CN1103718A - 流量式雨量、雨强的测量方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属气象测量领域
本发明采用雨水量化器将雨水转换成恒定量的
水滴，水滴滴下时经过水滴脉冲转换器接触到电极，
使电极相对短路，经放大器的输出端产生一个脉冲，
将此脉冲用单片机进行处理，获得雨量和雨强的测量
值。本发明的雨量灵敏度可高达0.005mm，全量程
的测量精度为±0.01mm。可以测量雨量、雨强的各
种参数。
Description
本发明属气象测量领域
传统的小翻斗式雨量计精度太低，对雨强的适应范围也有限。近年来虽有所改进和推出了浮子虹吸式水位法雨量计和电容式雨量计，不同程度地提高了降雨测量的精确度，但它们都存在一个共同的问题，必须先将雨水收集在一个固定的容器中，尔后进行测量，因而响应的时间常数较大，更为严重的是测量后的雨水仍被保存，它会对前后测量和间隙性下雨过程造成较大的测量误差，由于容器的容量有限（虹吸式）对于连续的大强度降雨，它会因超限而不能很好地完成测量。而且以上的雨量计只适应静止状态下测量，不能应用在运动的载体上完成动态降雨的测量。
本发明的目的在于提供一种能够克服上述缺点的雨量、雨强的测量方法和装置，采用雨水量化器将雨水变成水滴，经水滴电脉冲转换器，将水滴变为电脉冲，并由计算机自动进行计数、计算，成为实时测量、可长期保存数据的自动装置，并可一次性提供雨量、雨强测量需要的任何参数。
本发明的方法是：
雨水从接雨口泄水管经集雨器进入测雨探头的雨水量化器，调节雨水量化器间隙，使雨水成为规范水滴，水滴电脉冲转换器使水滴变为电脉冲由单片机进行测量，根据水滴的多少与降雨时间计算出雨量、雨强。
本发明的装置，由接雨口、测量器组成，其特征在于：
为了防止本发明的装置放置于室外使用时有可能由于枯枝败叶、泥沙粉尘侵入雨水量化器2而使其受堵，接雨口1的下部置有一过滤杯8，以阻挡较大的异物。另一方面，还要保证相当的泄水能力，对水流穿过的时间常数尽可能的小，以保证降雨的实时测量，本发明采用了50-100目的铜网做成过滤杯8。
测量器由测雨探头7（雨水量化器2、水滴电脉冲转换器3）、数字接口电路4、单片机5和输出电路6所组成：
雨水量化器2是将收集的雨水变成规范性的水滴的部件，俗称为滴管。由量化器上管10和量化器下管14组成，量化器上管10有连接螺纹11与量化器下管14连接，量化器上管10既作为雨水容器，又作为控制阀。其中间有一尖锥杆12与量化器下管14的漏斗形锥孔15相对应并保持一间隙，其间隙由上下量化器10、14连接处的螺纹11进行调节，以控制进入出水管16水的流速，即既要保证流出的是水滴，又要泄漏畅通，管内积水多于3-5滴（每滴约为0.003mm降雨量）即可启动雨水量化器2，当管内积水很满（即水压增大）时，仍能保持出水口17以相同的水滴形式输出而不形成连续的水流以完成降雨的量化作用，其间隙的大小控制在0.15-0.4mm范围。
尖锥杆12旁有四个透水孔13，供均匀向下透水。
量化器下管14又称量化斗，斗上口有螺纹14与量化器上管10相接。其外形似一漏斗，斗底是一细长的出水管16，出水管16上部是漏斗形锥孔15，出水管16下端是出水口17，为防止偶然的出现“气泡塞死”现象其孔径稍大于出水管16的直径。为保证雨水量化器2的正常工作，出水管16的直径为2-4mm，出水口17直径为3-6mm，相当于每个量化水滴的大小为0.08ml-0.16ml水量，对标准的雨量计（接雨口1直径为200mm）而言，每水滴折合降雨量为0.0025-0.004mm。出水管16的长度为10-20mm，出水口17的长度为5-10mm。
雨水量化器2要适应各种不同的环境使用，必须采用合适的耐腐蚀的又较易于加工的金属或非金属制成，如不锈钢、聚四氟乙烯等。
水滴电脉冲转换器3是由若干对相间嵌置在圆孔四周的针状电极a及b、电阻R1、放大器IC1组成，a电极接地，b电极接放大器同相端，它们在中心处截断形成一适当的小孔。该小孔与雨水量化器的出水口17同心并有一定的间距。小孔的孔径略大于水滴的半径。电极对数的选择取决于本发明使用于运动载体测量时水滴的偏移量以保证可靠地测量而定。在没有水滴经过时，电极间呈高阻状态，电源电压经R1将高电平加在IC1的同相端，IC1的输出端A亦呈高电平，当水滴穿过电极中心时，只要同时短接近相邻的任意两个a、b电极，即相当于放大器IC1的同相端瞬间接地。放大器IC1的输出端A立即跳到低电平，水滴流过电极后，A点又恢复成初始的高电平状态，每一个水滴经过电极，使A点产行一个完整的脉冲。
