CN105116472A - 一种基于水膜厚度传感器的雨量计 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于水膜厚度传感器的雨量计，利用已有的水膜厚度传感器，通过改进测量装置，设计了雨水收集装置，并收集雨水在雨水收集装置内形成稳定的均匀水膜，通过水膜厚度传感器对水膜厚度进行测量，并与雨量的数据模型映射，使测量的水膜厚度值反应雨强值。本发明一方面扩展了水膜厚度传感器的使用范围，另一方面，提供了一种新的雨量计，丰富了雨量计市场，完善了雨量计的功能。

Description

一种基于水膜厚度传感器的雨量计

技术领域

本发明设计雨量测量装置，尤其设计一种利用现有的微波反射式原理设计的水膜厚度传感器进行雨量测量的雨量计。

背景技术

目前，气象、水文部门使用的雨量计一般多为虹吸式雨量计或者是翻斗式雨量计。虹吸式雨量计由于虹吸过程中的降雨一并流失，所以产生流失误差，并且降雨强度越大，误差越大，由于测量装置没有电信号接口，所以无法进行自动测量和数据实时处理。翻斗式雨量计通过来回翻动两个平衡的翻斗来记录降水量，这种测雨方法操作简单，但存在小雨无反应，大雨、暴雨时误差大的问题。因为强降水时，翻斗来回翻动的频率太大，而每次翻动翻斗内都残存一点水，翻动次数越多，误差越大，且使用维护麻烦。

国外雨量计的研制由于各国的国情以及应用的场合及目的不同,产品繁多、原理各异。如日本等国研制的电极式雨量计、量子式雨量计、船舶雨量计,美国研制的光学雨雪量计、称重法雨量计、激光雨量计以及为改进天气预测和预报系统所进行的天气交互处理系统(AWIPS)和地面自动观测系统(ASOS)等。这些雨量计的特点就是价格昂贵,一般应用于特殊场合。常用的测量用雨量计主要有采用量斗计量的翻斗式雨量,采用液位计量方式的虹吸式、编码式及超声式雨量计以及光电式雨量计等。

近年来,随着传感器技术、通信技术及计算机技术的迅猛发展,雨量仪器朝着自动化、智能化的方向发展,各种集传感器、嵌入式、机电等技术的广义雨量计不断出现,特别是基于超声、微波等新型传感原理的雨量计更是成为研究的热点，这使得雨量仪器的研制水平获得了极大的提高。

发明内容

技术问题：本发明的目的是通过对水膜厚度传感器的改进研究，使其达到能够测量雨量的功能，水膜厚度传感器通过微波反射式原理测量稳定水膜的厚度，需要研究一种测量装置，使形成的水膜厚度可以反映雨量的大小，从而通过测量水膜的厚度，达到测量雨量的大小的功能。

技术方案：已有的水膜厚度传感器可以测量静止水膜的厚度，而雨量计需要测量降雨量的大小，因此，考虑到可以通过收集雨滴，并改进机械装置实现流动的均匀水膜，从而使其能够通过已有的水膜厚度传感器可以实时测量流动的均匀水膜厚度，并根据均匀水膜厚度与雨量的数据模型映射，实现对雨量的测量。水膜厚度传感器采用微波测量原理，内部微波发射器发射高频信号，接收天线接收反射回来的信号，通过微波检测器比较发射信号和反射信号的幅度相位差，最后得到水膜厚度值。对雨量收集装置进行机械设计和试验调试，使其能够对流动的雨滴形成均匀的水膜，实现流动水膜的测量。

一种基于水膜厚度传感器的雨量计，包括雨水收集装置和雨量测量装置，所述雨水收集装置顶部开口，在所述雨水收集装置底部圆周上开设有若干个进水孔1；所述雨量测量装置为一中空容器，与所述雨水收集装置底部连接；在所述雨量测量装置侧壁上与所述雨水收集装置上的进水孔1相对应的位置开设有进水渠12，所述进水渠12底部与所述雨量测量装置内部连通；所述进水孔1与所述进水渠12构成雨水的进水通道；在所述雨量测量装置侧面底部往上一定距离处开设有若干排水孔11；所述进水孔1与所述排水孔11在雨量充足且稳定的时候进出水保持一致，并在所述雨量测量装置内形成厚度稳定的水膜；在所述雨量测量装置底部安装有用于测量所述雨量测量装置内水膜厚度的水膜厚度传感器。

