CN109612784A - 一种新型等时段雨量采集装置及其采集方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种新型等时段雨量采集装置及其采集方法，包括箱体，箱体上设漏斗，漏斗连接雨水进水管，雨水进水管出水口下方设初级集水盘，初级集水盘与电磁驱动机构连接，初级集水盘出水管的出水口下方设第一蓄水池和第二蓄水池，第一水泵、第二水泵分别连接出流管路，出流管路上水样进口处设若干管壁挡水片，管壁挡水片内部设橡胶塞，橡胶塞与穿过次级集水盘的连接轴固连，次级集水盘出流口通过次级集水盘出流管连接采样瓶，连接轴与连接杆件通过连接螺丝相连，连接杆件一端固连有控制次级集水盘上下移动的电磁驱动装置，单片机控制电磁驱动机构及各电磁驱动装置，准时收集各时段水样，提高降水水样代表性，节约成本，提高人员安全性。

Description

一种新型等时段雨量采集装置及其采集方法

技术领域

本发明属同位素水文学领域，具体涉及一种新型等时段雨量采集装置及其采集方法。

背景技术

随着经济的发展和人口的增加，人类对水资源的需求量不断增加，同时，对于水资源的不合理利用以及污染，使其越来越成为限制城市发展的重要因素。水资源的短缺主要包括资源性缺水和水质性缺水。在我国，为了解决资源性缺水问题，我们修建了南水北调工程，将南方降水丰沛地区的淡水引入缺水的北方城市以供生产生活利用，这对于解决北方城市缺水问题具有显著的作用。然而，各地降水的来源问题依旧困扰着水文学家，这也是未来研究重要方向。

自1961年国际原子能机构与世界气象组织联合开展观测全球范围内的降水同位素研究，越来越多的国家开始设置观测站收集降水，并且测量其同位素组成。影响降水稳定同位素变化的因素主要包括冷凝温度、大气湿度、气压、降雨量、水汽来源以及地形等。其中，水汽运移、雨滴与大气的交换作用、雨洗作用以及蒸发冷凝这些过程也会引起降水同位素剧烈的变化。全球大气水线的建立为探究水汽来源提供可能。而不同地区应用长期降水同位素资料建立起了当地大气水线，这对于研究本地区地下水补给以及合理规划当地水资源具有重要的意义。因此，科学地收集降水对于水文工作者的研究显得尤为重要。

在降水过程中，需要对降水进行等时段的收集，可以为每两个小时收集一次，但是在进行人工野外收集水样过程中面临着很大的困难，主要包括以下几点：1.收集时刻的准确性，在进行降雨的收集过程中，可能由于种种原因，采样人员不能准时刻收集降水，这对于研究时段内累积降水同位素会产生偏差。2.采样人员的数量需求，为了揭示降水同位素的空间同位素分布，往往需要布设很多采样点，这样无疑需要大量采样人员同时工作。一些采样点布置的很分散，这可能需要采样人员守在仪器旁边，这对于采样人员人身安全具有很大威胁。结合上述人工收集降雨水样的缺陷，研究一种等时段累积降雨自动收集装置显得尤为重要。

申请号为CN201310220616.5的专利公开了一种雨水自动收集采样装置，通过单片机控制装置，以雨量、降雨时间或流量等参数为触发条件，自动控制将集雨器内不同特征段的雨水存储到不同的独立的采样瓶中。集雨器与潜水泵相连，可以收集降雨径流；与接雨漏斗相连，可以收集天然雨水。集雨器上的分配器可自动灌装集雨器中的雨水，但是这种装置由于是将雨水收集到集雨器中的，需要收集到一定的量或者收集一段时间后才能进行采样，由于雨量均通过集雨器收集，当等时段采集时，若上一个时段集雨器雨水未及时放空，下一个时段的雨水会被混合在一起，影响采样。

