CN104483718A - 一种高精度雨量测量仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高精度雨量测量仪，包括一防风防雨箱体，还包括进水机构、储水机构、测量机构和控制装置，所述进水机构包括承雨器，所述储水机构包括储水瓶，所述储水瓶的上端通过一进水口与所述承雨器相连通，所述储水瓶的底部设置有出水口；所述储水瓶的顶部设置有测量机构，所述测量机构包括高精度液位测量传感器，所述液位测量传感器精确测量所述储水瓶内水面至水底的高度，将测量结果直接输出至所述控制装置，所述控制装置出计算单位时间内液位高度变化值。与现有技术相比，本发明采用高精度传感器直接测量储水容器内水位高度，并自动换算为降水量，记录并远程发送的测量方法及仪器，测量误差极小，可靠性很高。

Description

一种高精度雨量测量仪

技术领域

本发明涉及一种测量降水量的雨量测量仪，尤其涉及一种高精度雨量测量仪。

背景技术

雨量测量仪（雨量计）是一种水文气象领域用来测量一段时间内某地区的降水量的仪器，其种类很多，常见的有虹吸式雨量计、称重式雨量计、翻斗式雨量计等等。

虹吸式雨量计由承水器、浮子室、自记钟和外壳所组成，能连续记录液体降水量和降水时数，从降水记录上还可以了解降水强度。当雨量达到一定高度时，浮子室内水面上升到与浮子室连通的虹吸管处，导致虹吸开始，迅速将浮子室内的雨水排入储水瓶，而这个过程恰恰容易造成测量的盲区，并导致降水与排水同时进行时的误差。

称重式雨量计多通过记录和测量接雨杯内的储水的重量来转换出降水量的大小。由于各地降水产生的水质存在较大差异，因而水的密度相差也很大，这无疑会导致降水量计算的误差。目前也有很多采用水底投入压力传感器来测量降水量大小的改进方法，同样会存在这样的问题。

翻斗式雨量计则是通过记录翻斗预设值和翻斗的翻转次数，并将其转化为相应的电信号输出，用于实现降水量的统计，因其方便而应用广泛。但是这种雨量计致命的问题是，当雨量大且急时，容易因为翻斗翻转不及时而造成测量的误差，可靠性较低。上述问题，亟待解决。

发明内容

本发明的任务在于克服现有技术的缺点与不足，提出一种采用高精度传感器直接测量储水容器内水位高度，并自动换算为降水量，记录并远程发送的测量方法及仪器，测量误差极小，可靠性很高。

为了解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案得以解决：一种高精度雨量测量仪，包括一防风防雨箱体，在所述箱体内的下部设置有支撑平台，在所述箱体内的上部设置有固定支架，还包括进水机构、储水机构、测量机构和控制装置，所述进水机构包括承雨器，所述承雨器设置于所述固定支架的上方；所述储水机构包括储水瓶，所述储水瓶的上端通过一进水口与所述承雨器相连通，所述进水口与所述储水瓶之间设置有进水阀门，所述储水瓶的底部设置有出水口，所述出水口与所述储水瓶之间设置有出水阀门；所述储水瓶的顶部设置有液位测量机构，所述液位测量机构包括高精度液位测量传感器，所述液位测量传感器通过分析液面反射信号得到液位测量传感器至液面间距离，精确测量所述储水瓶内水面至水底的高度，将测量结果直接输出至所述控制装置，所述控制装置出计算单位时间内液位高度变化值。

为了取得更好的技术效果，进一步的技术改进还包括，所述储水机构包括对称设置的第一储水瓶和第二储水瓶，所述第一储水瓶和所述第二储水瓶的上端通过一进水口与所述承雨器相连通，所述进水口与所述第一储水瓶之间设置有第一进水阀门，所述进水口与所述第二储水瓶之间设置有第二进水阀门；所述第一储水瓶和所述第二储水瓶的底部均设置有出水管，所述出水管与所述第一储水瓶之间设置有第一出水阀门，所述出水管与所述第二储水瓶之间设置有第二出水阀门，在该技术方案中，为安装检测机构，进水口应避开储水瓶底部中心，且需保证瓶底水平。

为了取得更好的技术效果，进一步的技术改进还包括，所述第一储水瓶和所述第二储水瓶的内垂直设置有细水管，所述细水管与所述第一储水瓶和所述第二储水瓶的底部不相连，所述细水管的直径仅能容纳所述液位测量传感器，所述液位测量传感器的探头垂直对准所述第一储水瓶和所述第二储水瓶的中心。这样设置，细水管垂直插入储水瓶底部但不与底部相连的目的是为避免急雨强雨时水注入储水瓶引起的水面波动进而导致测量误差。

