CN106442017A - 一种基于分水盘的全天候降雨自动采样系统 - Google Patents

一种基于分水盘的全天候降雨自动采样系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于分水盘的全天候降雨自动采样系统，其结构中包括支承框架及其顶端的集雨漏斗，集雨漏斗底部通过竖管延伸至转动水道，转动水道通过传动装置与动力机构连接实现自转，转动水道下方设置分水盘，在分水盘边缘设置若干变径直通Ⅱ，变径直通Ⅱ分别承接来自转动水道末端的雨水；变径直通Ⅱ下方通过导水管连通至位于支承框架内部底端的储水瓶。本发明能够实现对不同时段内的降雨进行连续分布式采集，为降雨自动采样的网络化建设提供完整的技术手段和实施保障。

Description

一种基于分水盘的全天候降雨自动采样系统
技术领域
本发明涉及生态环境监测技术领域，尤其是一种自动化全天候降雨采样装置系统。
背景技术
随着我国经济的迅猛发展，大量的工业废气和汽车尾气等有害气体被排放到空气中，给人类赖以生存的生态环境造成了极大的危害。降雨监测是生态环境监测的重要内容之一，同时也是开展较早的要素之一。但是，我国降水采样器的研制起步较晚，自20世纪七十年代开始，在采样器的研制、生产方面做了许多工作，取得了较大的发展，也有多种降水采样器产品问世。采样器降水收集装置一般分为整场和分段两种方式，对于分段式又可分为定时型和定量型两种类型。两次采样可在设定时间进行采集的称为定时型,每当降雨量达到设定值时进行采样的称为定量型；采用定量型采样的要注意减少容器之间的混合转移，采用定时型采样的则要注意有大雨情况下溢流的预防措施。
2015年国务院办公厅印发了生态环境监测网络建设方案，并强调指出生态环境监测是生态环境保护的基础，是生态文明建设的重要支撑。目前，我国生态环境监测网络存在范围和要素覆盖不全，建设规划、标准规范与信息发布不统一，信息化水平和共享程度不高，监测与监管结合不紧密，监测数据质量有待提高等突出问题，难以满足生态文明建设需要，影响了监测的科学性、权威性和政府公信力，必须加快推进生态环境监测网络建设。
虽然研发多参数的降水自动监测仪来进行降雨过程的实时监测是今后的发展趋势之一，但是就目前行业发展的技术水平与需求市场前景，以室内分析化验为基础的降雨采样依然是生态环境监测网络建设的主流，关键是要提高采样的自动化水平，同时简化操作过程，降低设备成本。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的种种不足，提供一种基于分水盘的全天候降雨自动采样系统，能够实现对不同时段内的降雨进行连续分布式采集，为降雨自动采样的网络化建设提供完整的技术手段和实施保障。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案如下。
一种基于分水盘的全天候降雨自动采样系统，其结构中包括用于支承系统装置的支承框架，在此支承框架的外部顶端设置集雨漏斗用于收集确定面积域内的降雨，集雨漏斗底部中央向下凹陷且通过竖管延伸至位于支承框架内部顶端的转动水道；此转动水道由上至下依次包括相互首尾相接的变径直通Ⅰ、弯头Ⅰ、水平支管和弯头Ⅱ；其中的变径直通Ⅰ上宽下窄承接来自集雨漏斗底部竖管的雨水；其中的水平支管由位于支承框架中央的弯头Ⅰ末端延伸至位于支承框架侧壁位置的弯头Ⅱ始端；水平支管末端的弯头Ⅱ开口朝下；转动水道通过传动装置与动力机构连接实现自转；所述转动水道下方水平设置一组圆形分水盘，此分水盘边缘固接在所述支承框架的内壁上保持固定不动，在分水盘的圆周边缘均匀、离散设置若干上宽下窄且纵向穿透分水盘的变径直通Ⅱ，当所述转动水道做自转运动时，这些变径直通Ⅱ分别承接来自转动水道末端弯头Ⅱ的雨水；变径直通Ⅱ下方通过导水管连通至位于支承框架内部底端的储水瓶，所述变径直通Ⅱ、导水管与储水瓶三者在数量位置上一一对应。