发明内容

本发明的目的是针对现有的实验仪器缺陷取样代表性不足、野外实验人员的安全隐患问题以及试验经费问题，提供一种新型等时段雨量采集装置及其采集方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种新型等时段雨量采集装置，包括箱体，所述箱体上设有漏斗，所述漏斗连接雨水进水管，所述雨水进水管的出水口下方设有初级集水盘，所述初级集水盘与电磁驱动机构相连，所述电磁驱动机构包括电磁铁轴一与电磁铁一，所述初级集水盘上设有初级集水盘出水口，所述初级集水盘出水口上固连有初级集水盘出水管，所述初级集水盘出水管的出水口下方设有第一蓄水池和第二蓄水池，所述第一蓄水池、第二蓄水池分别通过固定支杆一和固定支杆二与箱体相连，所述第一蓄水池与第一水泵通过第一水泵进水管连接，所述第二蓄水池与第二水泵通过第二水泵进水管连接，所述第一水泵、第二水泵分别通过第一水泵出水管和第二水泵出水管连接倾斜设置的出流管路，所述出流管路的管路出流口设置在箱体外，所述出流管路上的水样进口处设有若干管壁挡水片，若干所述管壁挡水片内部均设有橡胶塞，所述橡胶塞与穿过次级集水盘的连接轴固连，所述次级集水盘上设有次级集水盘出流口，所述次级集水盘出流口通过次级集水盘出流管连接采样瓶，所述连接轴与连接杆件通过连接螺丝相连，所述连接杆件的一端固连有控制次级集水盘上下移动的电磁驱动装置，所述电磁驱动装置和电磁铁一均通过连接电源的单片机控制。

雨水落入漏斗，启动雨量采集装置，单片机开始计时工作，漏斗中的雨水通过初级集水盘流入第一蓄水池，收集一定时间后，单片机控制电磁驱动机构工作，电磁铁一带动与初级集水盘相连的电磁铁轴一移动，进而控制初级集水盘向第二蓄水池上方移动，使得雨水进入第二蓄水池中，电磁驱动机构停止工作，初级集水盘复位，雨水又流入第一蓄水池，往复此动作，以确保每个等时段的雨水分别收集起来；当第一蓄水池的水蓄积一定时间以后，电磁铁一带动初级集水盘移动到第二蓄水池上方，同时第一水泵将第一蓄水池中的水抽入到出流管路中，单片机控制出流管路的水样进口处其中一个电磁驱动装置工作，电磁驱动装置带动对应的次级集水盘上下移动，从而使得穿过次级集水盘的连接轴移动，带动连接轴上的橡胶塞脱离出流管路上的管壁挡水片形成的管道，使得雨水汇入次级集水盘流入对应的采样瓶中，该电磁驱动装置停止工作后，橡胶塞重新堵住水样进口，第一蓄水池中多余的雨水从管路出流口排出去；当第二蓄水池蓄积一定时间水后，第二水泵将第二蓄水池中的水抽入到出流管路中，另一个电磁驱动装置带动对应的次级集水盘上下移动，使得穿过该次级集水盘的连接轴移动，带动连接轴上的橡胶塞脱离出流管路上的管壁挡水片形成的管道，使得雨水汇入该次级集水盘流入对应的采样瓶中，该电磁驱动装置停止工作后，橡胶塞重新堵住水样进口，第二蓄水池中多余的雨水从管路出流口排出去，重复此步骤，使得各个等时段的雨水收集到不同的采样瓶中，当所有采样瓶收集满后人工替换新的采样瓶。

进一步的，所述电磁驱动装置包括与所述连接杆件通过螺丝相连的电磁铁轴二，所述电磁铁轴二与电磁铁二相连。

进一步的，所述雨水进水管通过支杆及固定螺丝一固定在箱体上，避免雨水进水管晃动增加收集雨水的难度。

进一步的，所述电磁铁轴一通过固定螺丝二与初级集水盘相连，方便拆卸与更换维修。

进一步的，所述管路出流口上设有电磁阀，所述电磁阀通过所述单片机控制，通过设置电磁阀，一方面可以避免在采样瓶收集水样时，大量雨水从管路出流口排出去，另一方面也能减少采样瓶中水样的蒸发。

进一步的，所述第一水泵进水管、第一水泵出水管、第二水泵进水管、第二水泵出水管、出流管路、第一蓄水池、第二蓄水池、初级集水盘、次级集水盘均采用不锈钢材质制备，采用不锈钢材质能够较好的避免水珠的残留，使得各个时段的雨水混合在一起影响水样的采集结果。

进一步的，所述漏斗内设有雨滴传感器，通过雨滴传感器来24小时检测是否下雨，进而控制单片机是否工作，使得雨量采集装置收集雨水的工作更方便、准确。

本发明的等时段雨量采集装置的采集方法为：

(1)雨水收集：雨水落入漏斗，启动雨量采集装置，单片机开始工作，漏斗中的雨水通过初级集水盘流入第一蓄水池，待第一蓄水池雨水收集T小时后，单片机控制第一水泵将第一蓄水池的雨水抽入到出水管路内；同时单片机控制电磁驱动机构使得初级集水盘移动到第二蓄水池上方，第二蓄水池开始收集雨水，第二蓄水池雨水收集T小时雨水后，单片机控制第二水泵将第二蓄水池的雨水抽入到出水管路内，同时电磁驱动机构停止工作，初级集水盘回到原位，第一蓄水池开始蓄水，同上步骤进行下去；

