CN109444992A - 一种光学式雨量计及其系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种光学式雨量计及其系统，包括外壳桶，外壳桶的上部设有漏斗，漏斗的排水口处设有导流管，导流管的管口处设置有水平向的分流管，分流管上设置至少一根测量管；外壳桶内壁上还设置有红外线收发器、微型处理器以及蓄电池。与现有技术相比，本发明的一种光学式雨量计及其系统，采用非机械式的工作方式，避免了机械式工作时间长了之后需要维护的麻烦，在采用红外线这种新技术的同时，也利用了翻斗式雨量计这种传统式雨量计精度高的原理，可以说是两种新旧技术的优点的集合，测量精度高。

Description

一种光学式雨量计及其系统
技术领域
本发明涉及雨量测量器，特别是一种光学式雨量计及其系统，属于气象研究器具技术领域。
背景技术
气象要素的研究中，降雨也是极其重要的因素，降水观测是研究流域或地区水文循环系统的动态输入项目，是水资源的最重要的基础资料之一，对于工农业生产、水利开发、江河防洪和工程管理等方面作用很大，降水量的多少会极大的影响到人类的生产生活等各个领域。若降水过多会洪涝灾害，滑坡，泥石流等自然灾害，还有对人类的生产生活造成极大的经济损失与不便；若降水过少则会加生活用水和农田灌溉用水还有工厂用水之间的矛盾；造成土地盐泽化或土地沙漠化等。
就目前而言，雨量计分机械式如翻斗式这些会因为机械运动会导致磨损，需要定期维护，而虹吸式由于自身设计原因所以不能将降雨信息转化成电信号，不能实现降雨量的自动化采集。目前，市面上也存在一些新型的雨量计如超声波式、电容式但是稳定性不高，且没有传统的雨量计的精准度高。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种光学式雨量计及其系统。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种光学式雨量计，包括外壳桶，所述外壳桶的上部设有向外壳桶内引水的漏斗，所述漏斗的排水口处设置有纵向的导流管，该导流管的管口处设置有水平向的分流管，所述分流管远离导流管的一端为封闭的，分流管上沿其长度方向依次设置至少一根测量管，靠近导流管的一根测量管管径最小；所述外壳桶内壁上还设置有用于监测测量管内水流量的红外线收发器、用于读取和转化红外线收发器信号的微型处理器以及蓄电池，所述红外线收发器的数量与测量管数量相同，一个红外线收发器对应一根测量管。
作为进一步的优选方案，所述漏斗的排放口位置设置有过滤圆盘，过滤圆盘与漏斗的排放口边缘之间具有连接，过滤圆盘上开设有若干个疏水圆孔。
作为进一步的优选方案，所述分流管上沿其长度方向依次设置有五根测量管，其管径依次为0.2cm、0.5cm、2cm、1cm、0.2cm。
作为进一步的优选方案，所述漏斗、导流管、分流管、测量管均选用疏水纳米材料制成。
一种光学式雨量计的系统，包括处理器模块、蓄电池模块、第一红外线收发模块、第二红外线收发模块、第三红外线收发模块、第四红外线收发模块、第五红外线收发模块，所述蓄电池模块连接处理器模块，处理器模块分别连接第一红外线收发模块、第二红外线收发模块、第三红外线收发模块、第四红外线收发模块、第五红外线收发模块，处理器模块还连接外部数据显示模块。
与现有技术相比，本发明的一种光学式雨量计及其系统，具有以下优点：
1、本发明设计简洁，采用非机械式的工作方式，避免了机械式工作时间长了之后需要维护的麻烦。
2、本发明在采用红外线这种新技术的同时，也利用了翻斗式雨量计这种传统式雨量计精度高的原理，可以说是两种新旧技术的优点的集合，既满足不存在机械劳损的同时，也有相应的高精度。
3、本发明对雨量的采集采用的是逐秒采集的，也就是进一步提高降水数据的检测精度，也便于后期数据处理，尤其是用于替代传统的纸记录式虹吸雨量计，可使现有雨量站实现无人值守和资料自动整编、自动传输。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是漏斗的俯视图；
图3是本发明的工作流程图；
其中，1-外壳桶，2-漏斗，3-导流管，4-红外线收发器，5-微型处理器，6-蓄电池，7-分流管，8-测量管，9-过滤圆盘，10-疏水圆孔。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的优选技术方案。
本发明利用本发明的目的针对现阶段的不足，利用光学式的原理设计出一种非机械式的雨量计，并整合了翻斗式雨量计的优点，提升目前新型雨量计精度低的缺点，设计出的雨量计具有较高的精度。
如图1所示，本发明的一种光学式雨量计，由外壳桶1、导流管3、红外线接发器4、微型处理器5、蓄电池6五个主要部分组成；外壳桶1作为整体的支架和保护作用，导流管3是将雨量引流下来，这一部分的设计是最主要的，其设计对于整个雨量计的精度和抗暴雨的能力密切相关，利用红外线接发器4对于光的敏感性原理来统计雨量，用于监测测量管8内水流量，微型处理器5是用来将模拟信号转化成数字信号，并承担将数据输送出去的功能，蓄电池6为整个装置提供电能