作为本发明的一种优选技术方案，转动水道通过传动装置与动力机构连接实现自转的具体结构为：在所述分水盘与储水瓶之间设置一组圆形的控制传动托盘，此控制传动托盘边缘固接在所述支承框架的内壁上保持固定不动，电机及其控制器设置在此控制传动托盘上；电机的动力输出轴与设置在控制传动托盘中央的轮毂转盘齿轮传动连接；轮毂转盘圆心下方通过轴承滚动设置在所述控制传动托盘的中央位置，轮毂转盘圆心上方通过连杆与所述转动水道的变径直通Ⅰ或其弯头Ⅰ固接带动后者转动。
作为本发明的一种优选技术方案，所述电机的动力输出轴水平延伸且在其上设置主动齿轮，轮毂转盘上表面的圆周边缘设置一圈从动齿轮，主动齿轮与从动齿轮二者啮合传动将电机动力输出轴的转动转化为轮毂转盘沿其圆心的自转。
作为本发明的一种优选技术方案，所述竖管的下端与所述变径直通Ⅰ的上端无接触承接连接。
作为本发明的一种优选技术方案，所述导水管上端与所述变径直通Ⅱ下端固接接通或者无接触承接连接。
作为本发明的一种优选技术方案，所述控制传动托盘上设置有容纳导水管纵穿的通孔。
作为本发明的一种优选技术方案，所述储水瓶在支承框架内部底端依正方形排列放置，储水瓶瓶口分别通过导水管与所述分水盘的变径直通Ⅱ接通；所述储水瓶上设置液位传感器，后者通过GPRS网络与远程数据记录终端通信。
作为本发明的一种优选技术方案，所述控制器采用由直流电源供电的智能时间程序控制器，其上设置有至少一路继电器输出通道；所述电机采用由直流电机和减速器构成的直流减速电机。
作为本发明的一种优选技术方案，所述直流电源由太阳能板、太阳能充电控制器、电瓶模块及直流稳压模块构成。
作为本发明的一种优选技术方案，所述支承框架由上至下依次包括顶盖、转动分水平台、控制传动平台和储水平台，支承框架的四周设置有若干支承立柱；所述集雨漏斗设置在所述顶盖之上，所述圆形分水盘设置在所述转动分水平台之上，所述控制传动托盘设置在所述控制传动平台之上，所述储水瓶设置在所述储水平台之上。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明能够实现对不同时段内的降雨进行连续分布式采集，为降雨自动采样的网络化建设提供完整的技术手段和实施保障，同时还具有自动化水平高、结构简单、使用方便、价格便宜的实用特点。
本发明智能时间程序控制器根据预先设定的程序，驱动直流减速电机通过传动装置完成转动水道的定时启动、停止、启动的循环控制，从而将不同时段的降雨分别收集到不同的储水瓶中，实现对不同时段内的降雨进行连续分布式采集。以收集逐日降雨量为例，本发明工作时，首先智能时间程序控制器通过按键完成继电器常开触点闭合时间为2.5秒、复位时间为23小时59分57.5秒的程序设置任务；其次将转动水道调整到初始位置；然后打开开关，使继电器输出通道处于工作状态，驱动直流减速电机通过传动装置，完成对转动水道每转动2.5秒之后，就停止23小时59分57.5秒，之后再转动2.5秒的循环控制，从而将每天的降雨分别收集到不同的储水瓶中，一个月收集一次水样，同时对系统进行一次调整，实现对不同时段内的降雨进行连续分布式采集。
附图说明
图1是本发明一个具体实施方式的结构示意图。
图2是本发明分水盘部分的结构示意图。
图3是本发明电机及其传动装置的结构示意图。
图4是本发明储水瓶部分的结构示意图。
图中：集雨漏斗（1）、竖管（2）、转动水道（3）、变径直通Ⅰ（4）、弯头Ⅰ（5）、水平支管（6）、弯头Ⅱ（7）、分水盘（8）、变径直通Ⅱ（9）、导水管（10）、控制传动托盘（11）、控制器（12）、电机（13）、轮毂转盘（14）、轴承（15）、连杆（16）、储水瓶（17）、支承框架（100）、顶盖（101）、转动分水平台（102）、控制传动平台（103）、储水平台（104）、支承立柱（105）。