本发明的一组雨水量化器2和水滴电脉冲转换器3构成一个单体测雨探头，其最大雨强测量为1.5mm/S，为满足国际标准的要求（最大雨强应为4.5mm/S），故一台完整的流量式雨量、雨强的测量装置的测量器，由三个单体测雨探头构成。
测雨探头输出的脉冲数，通过接口电路4送至单片机5系统按照预定的程序进行计算、统计，经输出电路6去显示、打印所需的雨量、雨强参数，或经长线传输给计算机进行进一步处理。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
（1）.测量灵敏度和精度有显著的提高;
（2）.绝对误差极小，全量程保持同一精度;
（3）.可测瞬时雨量，故不但可作雨量计使用，同时可作雨强计使用;
（4）.被测雨水不需保存，可作动态测量。
附图说明：
图1为本发明的框图
1.接雨口 2.雨水量化器
3.水滴电脉冲转换器 4.数字接口电路
5.单片机 6.输出电路
7.测雨探头
图2为本发明的雨水量化器的剖面图
1.接雨口 8.过滤杯
9.集水器 10.雨水量化器上管
11.连接螺纹 12.尖锥杆
13.透水孔 14.量化器下管
15.漏斗形锥孔 16.出水管
17.出水口
图3为本发明的水滴电脉冲转换器电原理图
a.b.针形电极对 R1.放大器的偏置电阻
IC1.放大器 R2.R3.放大器的比例电阻
A.放大器的输出端
结合附图说明实施例
本发明的实施例是将雨量传感器（它包括三个测雨探头现以一个为例说明之）安装在接雨口7下。接雨口7下部装有50目铜网杯8，接雨口7的泄水管对着雨水量化器3上面的集水器9，雨水由集水器9流入雨水量化器2，经透水孔13流经尖锥杆12与漏斗形锥孔15间的约0.3mm间隙形成水滴，水滴经出水管16和出水口17滴到水滴脉冲转换器3之电极a、b的中间，出水管16的直径为3mm，其长度为15mm;出水口17的直径为4.8mm，其长度为6mm。
水滴脉冲转换器3的针形电极a、b采用二对正交安置，放大器IC1采用LM158型运放。
本实施例的测量雨量灵敏度为0.005mm，最大测量雨强大于4.5mm/s。
Claims (9)
1、一种流量式雨量、雨强测量方法，其特征在于：
①雨水由接雨口(1)进入雨水量化器(2)，由量化器上管(10)的尖锥杆(12)与量化器下管(14)的漏斗形锥孔(15)的间隙作用，经出水管(16)后变成规范水滴，根据水滴的多少计算出雨量；
②水滴电脉冲转换器(3)在没有水滴经过时，电极间呈高阻状态，电源电压经R1将高电平加在IC1的同相端，IC1的输出端A亦呈高屯平，水滴流经屯极时电极相对短路，放大器IC1的同相端瞬间接地，放大器IC1的输出端A亦呈低电平，水滴流过电极后，A点又恢复成高电平状态，一个水滴经过电极，使A点产生一个完整的脉冲；
③水滴电脉冲经数字接口电路(4)去单片机(5)按照预定程序进行计数、计算并经输出电路(6)进行显示、打印所需的雨量、雨强等参数或进行进一步处理。
2、一种流量式雨量、雨强的测量装置，由接雨口、测量器组成，其特征在于：
①测量器由测雨探头（7）、数字接口电路（4）、单片机（5）和输出电路（6）所组成，测雨探头（7）由雨水量化器（2）和水滴电脉冲转换器（3）组成;
②接雨口（1）下部有过滤筛杯（8）;
③雨水量化器（2）由量化器上管（10）和量化器下管（14）组成，量化器上管（10）有连接螺纹（11）与量化器下管（14）连接，有四个透水孔（13），中间连接有一尖锥杆（12）与量化器下管（14）的漏斗形锥孔（15）相对应并保持一间隙，其间隙由上下量化器（10）（14）连接处的螺纹（11）进行调节，漏斗形锥孔（15）下面是出水管（16），出水管（16）下是出水口（17），其孔径稍大于出水管（16）的直径;
