CN111727382A

CN111727382A - 雨量计/气象站

Info

Publication number: CN111727382A
Application number: CN201880085101.XA
Authority: CN
Inventors: D.J.奥格顿; J.M.德拉科恩; R.迪特洛夫; M.J.西拉古萨诺
Original assignee: Rubicon Research Pty Ltd
Current assignee: Rubicon Research Pty Ltd
Priority date: 2017-11-08
Filing date: 2018-11-08
Publication date: 2020-09-29
Also published as: AU2018363881A1; PE20201076A1; US20210026040A1; EP3707536A4; BR112020009204A2; JP7251880B2; AU2018363881B2; JP2021502565A; MX2020004848A; WO2019090391A1; EP3707536B1; CL2020001224A1; US11531139B2; CA3082214A1; EP3707536A1

Abstract

本发明提供了一种用于测量降雨的雨量计(10)。雨量计(10)包括测量室(30)，其在一端具有入口端口(32)，而在另一端具有排放端口(34)。排放端口(34)由阀(50)关闭，并且可编程以在预定事件时打开以释放收集在测量室(30)中的水。适于接收降雨的漏斗或收集器(14)通向入口端口(32)，以及超声换能器(36)，用于将声信号(38)发送和接收到测量室(30)中。超声换能器(36)是可编程的，以确定测量室(30)中的水位。本发明还包括一种具有雨量计(10)的自动气象站(300)。

Description

雨量计/气象站

本申请要求2017年11月8日提交的澳大利亚临时专利申请号2017904534和2018年2月26日提交的澳大利亚专利申请号2018900611的优先权，两者说明书的全部内容通过引用合并于此。

技术领域

本发明涉及一种雨量计，特别地但非排他地涉及一种独立的雨量计，或者一种可被并入计算机控制的灌溉管理系统或自动气象站中的雨量计。

背景技术

20世纪初开发的标准雨量计包括漏斗，其附接到装入较大容器中的量筒。如果水从量筒溢出，则外部容器会捕获水。进行测量时，将测量量筒，然后将多余的部分放入另一量筒中并进行测量。在大多数情况下，量筒以毫米为单位标记且最多可测量25毫米的降雨量。量筒上的每条水平线为0.2毫米。较大容器收集从量筒顶部附近的小孔流出的超过25毫米的任何降雨量。这种雨量计的问题在于必须定期对其进行手动检查和排空。它不能集成到基于计算机的系统中，并且需要持续的人工监督。

为了使降雨量的测量自动化，开发了翻斗式雨量计。原始的翻斗式雨量计包括固定到地面中的大铜量筒。量筒的顶部是收集和引导降水的漏斗。降水落在两个小桶或杠杆之一上，它们以与秤相同的方式平衡。在等于0.2毫米的降水量落下后，杠杆将倾斜且电信号被发送到记录器。记录器包括安装在附接到齿轮的臂上的笔，齿轮随从收集器发送的每个信号移动一次。当齿轮转动时，笔臂向上或向下移动，从而在图形上留下痕迹并同时大声单击。臂的每次跳动在噪音方面有时也被称为“喀哒”声。该表以10分钟时间段(竖直线)和0.4毫米(水平线)为单位进行测量，每24小时旋转一次，并由必须手动上弦的发条马达(现在由电动马达代替)驱动。翻斗式雨量计的精度不如标准雨量计，因为在杠杆倾斜之前降雨可能会停止。当下一场降雨开始时，最多可能需要一两滴雨滴就能使杠杆倾斜。然后，这会表明实际上仅一分钟量降了0.2毫米。翻斗还容易低估降雨量，特别是在降雪和强降雨事件中。另一缺点是这些设备通常由于藻类或其他残留物的进入而不能正确地排出。翻斗式雨量计的优点是可以轻松获得降雨的特性(小、中或大)。降雨特性取决于在设定时间段(通常为1小时)内降雨的总量，并通过计数10分钟时间段内“喀哒”声的次数，观察者可以确定降雨的特性。可以将校正算法应用于数据，作为针对高水平降雨强度量校正数据的公认方法。现代倾翻式雨量计包括在枢轴上平衡的塑料收集器。倾斜时，它会致动开关(比如簧片开关)，然后将其电子记录或传输到远程采集站。

