CN110007373A - 一种适用于强降雨的新型雨量计 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种适用于强降雨的新型雨量计，包括雨量桶，雨量桶内由上至下依次设置有降雨感应装置、预存容器、测量容器、控制器，预存容器和测量容器的开口方向与雨量桶的开口方向相同，且该三者底部分别开设有排水口，预存容器的排水口与测量容器的开口位置对应，预存容器的排水口上设置有一号电磁阀，测量容器的排水口上设置有二号电磁阀，降雨感应装置设置于雨量桶的开口处，预存容器外侧与雨量桶密封固定，测量容器固定在控制器上且其内部设置有液位计，控制器设置于雨量桶底部，且控制器上搭载有电源模块和计数模块。本发明的优点是：采用基于重力的计数结构，能够适用于强降雨天气。
Description
技术领域
本发明涉及一种雨量计，尤其是一种适用于强降雨的新型雨量计，属于气象监测的技术领域。
背景技术
降水是全球水和能量循环的重要过程，由于具有剧烈的时空变化特征，导致其已成为目前最难以观测的气象要素之一。
目前，测量降水的方法有多种，雨量计作为一种直接的降水测量仪器，经常被气象学家和水文学家用来测量一段时间内某地区的降水量。现有技术中的雨量计有许多种，常见的如翻斗式雨量计、虹吸式雨量计等。
翻斗式雨量计作为测量雨量的一种仪器，由于设计本身的缺陷，会不可避免地出现误差。当强降雨时，降雨冲击力会使翻斗提前翻转，导致测量结果偏大，降雨强度越大，误差越大，不适用于强降雨。
虹吸式雨量计由盛水器、浮子式、虹吸管、自记钟、储水瓶等组成。虹吸管不容易清洗，安装麻烦，且容易发生故障，会导致较大的测量误差，需要经常进行检查。
发明内容
发明目的：针对上述问题，本发明的目的是提供一种适用于强降雨的新型雨量计，在强降雨天气，也能够准确测量降雨量。
技术方案：一种适用于强降雨的新型雨量计，包括雨量桶，所述雨量桶内由上至下依次设置有降雨感应装置、预存容器、测量容器、控制器，所述预存容器和测量容器的开口方向与所述雨量桶的开口方向相同，且该三者底部分别开设有排水口，所述预存容器的排水口与所述测量容器的开口位置对应，所述预存容器的排水口上设置有一号电磁阀，所述测量容器的排水口上设置有二号电磁阀，所述降雨感应装置设置于所述雨量桶的开口处，所述预存容器外侧与所述雨量桶密封固定，所述测量容器固定在所述控制器上且其内部设置有液位计，所述控制器设置于所述雨量桶底部，且所述控制器上搭载有电源模块和计数模块，所述降雨感应装置、一号电磁阀、二号电磁阀、液位计分别与所述控制器信号关联。
本发明的原理是：降雨时，雨水通过雨量桶的开口进入雨量筒，降雨感应装置发送降雨信号给控制器，控制器分别信号控制一号电磁阀打开、二号电磁阀关闭，降雨通过预存容器的排水口流入测量容器内，使测量容器内液位的不断上升，当液位上升至液位计预设的临界值时，液位计发送脉冲信号给控制器，控制器信号控制一号电磁阀关闭、二号电磁阀打开，开始放水并通过其搭载的计数模块记录次数，n秒后，控制器再信号控制二号电磁阀关闭、一号电磁阀打开，重新进水测量，从而重复进水-放水过程，并通过计数模块记录整个降雨过程中的放水次数。降雨停止后，降雨感应装置发送雨停信号给控制器，控制器再通过液位计收集测量容器内的剩余液位数据，最后，控制器再信号控制一号电磁阀关闭、二号电磁阀打开放水，并在n秒后再信号控制二号电磁阀关闭，使雨量计回复至初始状态。降雨过程中，雨量计所测得的降雨值即为液位计预设的液位临界值乘以计数模块所计量的放水次数再加上测量容器内的剩余液位。其中，放水的持续时间n秒可根据测量容器和二号电磁阀的开度试验获得。本发明收集降雨时，在预存容器的保护下，测量容器不会受到强降雨的冲击，适用于强降雨天气。