(2)雨水水样收集：通过电磁驱动装置带动连接轴向下移动，从而带动连接轴上的橡胶塞脱离管壁挡水片，使得出水管路内的雨水进入次级集水盘，通过次级集水盘的次级集水盘出水口流入采样瓶，电磁驱动装置工作一段时间后停止工作，使得橡胶塞堵住出水管路上的水样进口，多余的雨水从管路出流口排出。

所述第一水泵、第二水泵的工作时间提前设定，其工作时间分别设置为第一蓄水池和第二蓄水池满水状态下的抽空时间；所述电磁驱动装置的工作时间提前设定，设置为小于采样瓶蓄满水样时间。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、通过单片机控制电磁铁一和各个水样进口处的电磁铁二的工作，准时收集各时段的雨水水样，提高了降水水样的代表性，对于同位素水文学的研究起到弥足轻重的作用。

2、通过电磁铁一的工作与否带动初级集水盘在第一蓄水池和第二蓄水池上方来回移动，使得每个时段的雨水能够分别收集而不受影响。

3、每个时段多余的雨水能够通过管路出流口排出去，避免后续收集中剩余水滴对水样的影响。

4、通过设置初级集水盘，使得每个时段内的雨水都能收集到对应的蓄水池里，能够保证雨量采集装置能够24小时通过采样瓶分别收集到不同时段内的雨水，避免每个时段内的雨水混合在一起，影响水样。

附图说明

图1为本发明新型等时段雨量采集装置结构示意图；

图2为本发明次级集水盘结构示意图；

图3为本发明初级集水盘结构示意图；

图中：1、漏斗；2、雨水进水管；3、固定螺丝一；4、支杆；5、第一水泵出水管；6、初级集水盘出水口；7、固定螺丝二；8、电磁铁轴一；9、电磁铁一；10、初级集水盘； 11、初级集水盘出水管；12、第二水泵出水管；13、第一蓄水池；14、固定支杆一；15、单片机；16、电源；17、第一水泵进水管；18、第一水泵；19、第二蓄水池；20、固定支杆二；21、第二水泵进水管；22、第二水泵；23、电磁铁轴二；24、电磁铁二；25、连接杆件；26、采样瓶；27、螺丝；28、出流管路；29、橡胶塞；30、管壁挡水片；31、连接轴；32、次级集水盘；33、次级集水盘出流口；34、管路出流口；35、次级集水盘出流管； 36、连接螺丝；37、电磁阀；38、雨滴传感器；39、箱体；40、水样进口。

具体实施方式

下面将结合本发明中的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动条件下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：

一种新型等时段雨量采集装置，包括箱体39，所述箱体39上设有漏斗1，所述漏斗1连接雨水进水管2，所述雨水进水管2通过支杆4及固定螺丝一3固定在箱体39上，避免雨水进水管2晃动增加收集雨水的难度；所述雨水进水管2的出水口下方设有初级集水盘 10，所述初级集水盘内设有雨滴传感器38，所述初级集水盘10与电磁驱动机构相连，所述电磁驱动机构包括电磁铁轴一8与电磁铁一9，所述电磁铁轴一8通过固定螺丝二7与初级集水盘10相连，方便拆卸与更换维修；所述初级集水盘10上设有初级集水盘出水口 6，所述初级集水盘出水口6上固连有初级集水盘出水管11，所述初级集水盘出水管11的出水口下方设有第一蓄水池13和第二蓄水池19，所述第一蓄水池13、第二蓄水池19分别通过固定支杆一14和固定支杆二20与箱体39相连，所述第一蓄水池13与第一水泵18 通过第一水泵进水管17连接，所述第二蓄水池19与第二水泵22通过第二水泵进水管21 连接，所述第一水泵18、第二水泵22分别通过第一水泵出水管5和第二水泵出水管12连接倾斜设置的出流管路28，所述出流管路28的管路出流口34设置在箱体39外，所述出流管路28上的水样进口处设有若干管壁挡水片30(每个水样进口处的管壁挡水片形成管道)，若干所述管壁挡水片30内部均设有橡胶塞29，所述橡胶塞29与穿过次级集水盘 32的连接轴31固连，所述次级集水盘32上设有次级集水盘出流口33，所述次级集水盘出流口33通过次级集水盘出流管35连接采样瓶26，所述连接轴31与连接杆件25通过连接螺丝36相连，所述连接杆件25的一端固连有控制次级集水盘32上下移动的电磁驱动装置，所述电磁驱动装置包括与所述连接杆件25通过螺丝27相连的电磁铁轴二23，所述电磁铁轴二23与电磁铁二24相连，所述电磁驱动装置、电磁铁一9、雨滴传感器38均通过连接电源16的单片机15控制；