外壳桶1为不锈钢材质，具有防腐蚀、经久耐用的功能，保证了雨量计的长久实用的目的，漏斗2是承接雨水和导流管，其设计有栅格化的处理，导流管3由耐腐蚀、透明的塑料制成，内壁涂有疏水的纳米材料，方便雨水的流过导流管3，并且不会产生粘赋在表面的情况，其下端和分流管7相连，分流管7的材质和导流管3材质一致，并且内部也涂有疏水纳米层，分流管7上从左向右依次排列管径为0.2cm、0.5cm、2cm、1cm、0.2cm的五个测量管8，这样做的目的的就可以满足降雨时雨量不可控的原理，直径较小的测量管8可以提高整个雨量计的精度，直径较大的测量管8可以应付暴雨突发情况，并且这样排序的原因在于让雨水优先通过较小的测量管8从而可以避免雨水直接进入较大的测量管8但并未注满整个疏通管而导致测量的错误，最后也用较小的测量管8是因为雨水在经过较大的测量管8的时候已经导流大部分雨水，但是还会有些残留，这就需要通过较小的测量管8来测量，对应的，设置五个独立的红外线收发器4，其光线分别穿过测量管8，根据测量管8有无水会导致红外线光强的不同可以检测是否有雨水通过测量管8，并根据光强和无雨水流过的时间就可以测算雨量。
微型处理器5为整个雨量计的处理中心，采用stm32处理器芯片，因为其功耗低、处理速度快、性能稳定，其接收到五个红外线收发器4发过来的信号，因为直径大小不一的疏通管单位时间内流经雨量是不一致的，因此要对其做分别对其处理，根据测试数据设定相应的系数，经过处理器统计完每个疏通管的雨量，对这5个数据进行累加，最终就会得出这段时间内真正的降雨量，由处理器的性能出色，并且对红外线采集的数据单位时间是逐秒采集的因此降雨数据也是逐秒记录的，这也满足降雨数据向精细化发展的趋势，为以后研究降雨数据提供了方便，其采集的数据既可以通过串口通信或则USB接口将数据输送到整个气象站也可以单独显示，蓄电池6是整个装置的供电模块，并且可以和外接电源使用，采用蓄电池的原因在于，防止暴雨导致线路的损坏，不能外部供电的情况，仪器可以正常使用。
如图2所示，其为漏斗的俯视图，整体四周向中间凹，达到聚雨的能力，具体的说，漏斗2的排放口位置设置有过滤圆盘9，过滤圆盘9与漏斗2的排放口边缘之间具有连接，过滤圆盘9与漏斗2的排放口之间为主要排水口，过滤圆盘9上开设有十三个疏水圆孔10，这样既能增加接触雨水面，让足够的雨水进入导流管，也防止杂质进入导流管堵塞导流管，整体的材质选用疏水纳米材料制成，可以让表面的雨水不会粘在漏斗上，从而导致测量的不准确。
光学式雨量计的系统，包括处理器模块、蓄电池模块、第一红外线收发模块、第二红外线收发模块、第三红外线收发模块、第四红外线收发模块、第五红外线收发模块，所述蓄电池模块连接处理器模块，处理器模块分别连接第一红外线收发模块、第二红外线收发模块、第三红外线收发模块、第四红外线收发模块、第五红外线收发模块，处理器模块还连接外部数据显示模块。
如图3所示，可以看出，处理器模块对于每个外线收发模块的数据处理是分开处理的，因为不同的外线收发模块可能接收数据的时间是一致的但是其通过的雨量是不同的，因此对其做分开处理，以此来保证测量的准确性。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种光学式雨量计，其特征在于：包括外壳桶（1），所述外壳桶（1）的上部设有向外壳桶（1）内引水的漏斗（2），所述漏斗（2）的排水口处设置有纵向的导流管（3），该导流管（3）的管口处设置有水平向的分流管（7），所述分流管（7）远离导流管（3）的一端为封闭的，分流管（7）上沿其长度方向依次设置至少一根测量管（8），靠近导流管（3）的一根测量管（8）管径最小；所述外壳桶（1）内壁上还设置有用于监测测量管（8）内水流量的红外线收发器（4）、用于读取和转化红外线收发器（4）信号的微型处理器（5）以及蓄电池（6），所述红外线收发器（4）的数量与测量管（8）数量相同，一个红外线收发器（4）对应一根测量管（8）。
2.根据权利要求1所述的一种光学式雨量计，其特征在于：所述漏斗（2）的排放口位置设置有过滤圆盘（9），过滤圆盘（9）与漏斗（2）的排放口边缘之间具有连接，过滤圆盘（9）上开设有若干个疏水圆孔（10）。
3.根据权利要求1所述的一种光学式雨量计，其特征在于：所述分流管（7）上沿其长度方向依次设置有五根测量管（8），其管径依次为0.2cm、0.5cm、2cm、1cm、0.2cm。
4.根据权利要求1所述的一种光学式雨量计，其特征在于：所述漏斗（2）、导流管（3）、分流管（7）、测量管（8）均选用疏水纳米材料制成。
5.基于上述权利要求1-5中任意一条所述的一种光学式雨量计的系统，其特征在于：包括处理器模块、蓄电池模块、第一红外线收发模块、第二红外线收发模块、第三红外线收发模块、第四红外线收发模块、第五红外线收发模块，所述蓄电池模块连接处理器模块，处理器模块分别连接第一红外线收发模块、第二红外线收发模块、第三红外线收发模块、第四红外线收发模块、第五红外线收发模块，处理器模块还连接外部数据显示模块。
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