CN105301673A - 数字式水面蒸发自动站 - Google Patents

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姜松燕
孙志平
崔恩贵
王俊杰
李书月
田斌
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Abstract

本发明提供了一种数字式水面蒸发自动站，其特征在于：包括采集装置、蒸发器、补水装置和控制装置。本数字式水面蒸发自动站的完全实现了数字监控，其通信接口能与各种通信机联接实现远程自动遥测。可自动采集处理蒸发、溢流、降水数据并完成蒸发器自动补水、溢流量自动控制，实现水面蒸发、降水过程的高精度在线测量。适用于装备水文、气象、科研、军事等领域各种类型的测站。

Description

数字式水面蒸发自动站
技术领域
本发明涉及水文观测领域，具体地说，是涉及一种数字式水面蒸发自动站。
背景技术
水面蒸发量是我国水文水资源、气象观测的重要指标，水面蒸发量的定义是：大地标准水平面在无风浪条件下水位下降高度值即蒸发量。蒸发量的多少直接影响到农作物的生长和收成。依据中华人民共和国水利电力部《水面蒸发观测规范》SD265-88相关要求，目前，传统的蒸发站存在精度不高，人力资源浪费等情况，同时不能在线测量、自动化程度低。
发明内容
本发明的目的在于克服上述传统技术的不足之处，提供一种自动观测水面蒸发、降水过程，以及自动控制的高精度数字式水面蒸发自动站。
本发明的技术方案是：
数字式水面蒸发自动站，其特征在于：包括
采集装置，包括雨量传感器、溢流量传感器和蒸发传感器；
蒸发器，包括蒸发桶，蒸发桶上部连通有溢流排水管，蒸发桶下部连通有蒸发静水管，溢流排水管与溢流量传感器连接，蒸发静水管与蒸发传感器连接；
补水装置，包括与蒸发桶连通的补水管，补水管与蒸发桶连通的位置位于溢流排水管和蒸发静水管之间；
控制装置，用于控制各部件工作和处理数据；
蒸发器在E601B型标准蒸发器的基础上改进，蒸发桶用白色玻璃钢制作，其口径为618mm，器口面积为3000cm2，蒸发桶高度为68.7cm，蒸发桶的安装要求与人工测站完全一样，蒸发桶器口距地面高度为30cm，器口以下7.5cm为水位标志线。
雨量传感器01型数字式雨量传感器为降水量观测器具，采用红外光学检测原理，它比其他技术的雨量计更为坚固耐用，敏感和可靠。该传感器极其敏感，不受其他因素干扰。不受雨水冲撞和可以移动中测量雨量。没有裸露部件，内部导体不会因接触水而腐蚀，完全密封不会进水。不会因为落叶或其他杂物影响雨量的测量，计量产生的脉冲信号经过信号滤波、光电隔离电路后送到控制装置的信号采集端，该信号再次经过控制装置内部的软件信号过滤、信号验证后固化雨情信息到存储器；
一种具体优化方案，溢流量传感器包括第一溢流桶、第二溢流桶、溢流测量探针和驱动溢流测量探针在第一溢流桶内上下来回往复运动的第一驱动装置，第一溢流桶上部与溢流排水管远离蒸发桶的一端相连通，第一溢流桶下部通过出水管与第二溢流桶连通，溢流排水管上设有进水电动阀，出水管上设有出水电动阀和溢流电机。
溢流量传感器安装在蒸发桶东侧约3米处，当蒸发桶溢流后，溢流的水会顺着导管进入控制箱内的第一溢流桶，当第一溢流桶桶满后，记录当前溢流量，关闭进水电动阀，打开出水电动阀，将水放掉，放掉后，关闭出水电动阀，打开进水电动阀，再次计量，到测量时间时，采集装置和控制装置会测量桶内水量然后跟前期累积的溢流量相加，得到总的溢流量。
一种具体优化方案，第一驱动装置包括固定座、高精度步进电机和丝杆，高精度步进电机与固定座上部固定连接，丝杆上端与高精度步进电机的输出轴连接，丝杆上螺纹连接有连接件，连接件与固定座滑动连接，连接件与溢流测量探针固定连接。
丝杆导程为4mm，步进电机为0.9度，测量步进精度为0.01mm，控制装置通过驱动单元控制步进电机行走，当接触水面后返回，并记录行程，存储。
一种具体优化方案，蒸发传感器包括蒸发测量探针和驱动蒸发测量探针在蒸发静水管内上下来回往复运动的第二驱动装置。
蒸发传感器安装在蒸发桶的东或西侧300cm处，蒸发静水管与蒸发桶相连接形成连通器。当蒸发桶水面蒸发使桶内水面高度下降时，蒸发静水管水面高度也同步下降，到每天测量时间时蒸发传感器的探针可将水面下降值(即蒸发量)输出。蒸发传感器与蒸发桶呈连通器方式连接，在蒸发过程中，蒸发静水管中的水将流向蒸发桶，当蒸发桶水面实际蒸发量为0.1mm时，表示实际蒸发量为0.1mm。
一种具体优化方案，第二驱动装置包括固定座、高精度步进电机和丝杆，高精度步进电机与固定座上部固定连接，丝杆上端与高精度步进电机的输出轴连接，丝杆上螺纹连接有连接件，连接件与固定座滑动连接，连接件与蒸发测量探针固定连接。