为了取得更好的技术效果，进一步的技术改进还包括，所述控制装置包括控制器、存储器电路、键盘和显示电路、时钟电路、传感器接口电路、阀门控制电路、通信接口电路和电源电路，所述控制器通过实时读取所述液位测量传感器的测量值，并计算出单位时间内的降水量，结果储存于所述存储器中，通过定时发送和查询方式传送雨量信息。

为了取得更好的技术效果，进一步的技术改进还包括，在所述承雨器内设置有滤网，在所述承雨器的外侧包覆有加热器。这样设置，滤网可阻挡随雨水进入的杂物，加热器可预防雨雪天气结冰、结冻。

为了取得更好的技术效果，进一步的技术改进还包括，所述控制器为嵌入式微控制器。

为了取得更好的技术效果，进一步的技术改进还包括，所述电源采用蓄电池组供电或太阳能供电方式供电。

本发明的工作原理及降水量的计算方法如下：

工作人员可根据雨季、枯季，以及当地自然条件通过键盘预置液位测量传感器测量时间间隔Δt，测量过程中，控制器自动将上一个测量时间点读取的液位测量传感器的测量值求和，减去当前测量时间点读取的液位测量传感器的测量值之和，得到总的液位高度变化差，再乘以储水瓶横截面积，即得到在此时间间隔内的降水量变化值，根据水文测验规范，存储器记录测量时间点和该时间点前液位测量传感器测量时间间隔内的降水量变化值，并根据要求统计出每小时内降水量变化值等。

当第一进水阀门开启则关闭第二进水阀门，当第二进水阀门关闭后，连续比较三次液位测量传感器的读数，如果读数没有变化则开启第二储水瓶的第二出水阀门进行放水，当第一储水瓶对应的液位测量传感器的测量值显示已超过警戒值，或者第二出水阀门开启时间长度超过最大放水时间值时，再次连续比较两次液位测量传感器的读数，没有变化代表排水结束，此时关闭第二出水阀门。

当第二出水阀门关闭后，开启第二进水阀门，同时关闭第一进水阀门，当第一进水阀门关闭后，连续比较三次液位测量传感器的读数，如果读数没有变化则开启第一储水瓶的第一出水阀门进行放水，当第二储水瓶对应的液位测量传感器的测量值显示已超过警戒值，或者第一出水阀门开启时间长度超过最大放水时间值时，再次连续比较两次液位测量传感器的读数，没有变化代表排水结束，此时关闭第一出水阀门。

如此周而复始。在整个测量过程中，所有收集的降水均有效存贮于储水瓶内，有效解决了传统雨量计在进水和排水过程中产生的测量误差。

所述警戒值根据所选择液位测量传感器最小量程及传感器探头测量盲区值确定，为最小量程加上测量盲区值的基础上加上一个测量裕量，测量裕量的设定须大于3倍的测量时间间隔与当地历史上最大测量时间间隔内降水量的乘积，所述最大放水时间值应该在安装设备前由实验测定，实验中只需将一个储水瓶注满，开启出水阀门，记录水排尽所需时间即可。

本发明的有益效果是：该高精度雨量测量仪采用高精度传感器直接测量储水容器内水位高度，并自动换算为降水量，记录并远程发送的测量方法及仪器，测量误差极小，可靠性很高。

附图说明

图1是本发明高精度雨量测量仪的结构示意图。

图2是本发明高精度雨量测量仪的控制装置的结构框图。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

实施例1：参见图1和图2 所示，本发明高精度雨量测量仪的一种具体实施例。一种高精度雨量测量仪，包括一防风防雨箱体1，在所述箱体1内的下部设置有支撑平台11，在所述箱体1内的上部设置有固定支架12，还包括进水机构2、储水机构3、测量机构4和控制装置5，所述进水机构2包括承雨器21，所述承雨器21设置于所述固定支架12的上方，所述储水机构3包括储水瓶30，所述储水瓶30的上端通过一进水口6与所述承雨器21相连通，所述进水口6与所述储水瓶30之间设置有进水阀门60，所述储水瓶30的底部设置有出水管7，所述出水管7与所述储水瓶30之间设置有出水阀门70；所述储水瓶30的顶部设置有液位测量机构4，所述液位测量机构4包括高精度的液位测量传感器40，所述液位测量传感器40为超声波液位测量传感器，所述液位测量传感器40精确测量所述储水瓶30内水面至水底的高度，将测量结果直接输出至所述控制装置5，所述控制装置5计算出单位时间内液位高度变化值。