进一步，所述控制器上端通过支撑弹簧连接固定所述测量容器，所述控制器和所述测量容器上分别设置有干簧管和磁铁，所述干簧管和磁铁对位设置，所述干簧管与所述控制器信号关联；所述支撑弹簧压缩后，所述磁铁靠近所述干簧管以使其磁化。本结构中，随着测量容器内降雨量增加，支撑弹簧被逐渐压缩，当测量容器内的降雨量达到预设值时，磁铁靠近干簧管使其磁化接通而发送脉冲信号给控制器，控制器根据干簧管的脉冲信号放水，而非根据液位计的液位信号放水，以基于重力的计数结构代替基于流量的计数结构，避免测量容器内雨水晃动而产生的液位计测量误差，并通过支撑弹簧缓冲一号电磁阀对测量容器的放水冲击，使计数结构更加稳定、准确。
进一步，所述支撑弹簧通过称重传感器连接所述控制器，所述称重传感器与所述控制器信号关联。本结构中，可通过对比称重传感器的重量测量结果和液位计的流量测量结果，计算出降雨的密度数据，从而获得雨水中的含沙量等杂质数据。
进一步，所述雨量桶底部设置有挡水板，所述挡水板与所述雨量桶的内壁密封固定，所述控制器设置于所述挡水板下方，所述干簧管设置于所述控制器上靠近所述挡水板的一侧，所述支撑弹簧下端固定在所述挡水板上，以防止干簧管、控制器进水短路。
进一步，所述挡水板呈反拱型，包括中部的平板及设置于所述平板周围的坡板，所述支撑弹簧固定在所述平板上，所述坡板与所述雨量桶的内壁密封固定，所述雨量桶上的排水口开设在其侧壁上，且所述雨量桶上的排水口的下沿与所述坡板的下沿等高设置。本结构以平板形成稳定的支撑结构、以坡板形成平滑的向外侧排水结构、以等高设置的雨量桶排水口下沿和坡板下沿将雨量筒内的集水全部排出。
进一步，所述雨量桶、预存容器、测量容器、支撑弹簧、挡水板与雨水的接触面上涂覆有疏水涂层，以起到良好的疏水效果。
进一步，所述预存容器的开口处安装有滤网，以防止树叶等杂物落入预存容器中。
进一步，还包括移动终端，所述控制器上还搭载有GSM无线通信模块，所述GSM无线通信模块与所述移动终端信号关联，以实时发送降雨信息至移动终端，便于相关气象工作人员随时知晓降雨信息，为防灾减灾做准备，保护人们的生命财产安全。
进一步，所述控制器上还搭载有计时模块，以计量降雨持续时间。
进一步，所述降雨感应装置包括对位设置的红外发射器和红外接收器，所述红外发射器和红外接收器分别与所述控制器信号关联。本结构中，由于降水粒子基本是不透明的，会遮蔽和散射红外线。当降雨时，红外接收器接收到红外发射器所发出的红外信号强度会低于无降雨时的信号强度，从而判断出是否降雨。使用时，可根据经验获得经验值作为降雨时的信号强度阈值并预存于红外接收器中，控制器可根据接收到的信号强度是否落在预设的降水信号强度阈值范围内，判断是否有降雨，如果红外接收器接收到的信号强度落在该范围内，判断有降雨，反之无降雨。
有益效果：与现有技术相比，本发明的优点是：1、采用基于重力的计数结构，能够适用于强降雨天气；2、集水与测量互不干扰，放水迅速且彻底，测量精确；3、能够远程发送降雨强度信息，便于相关工作人员及时知晓降雨信息。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为支撑弹簧压缩状态结构示意图；
图3为控制器的逻辑关系示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
一种适用于强降雨的新型雨量计，如附图1、2所示，包括雨量桶1、降雨感应装置2、预存容器3、测量容器4、控制器5、一号电磁阀6、二号电磁阀7、液位计8、电源模块9、计数模块10、支撑弹簧11、干簧管12、磁铁13、称重传感器14、挡水板15、滤网16、移动终端17、GSM无线通信模块18、计时模块19。
雨量桶1内由上至下依次设置降雨感应装置2、滤网16、预存容器3、测量容器4、支撑弹簧11、称重传感器14、挡水板15、控制器5，预存容器3、测量容器4的开口方向与雨量桶1的开口方向相同，且该三者底部分别开设有排水口，预存容器3的排水口与测量容器4的开口位置对应，预存容器3的排水口上设置有一号电磁阀6，测量容器4的排水口上设置有二号电磁阀7。