一种具体优化方案，补水装置包括自动补水桶，自动补水桶进水口与自来水管连通，出水口与补水管连通，补水管上设有电磁阀。
自动补水桶安装在蒸发桶的正东方向3.5米以外的地方，自动补水桶为浮球式自动补水桶，其容积约为30-40升，自动补水桶的出水口高度应高于蒸发桶水位标志线0.5m以上，当蒸发桶水面因蒸发降低至水面标志线以下10cm后，电磁阀在“规范”规定的时间内受控打开，给蒸发桶补水至正常水位标志线高度后关闭。
一种具体优化方案，控制装置包括电源、存储器和处理器，存储器和处理器分别与电源电连接，存储器和处理器电连接，处理器分别与进水电动阀、出水电动阀和电磁阀电连接。
控制装置可安装于现场或观测室内，可依照设定程序自动采集各传感器信息，判断蒸发桶、雨量桶及溢流桶总水位高度及其变化量，完成溢流量测量、蒸发量计算、系统测量准确度校准及蒸发、降雨过程显示、数据传输等，并通过控制相关电磁阀的启、闭，完成溢流开始、溢流传感器排水和蒸发桶补水等工作，实现降雨过程、蒸发过程的在线测量。采集控制装置通过GPRS通讯设备将测量数据实时传送至上位处理设备。处理器为单片机等装置。
一种具体优化方案，蒸发桶外周向设有水圈，水圈包括若干个弧形水槽，多个弧形水槽之间相互连通。
水圈中的水面高度与蒸发桶水面高度基本一致，其总面积约为5000cm2，水圈上缘的高度低于蒸发桶器口5～6cm。
一种具体优化方案，补水管安装在蒸发桶自器口以下65cm处。
一种具体优化方案，蒸发静水管安装在蒸发桶与补水管的安装口下方20cm处。
本数字式水面蒸发自动站的完全实现了数字监控，其通信接口能与各种通信机联接实现远程自动遥测。可自动采集处理蒸发、溢流、降水数据并完成蒸发器自动补水、溢流量自动控制，实现水面蒸发、降水过程的高精度在线测量。适用于装备水文、气象、科研、军事等领域各种类型的测站。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。
附图说明
图1是本发明数字式水面蒸发自动站的布局示意图；
图2是蒸发器的结构示意图。
具体实施方式
实施例1：如图1和图2所示，数字式水面蒸发自动站，包括
采集装置，包括雨量传感器7、溢流量传感器和蒸发传感器；
蒸发器，包括蒸发桶2，蒸发桶2上部连通有溢流排水管3，蒸发桶2下部连通有蒸发静水管5，溢流排水管3与溢流量传感器连接，蒸发静水管5与蒸发传感器连接；
补水装置，包括与蒸发桶2连通的补水管4，补水管4与蒸发桶2连通的位置位于溢流排水管3和蒸发静水管5之间；
控制装置，用于控制各部件工作和处理数据；
溢流量传感器包括第一溢流桶12、第二溢流桶6、溢流测量探针10和驱动溢流测量探针10在第一溢流桶12内上下来回往复运动的第一驱动装置，第一溢流桶12上部与溢流排水管3远离蒸发桶2的一端相连通，第一溢流桶12下部通过出水管19与第二溢流桶6连通，溢流排水管3上设有进水电动阀17，出水管19上设有出水电动阀16和溢流电机15。
第一驱动装置包括固定座、高精度步进电机和丝杆，高精度步进电机与固定座上部固定连接，丝杆上端与高精度步进电机的输出轴连接，丝杆上螺纹连接有连接件，连接件与固定座滑动连接，连接件与溢流测量探针10固定连接。
蒸发传感器包括蒸发测量探针13和驱动蒸发测量探针13在蒸发静水管5内上下来回往复运动的第二驱动装置。
第二驱动装置包括固定座、高精度步进电机和丝杆，高精度步进电机与固定座上部固定连接，丝杆上端与高精度步进电机的输出轴连接，丝杆上螺纹连接有连接件，连接件与固定座滑动连接，连接件与蒸发测量探针13固定连接。
补水装置包括自动补水桶14，自动补水桶14进水口与自来水管连通，出水口与补水管4连通，补水管4上设有电磁阀18。
控制装置包括电源、存储器和处理器11，存储器和处理器11分别与电源电连接，存储器和处理器11电连接，处理器11分别与进水电动阀17、出水电动阀16和电磁阀18电连接。电源包括电池9和充电控制器8，可充电和蓄电。
蒸发桶2外周向设有水圈，水圈包括若干个弧形水槽1，多个弧形水槽1之间相互连通。本实施例中弧形水槽1为四个。
补水管4安装在蒸发桶2自器口以下65cm处。
蒸发静水管5安装在蒸发桶2与补水管4的安装口下方20cm处。应当理解的是，本文中表述的数字均允许一定意义上的偏差，而非严格数学意义上的数值。
本数字式水面蒸发自动站具有以下多种功能：
自动采集蒸发传感器、雨量传感器7和溢流量传感器的各种输出信号；
计算每日蒸发量，统计累计降雨量和蒸发量；
控制蒸发桶2的自动补水和自动溢流；
有充分的输出接口，便于各种传输和通信；
具有极强的存储、计算、报表等。
本数字式水面蒸发自动站的蒸发、溢流分辨率不大于0.01mm，雨量传感器7分辨率不大于0.1mm，在高温高湿、风浪、沙尘环境下，能稳定、可靠地工作。
采集计量公式：
蒸发量＝昨日水位+雨量-溢流量-今日水位。