上述技术方案中，所述储水机构3包括对称设置的第一储水瓶31和第二储水瓶32，所述第一储水瓶31和所述第二储水瓶32的上端通过一进水口6与所述承雨器21相连通，所述进水口6与所述第一储水瓶31之间设置有第一进水阀门601，所述进水口6与所述第二储水瓶32之间设置有第二进水阀门602；所述第一储水瓶31和所述第二储水瓶32的底部均设置有出水管7，所述出水管7与所述第一储水瓶31之间设置有第一出水阀门701，所述出水管7与所述第二储水瓶32之间设置有第二出水阀门702，在该技术方案中，为安装检测机构，进水口6应避开储水瓶顶部中心，且需保证瓶底水平。

上述技术方案中，所述第一储水瓶31和所述第二储水瓶32的内垂直设置有细水管33，所述细水管6与所述第一储水瓶31和所述第二储水瓶32的底部不相连，所述细水管33的直径仅能容纳所述液位测量传感器40，所述液位测量传感器40的探头垂直对准所述第一储水瓶31和所述第二储水瓶32的中心，这样细水管6垂直插入储水瓶底部但不与底部相连的目的是为避免急雨强雨时水注入储水瓶引起的水面波动进而导致测量误差。

 上述技术方案中，所述控制装置5包括控制器、存储器电路、键盘和显示电路、时钟电路、传感器接口电路、阀门控制电路、通信接口电路和电源电路，所述控制器为所述控制器为嵌入式微控制器，通过实时读取所述液位测量传感器40的测量值，并计算出单位时间内的降水量，结果储存于所述存储器中，通过定时发送和查询方式传送雨量信息。

上述技术方案中，在所述承雨器21内设置有滤网22，在所述承雨器21的外侧包覆有加热器23。这样滤网22可阻挡随雨水进入的杂物，加热器23可预防雨雪天气结冰、结冻。

本发明高精度雨量测量仪采用蓄电池组电源方式供电。

本发明的工作原理及降水量的计算方法如下：在进行雨量测量之前，预先确定第一储水瓶31和第二储水瓶32的最大放水时间值、警戒值和液位测量传感器测量时间间隔Δt。

测定储水瓶最大放水时间值的方法是：将一个储水瓶注满，开启出水阀门，记录水排尽所需时间；

确定警戒值：在所选择液位测量传感器最小量程加上测量盲区值的基础上加上测量裕量，测量裕量须大于3倍的测量时间间隔与当地历史上最大测量时间间隔内降水量的乘积；

确定液位测量传感器测量时间间隔Δt：可根据雨季、枯季，以及当地自然条件通过键盘预置液位测量传感器测量时间间隔Δt，以江南的气候条件为例，在雨季可设定为30秒。

如图1连接安装所述雨量测量装置后，通过第一储水瓶31和第二储水瓶32下方的支撑平台11上的水平仪确认瓶底水平，矫正液位测量传感器40的探头，使其对准储水瓶底中心，确认储水瓶已排空，控制器通电初始化，并提示通过键盘设定储水瓶最大放水时间值、警戒值及液位测量传感器测量时间间隔，降水量值清零，测量开始。

首先控制器关闭第一出水阀门701和第二出水阀门702，关闭第二进水阀门602，开启第一进水阀门601，计时器计时开始，当液位测量传感器40的测量时间间隔到，连续读取两个液位测量传感器40的读数，将两值求和即为当前液位值，存储器记录当前液位值、两个液位测量传感器40的读数及当前时间；当下一个测量时间间隔到，再进行下一次数据的读取和存储，如此延续下去，即使在阀门开关切换过程中也不改变数据的按时读取和存储。（这里将安装在第一储水瓶31内的液位测量传感器40称为甲传感器，将安装在第二储水瓶32内的液位测量传感器40称为乙传感器）。

当第一储水瓶31内的甲传感器的读数超警戒值，控制器关闭第一进水阀门601，开启第二进水阀门602。当第一进水阀门601关闭后，连续比较三次甲传感器的读数，如果读数没有变化则开启第一储水瓶31的第一出水阀门701进行放水，直至第二储水瓶32对应的乙传感器的测量值显示已超过警戒值，或者第一出水阀门701开启时间长度超过最大放水时间值时，再次连续比较两次甲传感器的读数，没有变化代表排水结束，此时关闭第一出水阀门701。