优选的，所述第一水泵进水管17、第一水泵出水管5、第二水泵进水管17、第二水泵出水管12、出流管路28、第一蓄水池13、第二蓄水池19、初级集水盘10、次级集水盘 32均采用不锈钢材质制备，采用不锈钢材质能够较好的避免水珠的残留，使得各个时段的雨水混合在一起影响水样的采集结果。

本发明的新型等时段雨量采集装置收集雨水的方法步骤：为方便描述，本实施例中以每两小时收集雨水为例。雨水落入漏斗，雨滴传感器感应到雨滴，单片机开始计时，雨水通过漏斗1汇入初级集水盘10，进而流入第一蓄水池13，第一蓄水池收集两小时水后，单片机15控制电磁铁一9工作，带动与初级集水盘10相连的电磁铁轴一8产生推拉动作，进而控制初级集水盘10向第二蓄水池19上方移动，使得雨水进入第二蓄水池19中，电磁铁一9停止工作，初级集水盘10会复位，雨水又流入第一蓄水池13，往复此动作，以确保每两个小时的雨水分别收集起来；当第一蓄水池13的水蓄积两小时以后，电磁铁一9 带动初级集水盘10移动到第二蓄水池19上方，同时第一水泵18将第一蓄水池13中的水抽入到出流管路28中，单片机15控制其中一个水样进口40处的电磁铁二24带动电磁铁轴二23移动，使得对应的次级集水盘32上下移动，从而使得穿过次级集水盘32的连接轴31移动，带动连接轴31上的橡胶塞29脱离出流管路28上的管壁挡水片30形成的管道，使得雨水汇入次级集水盘32流入对应的采样瓶26中，该电磁铁二24停止工作后，橡胶塞29重新堵住水样进口40，第一蓄水池13中多余的雨水从管路出流口34排出去；当第二蓄水池19蓄积两小时后，第二水泵22将第二蓄水池19中的水抽入到出流管路28 中，另一个水样进口40处的电磁铁二24带动电磁铁轴二23移动，使得对应的次级集水盘32上下移动，使得穿过该次级集水盘32的连接轴31移动，带动连接轴31上的橡胶塞 29脱离出流管路28上的管壁挡水片30形成的管道，使得雨水汇入该次级集水盘32流入对应的采样瓶26中，该电磁铁二24停止工作后，橡胶塞29重新堵住管道，第二蓄水池 19中多余的雨水从管路出流口34排出去，重复此步骤，使得每两小时的雨水收集到不同的采样瓶26中，当所有采样瓶26收集满后人工替换新的采样瓶26，所述第一水泵18、第二水泵22的工作时间提前设定，其工作时间分别设置为第一蓄水池13和第二蓄水池19 满水状态下的抽空时间；所述电磁驱动装置的工作时间提前设定，设置为小于采样瓶26 蓄满水样时间。本发明的雨量采集装置，从单片机15开始计时那一刻起，在该时段内采样瓶26即使没有收集到雨水，该采样瓶26对应的电磁铁二24在该时段内均会在保持工作状态，确保从单片机开始计时开始，每个时段收集的雨水按照顺序收集到对应的采样瓶26中，(每个采样瓶都进行编号，如十个采样瓶编号为1-10，从单片机开始工作，第一个2小时的时段收集的雨水只能进入1号采样瓶，第二个2小时的时段收集的雨水只能进入2号采样瓶，以此类推，每隔20小时更换收集到雨水的采样瓶，该时段若没有下雨，对应的采样瓶处的电磁铁二24依旧按预先设定工作相应的时间，这样，只需要查看单片机什么时间开始计时的，按照该时间点根据收集间隔的时间来确定每个采样瓶收集的是哪个时间段的雨水即可)。

通过单片机15控制电磁铁一9和各个水样进口处的电磁铁二24的工作，准时收集各时段的雨水水样，通过电磁铁一9的工作与否带动初级集水盘10在第一蓄水池13和第二蓄水池19上方来回移动，使得每两小时的雨水能够分别收集而不受影响，每个时段多余的雨水能够通过管路出流口34排出去，避免后续收集中剩余水滴对水样的影响，全程自动化收集，克服了现有的实验仪器缺陷，包括取样代表性不足、野外实验人员的安全隐患问题以及试验经费问题，提高了降水水样的代表性，对于同位素水文学的研究起到弥足轻重的作用。