发明内容

本发明的一目的是提供一种精确且几乎不需要人工干预的雨量计。

本发明的另一目的是提供一种制造便宜并且可以集成到计算机控制的灌溉管理系统或自动气象站中的雨量计。

在本说明书中，“球阀”应解释为受约束的可移动球形球，其在关闭位置时密封出口端口，以防止流体从中流出；在打开位置，其没有所述出口端口，以允许流体在重力作用下快速流过所述出口端口。

鉴于这些目的，本发明可以提供一种用于测量降雨的雨量计，所述雨量计包括：测量室，其在一端具有入口端口，而在另一端具有排放端口，所述排放端口由球阀关闭，所述球阀是可编程的，以在预定事件时打开以释放收集在所述测量室中的水；漏斗或收集器，其适于接收降雨，所述漏斗或收集器通向所述入口端口；以及超声换能器，用于将声信号发送和接收到所述测量室中，所述超声换能器是可编程的，以确定所述测量室中的水位，并且是可编程的，以允许基于所述超声换能器与所述球阀表面之间的距离来校准所述雨量计。

优选地，提供进入所述测量室的平滑弯曲入口，以减少进入所述测量室的水的湍流。

在实际的实施例中，所述测量室包括密封环，以确保在所述排放端口处的流体密闭。优选地，所述密封环位于所述排放端口内，并且所述球阀邻接所述密封环和所述排放端口。

优选地，所述球阀通过螺线管致动器打开和关闭。螺线管致动器可包括与所述球阀配合以允许打开和关闭所述球阀的倾斜构件。

在另一实施例中，浮子阀位于所述排放端口内，以防止当所述球阀关闭时物质进入。还可以在所述漏斗中设置水溢流排放口，以防止所述测量室过度填充。

在另一方面，其中，进入所述入口端口的水流不干扰超声换能器的操作，并且所述超声换能器位于所述入口端口上方。

优选地，偏置管将所述漏斗或收集器连接至所述入口端口。偏置管允许水层流流入所述入口端口。

另一方面包括所述漏斗或收集器在其开口端具有第一过滤器，以减少污染物进入所述雨量计。第一过滤器可以包括带有锋利边缘的穿孔金属格栅，以减少风影响以及鸟类或其他生物覆盖所述漏斗或收集器的风险。第二过滤器可以位于所述漏斗或收集器内，并且所述第二过滤器比所述第一过滤器细。

优选地，所述测量室是管状的并且具有恒定的横截面积。

在另一实施例中，所述测量室集成在壳体中，所述壳体在其顶部包括螺线管致动器，所述螺线管致动器向可滑动地位于所述壳体内的推杆提供运动，并且所述推杆与摇臂配合以接合所述球阀。优选地，所述壳体在所述排放端口内包括多个叶片，以限制所述球阀的横向运动。

优选地，所述校准考虑到温度和湿度影响，并且可被编程为在所述测量室为空并且没有预报或未检测到降雨时发生，所述校准基于所述超声换能器与所述阀之间的距离。

雨量计可以包括多个超声换能器，其形成布置在所述漏斗或收集器上方和周围的声学风速计，以允许计算风速和方向。

测量管可以位于所述测量室内，其一端邻近所述球阀，而另一端固定至所述超声换能器，以允许在所述测量管内发送和接收所述声信号。至少一个排气口可以位于所述测量管中，以使所述测量室和所述测量管的水位均等。

雨量计可以具有帽构件，其位于所述漏斗或收集器内并且在所述入口端口上方，所述帽构件适于将降雨引导到所述入口端口中。帽构件可以是锥形壳体，并且在漏斗或收集器之间具有间隙，以在使用中引导降雨从帽构件的顶部穿过所述间隙并进入所述入口端口。帽构件通常由所述漏斗或收集器中的多个竖直腿支撑。超声换能器可以位于所述测量室上方的所述帽构件中。

优选地，雨量计被编程为当所述球阀打开时导出或内插水位的变化，以提供所捕获的降雨的连续和累积的测量。

雨量计可包括位于所述漏斗或收集器内部的杯状构件，所述杯状构件具有沿周向围绕其侧面和基部的多个狭槽，以允许雨水进入所述杯状构件，以通过所述多个狭槽流出从而进入所述漏斗或收集器。优选地，中空锥形凸台从所述杯状构件的基部突出，所述中空锥形凸台在其顶部具有孔，日射强度计的扩散器穿过该孔突出。