降雨感应装置2设置于雨量桶1的开口处，滤网16安装在预存容器3的开口处，预存容器3外侧与雨量桶1密封固定，挡水板15设置于雨量桶1底部，挡水板15与雨量桶1的内壁密封固定，称重传感器14固定在挡水板15上，支撑弹簧11固定在称重传感器14上，支撑弹簧11上端连接测量容器4，测量容器4内部设置有液位计8且其下端设置有磁铁13，控制器5固定在雨量桶1的内底面上，干簧管12设置于控制器5上且位于靠近挡水板15的一侧，磁铁13与干簧管12位置相对，支撑弹簧11压缩后，磁铁13靠近干簧管12以使其磁化。
控制器5上搭载电源模块9、计数模块10、GSM无线通信模块18和计时模块19，降雨感应装置2、一号电磁阀6、二号电磁阀7、液位计8、干簧管12、称重传感器14分别与控制器5信号关联，GSM无线通信模块18与移动终端17信号关联。
本实施例中，为提升测量容器的排水速度，二号电磁阀7设置有多个。
本实施例中，为使支撑弹簧的支撑结构更加稳定，并使磁铁可准确靠近干簧管，称重传感器14为均布设置在挡水板15上的多个，多个称重传感器14上架设支撑板，支撑板上固定支撑弹簧11，支撑板上开设有通孔，该通孔的圆心位于支撑弹簧的中心线上，同时，干簧管12、磁铁13也位于支撑弹簧的中心线上，磁铁可穿过该通孔靠近干簧管12。
本实施例中，为便于排水，挡水板15呈反拱型，具体包括中部的平板15a及设置于平板15a周围的坡板15b，支撑弹簧11固定在平板15a上，坡板15b与雨量桶1的内壁密封固定，雨量桶1上的排水口1a开设在其侧壁上，且雨量桶1上的排水口1a的下沿与坡板15b的下沿等高设置，同时雨量桶1上的排水口1a可为沿雨量桶1侧壁周向均布设置的多个，以提升排水速度。
本实施例中，为避免雨水粘附在雨量筒内各部件上，影响雨量计的使用，在雨量桶1、预存容器3、测量容器4、支撑弹簧11、挡水板15与雨水的接触面上涂覆有疏水涂层。
本实施例中，降雨感应装置2具体包括对位设置的红外发射器2a和红外接收器2b，红外发射器2a和红外接收器2b分别与控制器5信号关联。基于降水粒子的不透明特性进行降雨感应：雨水在通过雨量筒的开口进入预存容器时，会遮蔽和散射红外发射器发出的红外线，当降雨时，红外接收器接收到红外发射器所发出的红外信号强度会低于无降雨时的信号强度。使用时，可根据经验获得经验值作为降雨时的信号强度阈值并预存于红外接收器中，控制器可根据接收到的信号强度是否落在预设的降水信号强度阈值范围内，判断是否有降雨，如果红外接收器接收到的信号强度落在该范围内，判断有降雨，反之无降雨。
本实施例中，控制器8可采用单片机，计数模块10可采用脉冲计数器，磁铁5可采用磁钢套件。
本实施例的雨量计使用时，电源模块给控制器供电。在有降雨时，雨水通过雨量桶的开口进入雨量筒后汇集至预存容器内，其中夹杂的树叶等杂物被滤网过滤，红外接收器发送降雨信号给控制器，控制器接受该信号后分别信号控制计时模块开始计时、一号电磁阀打开、二号电磁阀关闭，雨水经预存容器的排水口流入测量容器，使测量容器的重量不断增加，从而压缩支撑弹簧，当测量容器的蓄水量到达预设值时，支撑弹簧被压缩至能够使磁铁磁化干簧管的位置，干簧管内的簧片接通，并发送脉冲信号给控制器，控制器接受该信号后分别信号控制一号电磁阀关闭、二号电磁阀打开，雨水依次通过测量容器和雨量桶上的排水口被排出雨量筒外，随着测量容器内雨量的排出，支撑弹簧逐渐回弹至原始状态，控制器在预设的排水时间n秒后再信号控制一号电磁阀打开、二号电磁阀关闭，从而重复该测量容器的进水-排水过程。雨停后，降雨感应装置发送雨停信号给控制器，控制器接受该信号后信号控制计时模块停止计时，并接受液位计的剩余液位测量数据信号，再信号控制一号电磁阀关闭、二号电磁阀打开放水，之后再在预设的排水时间n秒后信号控制二号电磁阀关闭，从而使雨量计回归到初始状态。