所述雨水收集装置为漏斗状。

所述雨水收集装置中间设有一个凸起3。

所述雨水收集装置底部圆周上开设的进水孔1为细长弧形。

所述雨水收集装置底部圆周上开设的进水孔1具有四个，并且相互对称。

所述雨水收集装置底部交错设置有凸槽4，在所述雨量测量装置顶部开设有与所述凸槽4相对应的凹槽6；所述雨水收集装置与所述雨量测量装置连接时，所述凸槽4与所述凹槽6互相配合。

在所述雨量测量装置侧面开设有若干个用于防止封闭空间形成气压差的排气孔9。

所述雨量测量装置侧面底部的排水孔11向下倾斜。

有益效果：在已有的水膜厚度传感器的基础上，对其进行改进研究，利用水膜厚度传感器的高精度测量水膜厚度的功能，通过对雨水收集装置的研发，实现对不同降雨强度的雨水收集和均匀释放，使其在雨水收集装置内形成流动的均匀水膜，通过水膜厚度传感器对水膜厚度进行测量，并与雨量的数据模型映射，从而实现了对雨量的测量，使其达到测量雨量的功能，一方面扩展了水膜厚度传感器的使用范围，另一方面，本发明提供了一种新的雨量计，丰富了雨量计市场，完善了雨量计的功能。

附图说明

图1是本发明雨量计上部分俯视图。

图2是本发明雨量计上部分仰视图。

图3、图4是本发明雨量计上部分不同剖面的剖视图。

图5是本发明雨量计上部分剖视方位图。

图6是本发明雨量计下部分俯视图。

图7是本发明雨量计下部分仰视图。

图8、图9是本发明雨量计下部分不同剖面的剖视图。

图10是本发明雨量计下部分剖视方位图。

图11、图12是本发明雨量计整体剖视图。

以上图中有：1-进水孔，2-收集漏斗壁，3-中间凸起，4-凸槽，5-进水孔，6-凹槽，7-圆柱桶壁，8-水膜传感器槽，9-排气孔，10-进水孔，11-排水孔，12-进水渠。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行进一步描述。

图1至图5是本发明上部分的示意图。如图所示，本发明基于水膜厚度传感器的雨量计上部分有四个相同的进水孔1，平均分布在圆形收集漏斗底部的圆周上，雨量计下部分有四个相同的进水孔5，平均分布在圆柱桶壁7的圆周上，上部分的四个进水孔1分别与下部分的四个进水孔5相连，构成四个进水渠12。在圆柱桶壁7四周还分别有四个相同凹槽6，平均分布在圆柱桶壁7的每两个相邻的进水孔5之间，作用是与雨量计上部分的四个凸槽4相连，连接固定上部分和下部分。

图6至图10是本发明下部分的示意图。如图所示，本发明基于水膜厚度传感器的雨量计的下部分是一个圆柱桶，在圆柱桶壁7四周分别有四个相同进水孔5，平均分布在圆柱桶壁7的圆周上，雨量计上部分的四个进水孔1分别与下部分的四个进水孔5相连，在雨量计的下部分圆柱桶壁7的圆周上开设有通到圆柱桶底部的进水渠12。进水渠12与进水孔5连接，在雨量计的下部分的圆柱桶底部侧壁上还设有四个相同的进水孔10，分别位于四个进水渠12的末端。最终使收集的雨水流入到圆柱桶底部，形成稳定的水膜，进行测量。在雨量计下部分的圆柱桶壁7靠上的部分，在相同的高度处，分别有四个圆形的排气孔9，以圆柱桶壁7的中心轴为对称轴，平均分布在圆柱桶壁7上，它的作用防止封闭空间形成气压差。在每个排气孔9的下部，都分别开设有一个相同的排水孔11，它的作用是当圆柱桶内收集的雨水达到一定高度时，均匀排出圆柱桶内的雨水。它的设计是向下倾斜的，作用是减小雨水的张力。在本发明中，排水孔11为圆柱形孔，并在雨水收集装置的圆柱桶内壁上形成椭圆形或圆形形状。其中，椭圆形或圆形最低位置为排水孔11下沿，最高位置为排水孔11上沿。

图11与图12是本发明雨量计的整体剖视图。如图所示，在圆柱桶壁7四周还分别开设有四个相同凹槽6，平均分布在圆柱桶壁7上的每两相邻的进水孔5之间，作用是与雨量计上部分的四个凸槽4相连，连接固定上部分和下部分，构成雨量收集装置。