具体实施方式
以下实施例详细说明了本发明。本发明所使用的各种原料及各项设备均为常规市售产品，均能够通过市场购买直接获得。
（一）支承框架100的四周的支承立柱105与边框采用角铁或方钢，边长均为100cm；支承框架100的顶盖101、转动分水平台102、控制传动平台103及储水平台104均采用10mm厚的塑料板。
（二）集雨漏斗1采用塑料材质，其上口直径为20cm，下口直径为2cm。
（三）转动水道3采用4分的U-PVC管及管件构成，其顶部安装变径直通Ⅰ4，此变径直通上宽下窄，大头直径为55mm，小头直径为25mm。
（四）分水盘8首先以10mm厚的塑料板为原料，将其加工成一个边长100cm的正方形，并以正方形的中心点为圆心，以35cm为半径，在塑料板上画圆，圆周长为219.8cm；然后以圆心角10.0度把圆周等分为36份（36个扇形），每份弧长6.1cm，并以圆与等分线的交点为圆心，利用孔径25mm的开孔器进行开孔；最后将变径直通Ⅱ 9（50mm-20mm）大头朝上安装在塑料板边缘的开孔内即可。
（五）相应的，设置36个储水瓶17按照正方形的排列方式组成，单个储水瓶17的体积为3升，可以接收100mm的降雨量，储水瓶17在支承框架100内部底端依正方形排列放置，储水瓶17瓶口分别通过导水管10与分水盘8的变径直通Ⅱ9接通；为了进一步提升监测和记录的智能化和自动化水平，还可以在储水瓶17上设置液位传感器，后者通过GPRS网络与远程数据记录终端通信。
（六）控制器12采用由直流电源供电的单路数显可调定时程序控制器；直流电源由50W的太阳能板、10A的太阳能充电控制器、48aH的电瓶及IN9-18v、OUT12V的直流稳压电源模块构成；控制器12上设置有至少一路继电器输出通道与电机13联接；电机13采用由直流电机和减速器构成的直流减速电机，DC12V供电，转速为10转/分钟，即转一圈需要6秒。
（七）传动装置的主动轮即电机13输出轴齿轮的直径为4cm，从动轮即轮毂转盘14圆周边缘齿轮的直径为60cm，这样，从动轮转一圈需要90秒，从一个分水口转动到下一个分水口需要2.5秒。
（八）工作原理（以收集逐日降雨量为例）：单路数显可调定时程序控制器采用DC12v供电，首先通过按键完成继电器常开触点闭合时间为2.5秒，复位时间为23小时59分57.5秒的程序设置任务；其次将转动水道3调整到初始位置；然后打开开关，使继电器输出通道处于工作状态，驱动直流减速电机通过传动装置，完成对转动水道3每转动2.5秒之后，就停止23小时59分57.5秒，之后再转动2.5秒的循环控制，从而将每天的降雨分别收集到不同的储水瓶中，一个月收集一次水样，同时对系统进行一次调整，实现对不同时段内的降雨进行连续分布式采集。
上述描述仅作为本发明可实施的技术方案提出，不作为对其技术方案本身的单一限制条件。

Claims (10)

1.一种基于分水盘的全天候降雨自动采样系统，其特征在于：
其结构中包括用于支承系统装置的支承框架（100），在此支承框架（100）的外部顶端设置集雨漏斗（1）用于收集确定面积域内的降雨，集雨漏斗（1）底部中央向下凹陷且通过竖管（2）延伸至位于支承框架（100）内部顶端的转动水道（3）；
此转动水道（3）由上至下依次包括相互首尾相接的变径直通Ⅰ（4）、弯头Ⅰ（5）、水平支管（6）和弯头Ⅱ（7）；其中的变径直通Ⅰ（4）上宽下窄承接来自集雨漏斗（1）底部竖管（2）的雨水；其中的水平支管（6）由位于支承框架（100）中央的弯头Ⅰ（5）末端延伸至位于支承框架（100）侧壁位置的弯头Ⅱ（7）始端；水平支管（6）末端的弯头Ⅱ（7）开口朝下；转动水道（3）通过传动装置与动力机构连接实现自转；