本实施例中，计时模块的计时结果即为降雨的持续时间，在该段时间内雨量计收集到的降雨总量即为计数模块记录的干簧管磁化后发送脉冲信号的次数乘以测量容器集雨量的预设值再加上液位计所测量的雨停后测量容器内的残留雨量，本实施例以基于重力的计数结构代替基于流量的计数结构，避免测量容器内雨水晃动而产生的液位计测量误差，并通过支撑弹簧缓冲一号电磁阀对测量容器的放水冲击，使计数结构更加稳定、准确。同时，本实施例的雨量计可通过GSM无线通信模块17将实时降雨信息发送至移动终端，以便于相关气象工作人员随时知晓降雨信息，为防灾减灾做准备，保护人们的生命财产安全。
Claims (10)
1.一种适用于强降雨的新型雨量计，包括雨量桶(1)，其特征在于：所述雨量桶(1)内由上至下依次设置有降雨感应装置(2)、预存容器(3)、测量容器(4)、控制器(5)，所述预存容器(3)和测量容器(4)的开口方向与所述雨量桶(1)的开口方向相同，且该三者底部分别开设有排水口，所述预存容器(3)的排水口与所述测量容器(4)的开口位置对应，所述预存容器(3)的排水口上设置有一号电磁阀(6)，所述测量容器(4)的排水口上设置有二号电磁阀(7)，所述降雨感应装置(2)设置于所述雨量桶(1)的开口处，所述预存容器(3)外侧与所述雨量桶(1)密封固定，所述测量容器(4)固定在所述控制器(5)上且其内部设置有液位计(8)，所述控制器(5)设置于所述雨量桶(1)底部，且所述控制器(5)上搭载有电源模块(9)和计数模块(10)，所述降雨感应装置(2)、一号电磁阀(6)、二号电磁阀(7)、液位计(8)分别与所述控制器(5)信号关联。
2.根据权利要求1所述的一种适用于强降雨的新型雨量计，其特征在于：所述控制器(5)上端通过支撑弹簧(11)连接固定所述测量容器(4)，所述控制器(5)和所述测量容器(4)上分别设置有干簧管(12)和磁铁(13)，所述干簧管(12)和磁铁(13)对位设置，所述干簧管(12)与所述控制器(5)信号关联；所述支撑弹簧(11)压缩后，所述磁铁(13)靠近所述干簧管(12)以使其磁化。
3.根据权利要求2所述的一种适用于强降雨的新型雨量计，其特征在于：所述支撑弹簧(11)通过称重传感器(14)连接所述控制器(5)，所述称重传感器(14)与所述控制器(5)信号关联。
4.根据权利要求2所述的一种适用于强降雨的新型雨量计，其特征在于：所述雨量桶(1)底部设置有挡水板(15)，所述挡水板(15)与所述雨量桶(1)的内壁密封固定，所述控制器(5)设置于所述挡水板(15)下方，所述干簧管(12)设置于所述控制器(5)上靠近所述挡水板(15)的一侧，所述支撑弹簧(11)下端固定在所述挡水板(15)上。
5.根据权利要求4所述的一种适用于强降雨的新型雨量计，其特征在于：所述挡水板(15)呈反拱型，包括中部的平板(15a)及设置于所述平板(15a)周围的坡板(15b)，所述支撑弹簧(11)固定在所述平板(15a)上，所述坡板(15b)与所述雨量桶(1)的内壁密封固定，所述雨量桶(1)上的排水口开设在其侧壁上，且所述雨量桶(1)上的排水口的下沿与所述坡板(15b)的下沿等高设置。
6.根据权利要求4所述的一种适用于强降雨的新型雨量计，其特征在于：所述雨量桶(1)、预存容器(3)、测量容器(4)、支撑弹簧(11)、挡水板(15)与雨水的接触面上涂覆有疏水涂层。
7.根据权利要求1所述的一种适用于强降雨的新型雨量计，其特征在于：所述预存容器(3)的开口处安装有滤网(16)。
8.根据权利要求1所述的一种适用于强降雨的新型雨量计，其特征在于：还包括移动终端(17)，所述控制器(5)上还搭载有GSM无线通信模块(18)，所述GSM无线通信模块(18)与所述移动终端(17)信号关联。
9.根据权利要求1所述的一种适用于强降雨的新型雨量计，其特征在于：所述控制器(5)上还搭载有计时模块(19)。
10.根据权利要求1所述的一种适用于强降雨的新型雨量计，其特征在于：所述降雨感应装置(2)包括对位设置的红外发射器(2a)和红外接收器(2b)，所述红外发射器(2a)和红外接收器(2b)分别与所述控制器(5)信号关联。
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