本发明还可以提供一种计算机控制的灌溉管理系统，包括至少一个先前定义的雨量计，所述系统被编程为提供操作控制和收集来自所述至少一个雨量计的数据。

本发明还可以提供一种自动气象站，包括如先前定义的雨量计、用于电力的太阳能电池板、具有用于操作分析的计算机控制的数据记录器以及温度计、风速计、风向标、湿度计、气压计、云高仪、当前天气传感器和/或能见度传感器、积雪深度传感器和日射强度计中的一个或多个。

本发明还可以提供一种自动气象站，包括如先前定义的雨量计，所述气象站包括壳体，所述雨量计位于其顶部以收集雨水，所述壳体在所述雨量计下方具有史蒂文森筛网，以保护包含在其中的气象仪器免受降水和来自外部源的直接热辐射，同时允许空气在它们周围自由流通。

壳体可包括多个超声换能器，其形成布置在所述史蒂文森筛网下方的声学风速计，以允许计算风速和方向。

优选地，自动气象站包括位于从所述雨量计延伸的帽构件内的日射强度计。通常，所述日射强度计包括由光扩散器保护的UV传感器或光电二极管。

优选地，鸟类控制尖刺从所述雨量计突出，以防止鸟类栖息在所述气象站上。在另一实施例中，所述壳体是圆柱形的。

在又一实施例中，所述壳体由互锁部件形成，互锁部件由穿过所述互锁部件中的孔的杆保持在一起。所述杆和/或所述孔中的一个或多个可以结合用于无线电通信的天线。所述百叶窗中的一个或多个还可以结合用于无线电通信的天线。

附图说明

为了使本发明更容易理解并付诸实践，现在将参考附图，其中：

图1是根据本发明制造的雨量计的优选实施例的剖视图；

图2是根据本发明制造的雨量计的另一实施例的剖视图；

图3是根据本发明制造的雨量计的另一实施例的剖视图；

图4是图3所示的雨量计的变型的剖视图；

图5是图3中标记为5的区域的放大图；

图6是图3所示的雨量计的俯视图；

图7是降雨测量期间的累积水位与时间的曲线图；

图8是包括雨量计的气象站的实施例的顶部透视图；

图9是图8所示的气象站的底部透视图；

图10是图8所示的气象站的第一侧视图；

图11是图8所示的气象站的第二侧视图；

图12是图8所示的气象站的俯视图；

图13是图8所示的气象站的底视图；

图14是沿图10中的箭头14-14并在其方向上的剖视图；

图15是沿图11中的箭头15-15并在其方向上的剖视图；

图16是图8中所示的部分拆卸的气象站的透视图，其中没有漏斗或收集器以及测量室；

图17是包含在图8所示的气象站内的雨量计的透视图；

图18是图17的后视图；

图19是沿图18中的箭头19-19并在其方向上的剖视图，其中球阀处于关闭位置；

图20是与图19相似的视图，其中球阀处于部分打开位置；以及

图21是图16所示的区域21的放大图。

具体实施方式

在附图的图1中，示出了雨量计10，其具有主壳体12和用于捕获降雨的漏斗或收集器14。漏斗或收集器14通常是锥形的并且位于主壳体12上方。在该图中，示出了两级过滤器系统，其中粗过滤器16在开口18处，而较细过滤器20位于漏斗或收集器14内。尽管示出了两个过滤器16、20，但如果需要，本发明将使用一个过滤器或不使用过滤器来操作。优选的是，过滤器16是具有锋利边缘的穿孔金属格栅，约10mm深。过滤器16的功能是减少影响进入漏斗或收集器14的正确降水量的风，并阻止鸟类或其他生物阻塞、站立或排便到漏斗或收集器14中。漏斗或收集器14缩小到小直径出口22并连接到偏置管24，其优选与出口22具有相同的直径。为了减少进入偏置管24的水的湍流，弯曲部分26将出口22与偏置管24连接。水将沿如箭头28所示的层流路径中的偏置管24通过进入测量室30。可以将偏置管24相对于主壳体12的角度设定为确保水层流通过。