实施例2：

本实施例与实施例1的不同之处在于，所述管路出流口34上设有电磁阀37，所述电磁阀37通过所述单片机15控制，通过设置电磁阀37，一方面可以避免在采样瓶26收集水样时，大量雨水从管路出流口34排出去，另一方面也能减少采样瓶26中水样的蒸发。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种新型等时段雨量采集装置，其特征在于，包括箱体，所述箱体上设有漏斗，所述漏斗连接雨水进水管，所述雨水进水管的出水口下方设有初级集水盘，所述初级集水盘与电磁驱动机构相连，所述电磁驱动机构包括电磁铁轴一与电磁铁一，所述初级集水盘上设有初级集水盘出水口，所述初级集水盘出水口上固连有初级集水盘出水管，所述初级集水盘出水管的出水口下方设有第一蓄水池和第二蓄水池，所述第一蓄水池、第二蓄水池分别通过固定支杆一和固定支杆二与箱体相连，所述第一蓄水池与第一水泵通过第一水泵进水管连接，所述第二蓄水池与第二水泵通过第二水泵进水管连接，所述第一水泵、第二水泵分别通过第一水泵出水管和第二水泵出水管连接倾斜设置的出流管路，所述出流管路的管路出流口设置在箱体外，所述出流管路上的水样进口处设有若干管壁挡水片，若干所述管壁挡水片内部均设有橡胶塞，所述橡胶塞与穿过次级集水盘的连接轴固连，所述次级集水盘上设有次级集水盘出流口，所述次级集水盘出流口通过次级集水盘出流管连接采样瓶，所述连接轴与连接杆件通过连接螺丝相连，所述连接杆件的一端固连有控制次级集水盘上下移动的电磁驱动装置，所述电磁驱动装置和电磁铁一均通过连接电源的单片机控制。

2.如权利要求1所述的一种新型等时段雨量采集装置，其特征在于，所述电磁驱动装置包括与所述连接杆件通过螺丝相连的电磁铁轴二，所述电磁铁轴二与电磁铁二相连。

3.如权利要求1所述的一种新型等时段雨量采集装置，其特征在于，所述雨水进水管通过支杆及固定螺丝一固定在箱体上。

4.如权利要求1所述的一种新型等时段雨量采集装置，其特征在于，所述电磁铁轴一通过固定螺丝二与初级集水盘相连。

5.如权利要求1所述的一种新型等时段雨量采集装置，其特征在于，所述管路出流口上设有电磁阀，所述电磁阀通过所述单片机控制。

6.如权利要求1所述的一种新型等时段雨量采集装置，其特征在于，所述第一水泵进水管、第一水泵出水管、第二水泵进水管、第二水泵出水管、出流管路、第一蓄水池、第二蓄水池、初级集水盘、次级集水盘均采用不锈钢材质制备。

7.如权利要求1所述的一种新型等时段雨量采集装置，其特征在于，所述漏斗内设有由单片机控制的雨滴传感器。

8.如权利要求1-7任一项所述的一种新型等时段雨量采集装置的采集方法，其特征在于，所述采集方法包括以下步骤：

(1)雨水收集：雨水落入漏斗，启动雨量采集装置，同时单片机开始计时，漏斗内的雨水通过初级集水盘流入第一蓄水池，待第一蓄水池雨水收集T小时后，单片机控制第一水泵将第一蓄水池的雨水抽入到出水管路内；同时单片机控制电磁驱动机构使得初级集水盘移动到第二蓄水池上方，第二蓄水池开始收集雨水，第二蓄水池收集T小时雨水后，单片机控制第二水泵将第二蓄水池的雨水抽入到出水管路内，同时电磁驱动机构停止工作，初级集水盘回到原位，第一蓄水池开始蓄水，同上步骤进行下去；

(2)雨水水样收集：通过电磁驱动装置带动连接轴向下移动，从而带动连接轴上的橡胶塞脱离管壁挡水片，使得出水管路内的雨水进入次级集水盘，通过次级集水盘的次级集水盘出水口流入采样瓶，电磁驱动装置工作一段时间后停止工作，使得橡胶塞重新堵住出水管路上的水样进口，多余的雨水从管路出流口排出。

9.如权利要求8所述的一种新型等时段雨量采集装置的采集方法，其特征在于，所述步骤(1)中的第一水泵、第二水泵的工作时间提前设定，其工作时间分别设置为第一蓄水池和第二蓄水池满水状态下的抽空时间；所述步骤(2)中的电磁驱动装置工作时间提前设定，设置为小于采样瓶蓄满水样时间。