Claims (10)

1.数字式水面蒸发自动站，其特征在于：包括
采集装置，包括雨量传感器(7)、溢流量传感器和蒸发传感器；
蒸发器，包括蒸发桶(2)，蒸发桶(2)上部连通有溢流排水管(3)，蒸发桶(2)下部连通有蒸发静水管(5)，溢流排水管(3)与溢流量传感器连接，蒸发静水管(5)与蒸发传感器连接；
补水装置，包括与蒸发桶(2)连通的补水管(4)，补水管(4)与蒸发桶(2)连通的位置位于溢流排水管(3)和蒸发静水管(5)之间；
控制装置，用于控制各部件工作和处理数据。
2.根据权利要求1所述的数字式水面蒸发自动站，其特征在于：溢流量传感器包括第一溢流桶(12)、第二溢流桶(6)、溢流测量探针(10)和驱动溢流测量探针(10)在第一溢流桶(12)内上下来回往复运动的第一驱动装置，第一溢流桶(12)上部与溢流排水管(3)远离蒸发桶(2)的一端相连通，第一溢流桶(12)下部通过出水管(19)与第二溢流桶(6)连通，溢流排水管(3)上设有进水电动阀(17)，出水管(19)上设有出水电动阀(16)和溢流电机(15)。
3.根据权利要求2所述的数字式水面蒸发自动站，其特征在于：第一驱动装置包括固定座、高精度步进电机和丝杆，高精度步进电机与固定座上部固定连接，丝杆上端与高精度步进电机的输出轴连接，丝杆上螺纹连接有连接件，连接件与固定座滑动连接，连接件与溢流测量探针(10)固定连接。
4.根据权利要求1所述的数字式水面蒸发自动站，其特征在于：蒸发传感器包括蒸发测量探针(13)和驱动蒸发测量探针(13)在蒸发静水管(5)内上下来回往复运动的第二驱动装置。
5.根据权利要求4所述的数字式水面蒸发自动站，其特征在于：第二驱动装置包括固定座、高精度步进电机和丝杆，高精度步进电机与固定座上部固定连接，丝杆上端与高精度步进电机的输出轴连接，丝杆上螺纹连接有连接件，连接件与固定座滑动连接，连接件与蒸发测量探针(13)固定连接。
6.根据权利要求2所述的数字式水面蒸发自动站，其特征在于：补水装置包括自动补水桶(14)，自动补水桶(14)进水口与自来水管连通，出水口与补水管(4)连通，补水管(4)上设有电磁阀(18)。
7.根据权利要求6所述的数字式水面蒸发自动站，其特征在于：控制装置包括电源、存储器和处理器(11)，存储器和处理器(11)分别与电源电连接，存储器和处理器(11)电连接，处理器(11)分别与进水电动阀(17)、出水电动阀(16)和电磁阀(18)电连接。
8.根据权利要求1所述的数字式水面蒸发自动站，其特征在于：蒸发桶(2)外周向设有水圈，水圈包括若干个弧形水槽(1)，多个弧形水槽(1)之间相互连通。
9.根据权利要求1-8其中之一所述的数字式水面蒸发自动站，其特征在于：补水管(4)安装在蒸发桶(2)自器口以下65cm处。
10.根据权利要求1-8其中之一所述的数字式水面蒸发自动站，其特征在于：蒸发静水管(5)安装在蒸发桶(2)与补水管(4)的安装口下方20cm处。
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