所述转动水道（3）下方水平设置一组圆形分水盘（8），此分水盘（8）边缘固接在所述支承框架（100）的内壁上保持固定不动，在分水盘（8）的圆周边缘均匀、离散设置若干上宽下窄且纵向穿透分水盘（8）的变径直通Ⅱ（9），当所述转动水道（3）做自转运动时，这些变径直通Ⅱ（9）分别承接来自转动水道（3）末端弯头Ⅱ（7）的雨水；变径直通Ⅱ（9）下方通过导水管（10）连通至位于支承框架（100）内部底端的储水瓶（17），所述变径直通Ⅱ（9）、导水管（10）与储水瓶（17）三者在数量上一一对应。
2.根据权利要求１所述的基于分水盘的全天候降雨自动采样系统，其特征在于：转动水道（3）通过传动装置与动力机构连接实现自转的具体结构为：在所述分水盘（8）与储水瓶（17）之间设置一组圆形的控制传动托盘（11），此控制传动托盘（11）边缘固接在所述支承框架（100）的内壁上保持固定不动，电机（13）及其控制器（12）设置在此控制传动托盘（11）上；电机（13）的动力输出轴与设置在控制传动托盘（11）中央的轮毂转盘（14）齿轮传动连接；轮毂转盘（14）圆心下方通过轴承（15）滚动设置在所述控制传动托盘（11）的中央位置，轮毂转盘（14）圆心上方通过连杆（16）与所述转动水道（3）的变径直通Ⅰ（4）或其弯头Ⅰ（5）固接带动后者转动。
3.根据权利要求2所述的基于分水盘的全天候降雨自动采样系统，其特征在于：所述电机（13）的动力输出轴水平延伸且在其上设置主动齿轮，轮毂转盘（14）上表面的圆周边缘设置一圈从动齿轮，主动齿轮与从动齿轮二者啮合传动将电机（13）动力输出轴的转动转化为轮毂转盘（14）沿其圆心的自转。
4.根据权利要求１所述的基于分水盘的全天候降雨自动采样系统，其特征在于：所述竖管（2）的下端与所述变径直通Ⅰ（4）的上端无接触承接连接。
5.根据权利要求１所述的基于分水盘的全天候降雨自动采样系统，其特征在于：所述导水管（10）上端与所述变径直通Ⅱ（9）下端固接接通或者无接触承接连接。
6.根据权利要求１所述的基于分水盘的全天候降雨自动采样系统，其特征在于：所述控制传动托盘（11）上设置有容纳导水管（10）纵穿的通孔。
7.根据权利要求１所述的基于分水盘的全天候降雨自动采样系统，其特征在于：所述储水瓶（17）在支承框架（100）内部底端依正方形排列放置，储水瓶（17）瓶口分别通过导水管（10）与所述分水盘（8）的变径直通Ⅱ（9）接通；储水瓶（17）上设置液位传感器，后者通过GPRS网络与远程数据记录终端通信。
8.根据权利要求１所述的基于分水盘的全天候降雨自动采样系统，其特征在于：所述控制器（12）采用由直流电源供电的智能时间程序控制器，其上设置有至少一路继电器输出通道；所述电机（13）采用由直流电机和减速器构成的直流减速电机。
9.根据权利要求8所述的基于分水盘的全天候降雨自动采样系统，其特征在于：所述直流电源由太阳能板、太阳能充电控制器、电瓶模块及直流稳压模块构成。
10.根据权利要求１所述的基于分水盘的全天候降雨自动采样系统，其特征在于：所述支承框架（100）由上至下依次包括顶盖（101）、转动分水平台（102）、控制传动平台（103）和储水平台（104），支承框架（100）的四周设置有若干支承立柱（105）；所述集雨漏斗（1）设置在所述顶盖（101）之上，所述圆形分水盘（8）设置在所述转动分水平台（102）之上，所述控制传动托盘（11）设置在所述控制传动平台（103）之上，所述储水瓶（17）设置在所述储水平台（104）之上。
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