④水滴电脉冲转换器（3）是由若干对相间嵌置在圆孔四周的针状电极a及b、电阻R1、放大器IC1组成，a电极接地，b电极按放大器同相端，它们在水滴脉冲转换器（3）中心处截断形成一适当的小孔。该小孔与雨水量化器（2）的出水口（17）同心并有一定的间距。小孔的孔径略大于水滴的半径。
⑤一台完整的流量式雨量、雨强的测量装置之测量器，由若干组测雨探头组成。
⑥水滴电脉冲转换器（3）输出的脉冲，通过数字接口电路（4）送至单片机（4）按照预定的程序进行计数、计算，统计，经输出电路（6）去显示、打印所需的雨量、雨强参数，或去计算机进行进一步处理。
3、根据权利要求2所说的流量式雨量、雨强的测量装置，其特征在于：过滤杯（8）是由50至100目的铜网做成。
4、根据权利要求2所说的流量式雨量、雨强的测量装置，其特征在于：出水管（16）的直径为2-5mm，长度为10-20mm。
5、根据权利要求2所说的流量式雨量、雨强的测量装置，其特征在于：出水口（17）的直径为3-6mm，长度比是5-10mm。
6、根据权利要求2所说的流量式雨量、雨强的测量装置，其特征在于：尖锥杆（12）同漏斗形锥孔（15）的间隙在0.15-0.4mm间。
7、根据权利要求2所说的流量式雨量、雨强的测量装置，其特征在于：水滴电脉冲转换器（3）的针状电极为1-4对。
8、根据权利要求2所说的流量式雨量、雨强的测量装置，其特征在于：雨水量化器（2）采用耐腐蚀又易加工的金属或非金属制造。
9、根据权利要求2所说的流量式雨量、雨强的测量装置，其特征在于：一台完整的流量式雨量、雨强的测量装置，包括一至五个测雨探头（7）。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN 93120653 CN1044834C (zh) | 1993-12-06 | 1993-12-06 | 流量式雨量、雨强的测量方法和装置 |
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| CN 93120653 CN1044834C (zh) | 1993-12-06 | 1993-12-06 | 流量式雨量、雨强的测量方法和装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN1103718A true CN1103718A (zh) | 1995-06-14 |
| CN1044834C CN1044834C (zh) | 1999-08-25 |
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| CN 93120653 Expired - Fee Related CN1044834C (zh) | 1993-12-06 | 1993-12-06 | 流量式雨量、雨强的测量方法和装置 |
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|---|---|
| CN (1) | CN1044834C (zh) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100432705C (zh) * | 2004-12-02 | 2008-11-12 | 上海大学 | 液滴法电容式雨量计量方法及装置 |
| CN106501879A (zh) * | 2016-12-12 | 2017-03-15 | 山东赛瑞智能科技有限公司 | 实时雨量测量系统 |
| CN115185018A (zh) * | 2022-07-12 | 2022-10-14 | 中庆建设有限责任公司 | 道路雨雪感知装置及道路雨雪判断方法 |
-
1993
- 1993-12-06 CN CN 93120653 patent/CN1044834C/zh not_active Expired - Fee Related
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| CN1044834C (zh) | 1999-08-25 |
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