时查看检定进度、自动进行检定结果存储与分析、所有操作均可通过PC机来实现。7、本发明便携式自动校核仪同样适合于室内检定翻斗式雨量传感器。

附图说明

图1为本发明便携式自动校核仪连接示意图。

图2为本发明便携式自动校核内部结构原理图。

图3为本发明模拟降雨雨强工作流程图。

图4为本发明校核率定翻斗式雨量传感器工作流程图。

具体实施方式

如图1、图2所示，一种便携式自动校核仪，包括储水容器1、主控电路板2、直流电机3、微型计量泵4，PC机5，PC机5连接主控电路板2，主控电路板2连接直流电机3，直流电机3连接微型计量泵4。

PC机5包括操作软件，所述操作软件可以在WINDOWS系统中运行，包含一套校核率定程序，和主控电路板2通讯，可通知主控电路2发起校核率定任务，显示校核率定过程、结果，以及设置模拟降雨雨强、总降雨量、雨量传感器分辨率等工作参数。PC机5的操作软件可以设置如下工作参数：模拟雨强、校核率定总排水量、雨量传感器类型及分辨率（也可以设置为自定义分辨率）、雨量传感器承雨口直径；同时，也可以进行相关控制命令设置，包括直流电机3转速调整，直流电机3转速方向调整，直流电机3启动与停止等。PC机5通过主控电路板2，来控制直流电机3的转速，从而控制微型计量泵4的进水和排水，来模拟实现不同降雨雨强。直流电机3与微型计量泵4通过传动轴相连，主控电路板2不断检测直流电机3的转速反馈信号，调整直流电机3的实际转速，从而精确控制微型计量泵4的进水、排水，实现对降雨雨强的精确模拟控制。

PC机5通过RS-232总线连接主控电路板2。主控电路板2带有单簧、双簧雨量传感器接口，主控电路板2可以和翻斗式雨量传感器6可以直接通过雨量计信号线6.1相连，可以实现雨量数据的采集和传输。主控电路板2根据PC机软件设置的参数，控制直流电机3的转速，直流电机3通过转动轴驱动微型计量泵4，实现进水和排水。微型计量泵4进水口和储水容器1相连、出水口4.1接至翻斗式雨量传感器6。主控电路板2可以和PC机5及翻斗式雨量传感器6通信，实现数据的采集和传输。

本发明便携式自动校核仪，采用直流工作，电压范围为10~16V，功耗低，可以直接采用遥测站的蓄电池进行供电工作。

本发明的基本方法是通过PC机5及操作软件设定模拟降雨雨强值、总降雨量、雨量传感器的分辨率等工作参数，主控电路板2读取相关数据以后，计算直流电机3目标转速，直流电机3通过传动轴控制微型计量泵4从储水容器1进水、排水；同时，主控电路板2不断检测直流电机3的转速反馈信号，获取直流电机3的实际转速，再计算目标转速与实际转速之间的差值，不断修正直流电机3控制电压，调整直流电机3的实际转速，直至等于直流电机3目标转速。直流电机3实际转速和目标转速两者误差绝对值小于直流电机3转速分辨率时视为实际转速和目标转速相等。控制微型计量泵4精确进水、排水，从而实现对降雨雨强的精确模拟控制。微型计量泵4所排水的流到翻斗式雨量传感器6承水漏斗以后，翻斗式雨量传感器6的信号线把实时排水量值传回主控电路板2，直至理论排水量的水排完，操作软件根据理论排水量和实际排水量，计算翻斗式雨量传感器6的相对误差，并自动保存率定数据。

如图3所示，采用本发明一种便携式自动校核仪的降雨雨强模拟方法，步骤如下：

A）、模拟特定降雨雨强开始，系统进行初始化，同时直流电机3转速清零、直流电机3转速校核次数清零。

B)、根据PC机5设定模拟雨强大小，主控电路板2选择对应的直流电机3转速，直流电机3通过传动轴，驱动微型计量泵4进水、排水。

C)、主控电路板2不断检测直流电机3的转速反馈信号，根据直流电机3的转速反馈信号计算直流电机3的实际转速。

D)、计算直流电机3实际转速与目标转速的差值，如果该差值小于直流电机3最小转速的分辨率，则该校核仪当前的排水量为模拟降雨雨强值，模拟雨强结束，执行步骤G）；否则，根据实际转速与目标转速的差值，及直流电机3转速与控制电压的线性关系，增大或者调小直流电机3的控制电压，重新输出控制电压给直流电机3。同时，直流电机3转速校核次数+1。

E)、如果直流电机3转速校核次数小于等于5次，则返回步骤C），重新执行C）、D）步骤。

F)、如果直流电机3校核次数大于5次，同时直流电机3的实际转速与目标转速的值大于直流电机3的最小分辨率，则模拟雨强失败，执行步骤G）。

G）模拟雨强结束。

如图4所示，采用本发明一种便携式自动校核仪的翻斗式雨量传感器6检测方法，步骤如下：

1）、按照图1所示，连接PC机5，校准仪主机，翻斗式雨量传感器6等设备，并给储水容器1加适量水，一般为储水容器1的1/2左右。

2）、给PC机5、校准仪主机通电，启动操作软件。

3）、在PC机5操作软件中，设置雨量传感器分辨率、模拟雨强等参数，并启动检测程序。以下步骤4）~11）均为PC机5控制自动完成。

4）、主控电路板2发出指令，使直流电机3开始启动，驱动微型计量泵4进水、排水，雨强模拟过程具体见附图4说明。同时，主控电路板2开始计算翻斗式雨量传感器6的理论翻斗次数，将直流电机3转动圈数清零。