当乙传感器的读数超警戒值，控制器关闭第一进水阀门602，开启第一进水阀门601。当第一进水阀门602关闭后，连续比较三次乙传感器的读数，如果读数没有变化则开启第二储水瓶32的第二出水阀门702进行放水，直至第一储水瓶31对应的甲传感器的测量值显示已超过警戒值，或者第二出水阀门702开启时间长度超过最大放水时间值时，再次连续比较两次乙传感器的读数，没有变化代表排水结束，此时关闭第二出水阀门702。

控制器按照上述方式交替控制两个储水瓶的进水阀和出水阀，实现长期、无泄漏的降水测量。

控制器除控制阀门的开启、读取液位测量传感器的测量值并进行存储外，还进行相应的数据统计工作：将每个测量时间间隔前后获得的液位值相减并乘以储水器截面积得到该测量时间间隔内的降水量；从计时起点开始各测量时间间隔内的降水量累加得到当前降水总量；此外，还可按照水文测验规范统计每小时降水总量、24小时降水总量等，在显示器上实时显示当前降水总量。

在存储器中存储的数据信息既能够定时远程发送，还能够由工作人员采取远程查询的方式了解数据信息。

为保证信息存储的有效性，一方面选用大容量的存储器，另一方面在信息保存过程中，当存储空间不够时，根据时间的先后，最新的数据信息将覆盖掉存储体中时间最早的数据信息。

实施例2：参见图1和图2 所示，本发明高精度雨量测量仪的另一种具体实施例。所述液位测量传感器40为激光液位测量传感器，整个高精度雨量测量仪采用太阳能供电方式供电，其它技术特征同实施例1。

以上列举的仅为本发明的具体实施例，显然，本发明不限于以上的实施例。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种高精度雨量测量仪，包括一防风防雨箱体（1），在所述箱体（1）内的下部设置有支撑平台（11），在所述箱体（1）内的上部设置有固定支架（12），其特征在于，还包括进水机构（2）、储水机构（3）、测量机构（4）和控制装置（5），所述进水机构（2）包括承雨器（21），所述承雨器（21）设置于所述固定支架（12）的上方，所述储水机构（3）包括储水瓶（30），所述储水瓶（30）的上端通过一进水口（6）与所述承雨器（21）相连通，所述进水口（6）与所述储水瓶（30）之间设置有进水阀门（60），所述储水瓶（30）的底部设置有出水管（7），所述出水管（7）与所述储水瓶（30）之间设置有出水阀门（70）；所述储水瓶（30）的顶部设置有液位测量机构（4），将测量结果直接输出至所述控制装置（5），所述控制装置（5）计算出单位时间内液位高度变化值。

2.根据权利要求1所述的一种高精度雨量测量仪，其特征在于，所述储水机构（3）包括对称设置的第一储水瓶（31）和第二储水瓶（32），所述第一储水瓶（31）和所述第二储水瓶（32）的上端通过一进水口（6）与所述承雨器（21）相连通，所述进水口（6）与所述第一储水瓶（31）之间设置有第一进水阀门（601），所述进水口（6）与所述第二储水瓶（32）之间设置有第二进水阀门（602）；所述第一储水瓶（31）和所述第二储水瓶（32）的底部均设置有出水管（7），所述出水管（7）与所述第一储水瓶（31）之间设置有第一出水阀门（701），所述出水管（7）与所述第二储水瓶（32）之间设置有第二出水阀门（702）。

3.根据权利要求2所述的一种高精度雨量测量仪，其特征在于，所述第一储水瓶（31）和所述第二储水瓶（32）的内垂直设置有细水管（33），所述细水管（6）与所述第一储水瓶（31）和所述第二储水瓶（32）的底部不相连，所述细水管（33）的直径仅能容纳所述液位测量传感器（40），所述液位测量传感器（40）的探头垂直对准所述第一储水瓶（31）和所述第二储水瓶（32）的中心。

4.根据权利要求1或3所述的一种高精度雨量测量仪，其特征在于，所述控制装置（5）包括控制器、存储器电路、键盘和显示电路、时钟电路、传感器接口电路、阀门控制电路、通信接口电路和电源电路，所述控制器通过实时读取所述液位测量传感器（40）的测量值，并计算出单位时间内的降水量，结果储存于所述存储器中，通过定时发送和查询方式传送雨量信息。

5.根据权利要求4所述的一种高精度雨量测量仪，其特征在于，在所述承雨器（21）内设置有滤网（22），在所述承雨器（21）的外侧包覆有加热器（23）。

6.根据权利要求4所述的一种高精度雨量测量仪，其特征在于，所述控制器为嵌入式微控制器。

7.根据权利要求4所述的一种高精度雨量测量仪，其特征在于，所述电源采用蓄电池组供电或太阳能供电方式供电。