在雨量计的底部开设有水膜传感器槽8，将现有的水膜传感器放入水膜传感器槽8内，水膜厚度传感器采用微波测量原理，内部微波发射器发射高频信号，接收天线接收反射回来的信号，通过微波检测器比较发射信号和反射信号的相位差，最后得到水膜厚度值。依赖已有的水膜传感器测量水膜厚度的技术，可以直接测得在圆柱桶底部形成的水膜的厚度值。雨量计的上部分是雨水的收集装置，它是一个漏斗状，中间有一个凸起3，它的作用是可以使收集的雨水自然流入四个进水孔1内。在漏斗的底部四周分别有四个相同的进水孔1，平均分布在圆形收集漏斗底部的圆周上，它的作用是使收集的雨水流入到雨量计的下部分，进水孔1的形状都是细长的弧形，这样的设计有利于收集的雨水均匀的流入到下部分，减缓流速，形成的比较稳定的水膜。

雨量计的测量方法分为三种情况：一、当收集的雨水在测量装置底部形成的水膜高度低于排水孔11下沿时，此时只有进水孔流入雨水，排水孔不排水，通过读取两次水膜传感器的测量值的变化值，其中读取间隔时间的固定的，可以自己设定，从而可以推算出这一时刻的雨强值，形成的水膜厚度值与雨强是相对的关系。

二、当收集的雨水在测量装置底部形成的水膜高度正好位于排水孔11下沿与排水孔11上沿之间时，此时进水孔与排水孔同时工作，进水孔进水，排水孔排水，当进水孔的进水速度与排水孔的排水速度达到相等时，形成稳定的水膜，此时雨强值与形成的水膜厚度值是单调关系，当进水速度越大，也就是雨强越大时，稳定的水膜厚度越大，可以通过测量水膜厚度值直接推算出这一时刻的雨强值，形成的水膜厚度值与雨强是绝对的关系。

三、当收集的雨水在测量装置底部形成的水膜高度高于排水孔11上沿的位置时，此时进水孔与排水孔同时工作，进水孔进水，排水孔排水。在本发明雨量计测量范围之内，随着雨量的增大，此时排水孔排水量也随之增大，最终形成稳定的水膜，此时与第二种情况类似；此时雨强值与形成的水膜厚度值是单调关系，当进水速度越大，也就是雨强越大时，稳定的水膜厚度越大，可以通过测量水膜厚度值直接推算出这一时刻的雨强值，形成的水膜厚度值与雨强是绝对的关系。

应当指出，本发明具体实施例所述的内容，仅仅是对发明构思的实现形式的列举，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种基于水膜厚度传感器的雨量计，其特征在于：包括雨水收集装置和用于测量所述雨水收集装置内水膜厚度的水膜厚度传感器，所述雨水收集装置为中空容器，其顶部开口，在所述雨水收集装置顶部上开设有若干个进水孔(1)；在所述雨水收集装置侧壁上与所述雨水收集装置上的进水孔(1)相对应的位置开设有进水渠(12)，所述进水渠(12)底部与所述雨水收集装置内部连通；在所述雨水收集装置侧壁底部往上一定距离处开设有若干排水孔(11)；所述进水孔(1)与所述排水孔(11)大小一致；所述水膜厚度传感器安装在所述雨水收集装置底部。

2.根据权利要求1所述的基于水膜厚度传感器的雨量计，其特征在于：所述雨水收集装置顶部开口为漏斗状。

3.根据权利要求1所述的基于水膜厚度传感器的雨量计，其特征在于：所述雨水收集装置顶部中间设有一个凸起(3)。

4.根据权利要求1所述的基于水膜厚度传感器的雨量计，其特征在于：所述雨水收集装置顶部上的进水孔(1)开设在顶部截面的圆周上，为细长弧形。

5.根据权利要求1所述的基于水膜厚度传感器的雨量计，其特征在于：所述雨水收集装置顶部上开设的进水孔(1)具有四个，并且相互对称。

6.根据权利要求1所述的基于水膜厚度传感器的雨量计，其特征在于：在所述雨水收集装置侧壁开设有若干个用于防止封闭空间形成气压差的排气孔(9)。

7.根据权利要求1所述的基于水膜厚度传感器的雨量计，其特征在于：所述雨水收集装置侧面底部的排水孔(11)向下倾斜。