5）、检查雨量传感器翻斗是否有变化，如有变化则统计雨量传感器翻斗次数，再执行步骤6）；否则，主控电路板2再次检查翻斗式雨量传感器6的雨量信号，如果一直检测不到雨量信号，则操作软件“日志显示区”会提示“雨量信号检测故障”，雨量传感器校核失败，执行步骤11）。

6）、翻斗式雨量传感器6翻斗次数是否达到理论翻斗次数，如果没有，则执行步骤5）；否则执行步骤7）。

7）、记录当前的直流电机3转动圈数，直流电机3和微型计量泵4停止工作。

8）、根据直流电机3的转动圈数，计算微型计量泵4的实际排水量，转化为实际的降雨量。

9）、根据实际降雨量和理论降雨量差值，计算雨量传感器的相对误差。

10）、操作软件自动弹出校核结果，同时保存校核过程的所有数据。

11）、雨量传感器校核检测结束。

在雨量传感器校核过程中，为了防止雨量传感器量筒、翻斗淤堵等对校核的影响，在校核之前，需要对雨量传感器量筒、翻斗进行清洗。

Claims (2)

1.一种降雨雨强控制方法，其特征在于，包括一种便携式自动校核仪，该自动校核仪包括储水容器（1）、主控电路板（2）、直流电机（3）、微型计量泵（4），PC机（5），PC机（5）连接主控电路板（2），主控电路板（2）连接直流电机（3），直流电机（3）连接微型计量泵（4），微型计量泵（4）的进水口与储水容器（1）连接；所述主控电路板（2）设有单簧、双簧雨量传感器接口，所述主控电路板（2）直接通过雨量计信号线连接翻斗式雨量传感器（6），所述微型计量泵（4）的出水口连接翻斗式雨量传感器（6）；

降雨雨强控制方法包括以下步骤：

步骤1、模拟特定降雨雨强开始，PC机（5）系统进行初始化，同时直流电机（3）转速清零、直流电机（3）转速校核次数清零；

步骤2、根据PC机（5）设定模拟雨强大小，主控电路板（2）选择对应的直流电机（3）转速，直流电机（3）通过传动轴驱动微型计量泵（4）进水、排水；

步骤3、主控电路板（2）不断检测直流电机（3）的转速反馈信号，根据直流电机（3）的转速反馈信号计算直流电机（3）的实际转速；

步骤4、计算直流电机（3）实际转速与目标转速的差值，如果该差值小于直流电机（3）最小转速的分辨率，则当前的排水量为模拟降雨雨强值，模拟雨强结束，执行步骤7）；否则，根据实际转速与目标转速的差值，及直流电机（3）转速与控制电压的线性关系，增大或者调小直流电机（3）控制电压，重新输出控制电压给直流电机（3），同时，直流电机（3）转速校核次数+1；

步骤5、如果直流电机（3）转速校核次数小于等于5次，则返回步骤3，重新执行步骤3、4；

步骤6、如果直流电机（3）校核次数大于5次，同时直流电机（3）的实际转速与目标转速的值大于直流电机（3）的最小分辨率，则模拟雨强失败，执行步骤7；

步骤7、模拟雨强结束。

2.一种翻斗雨量传感器检测方法，其特征在于，包括一种便携式自动校核仪，该自动校核仪包括储水容器（1）、主控电路板（2）、直流电机（3）、微型计量泵（4），PC机（5），PC机（5）连接主控电路板（2），主控电路板（2）连接直流电机（3），直流电机（3）连接微型计量泵（4），微型计量泵（4）的进水口与储水容器（1）连接；所述主控电路板（2）设有单簧、双簧雨量传感器接口，所述主控电路板（2）直接通过雨量计信号线连接翻斗式雨量传感器（6），所述微型计量泵（4）的出水口连接翻斗式雨量传感器（6）；

检测方法包括以下步骤：

步骤1、给储水容器（1）加适量水；

步骤2、给PC机（5）、主控电路板（2）通电，启动PC机（5）操作软件；

步骤3、在PC机（5）操作软件中，设置雨量传感器分辨率、模拟雨强参数，并启动检测程序；

步骤4、主控电路板（2）发出指令，使直流电机（3）开始启动，驱动微型计量泵（4）进水、排水，同时，主控电路板（2）开始计算雨量传感器的理论翻斗次数，将直流电机（3）转动圈数清零；

步骤5、检查雨量传感器翻斗是否有变化，如有变化则执行步骤6；否则，主控电路板（2）再次检查雨量传感器雨量信号，如果一直检测不到雨量信号，则PC机（5）提示雨量信号检测故障，雨量传感器校核失败，执行步骤11；

步骤6、雨量传感器翻斗数是否达到总降雨量，如果没有，则执行步骤5；否则执行步骤7；

步骤7、记录当前的直流电机（3）转动圈数，直流电机（3）和微型计量泵（4）停止工作；

步骤8、根据直流电机（3）的转动圈数，计算微型计量泵（4）的实际排水量，转化为实际的降雨量；

步骤9、根据实际降雨量和理论降雨量差值，计算雨量传感器的相对误差；

步骤10、PC机（5）操作软件自动弹出校核结果，同时保存校核过程的所有数据；

步骤11、雨量传感器校核检测结束。