测量室30的横截面是圆形的，并且其横截面积基本小于开口18的横截面积，通常为50:1的比例。入口端口32设置在测量室30的顶部，而排放端口34设置在测量室30的底部。超声换能器36位于入口端口32的顶部，并发送和接收声信号38到测量室30中。针对测量室30中的水位40发送和反射的信号的所经过时间的测量将提供关于水位40和超声换能器36之间的距离的数据，并因此提供降雨的测量。

为了保护超声波换能器36不受水损害，水溢流通道42将入口端口32连接到排放端口34。测量室30内的水的任何过度填充将如箭头44所示进入水溢流通道42，并且不会干扰超声换能器36。通过使光滑的弯曲或凸出部分46通向测量室30，可以提高超声换能器36的测量精度。弯曲部分46将保持来自偏置管24的层流。弯曲部分46确保没有可能会反射声信号38的水湍流。弯曲部分46入口还将声信号38汇集到测量室30中，以确保在偏置管24和测量室30的入口过渡处没有表面反射。

测量室30通向具有锥形横截面的排放端口34。圆形弹性O形环48位于测量室30中的环形凹槽中。球阀50关闭测量室30，并通过球阀50对O形环48的密封接合防止水逸出。球阀50通过往复的斜坡构件52的力保持在关闭位置。斜坡构件52具有平坦部分54以保持关闭位置，以及倾斜部分56，其在被螺线管致动器60的柱塞58拉动时允许球阀50下降。螺线管致动器60的打开和关闭运动由箭头62指示。排放端口34还包括锥形帽64，在其底部具有排放孔66。当水没有从排放端口34释放时，排放孔被防止昆虫进入的浮球68覆盖。

在使用中，球阀50通过其与O形环48的密封接触而封闭测量室30的排放端口34。雨水通过开口18落入漏斗或收集器14中，并通过过滤器16和20过滤。水通过出口22落入偏置管24中并流入测量室30的入口端口32。超声换能器36发送和接收声信号38，以便测量信号在测量室30中从水表面40(如果存在水)或者从所述球阀50的表面(如果不存在水)反射出来所经过的时间。可以测量水位或球阀表面与超声换能器36之间的距离。可以通过计算机监测系统(未示出)来解释和监测测量以提供降雨数据。当在降水期间测量室30填充时，连续测量水40的深度，直到水位达到预定深度70，在该点处，螺线管致动器60操作以使斜坡构件52移动。斜坡构件52的运动允许球阀50通过其与倾斜部分56接触而降低。水将通过排放端口34从测量室30释放。然后，螺线管致动器60将操作以把球阀50推入O形环48来关闭测量室30。测量室30重新开始填充并再次测量水位，直到水位达到预定深度70且该循环重复。排空和填充过程提供连续的无人值守的降雨测量。由于在球阀50关闭时所记录的水位开始测量，因此在每个循环中不必将所有水都排放。计算机监测系统可以提供视觉表示，例如降雨与时间的曲线图。当阀排空时，此曲线图中将有小的间隙和急剧下降。计算机监测系统可以在阀打开之前和刚好在阀关闭之后平均降雨量。然后，该数据可以用于使用此平均来提供曲线图的插值平滑校正。

图2示出了图1所示实施例的变型，其中横截面是面对图1所示视图的左侧截取的。因此，未示出偏置管24、溢流通道42和漏斗或收集器14，但它们将与主壳体12结合，如图1所示。为了避免重复描述，图1中相同的整数将在图2中具有相同的附图标记和功能。主要区别在于，螺线管致动器60现在位于主壳体12的顶部，而斜坡构件52已由推杆72和摇臂74代替。推杆72可滑动地位于主壳体12中的纵向孔76内。推杆72在顶部与螺线管致动器60的弹簧加载的柱塞58接触并且在底部与摇臂74的一端接触，以保持球阀50的关闭。摇臂74在78处可枢转地安装到排放端口34内的多个设置叶片80之一，通常为四个。竖直叶片80还将限制球阀50和浮球68的横向运动。主壳体12的下部分82可以是可拆卸的，以允许对其维修和清洁。

在使用中，当螺线管致动器60被致动以缩回柱塞58时，球阀50将被打开。摇臂74将枢转以释放球阀50并排空测量室30。当螺线管致动器60未被致动时，弹簧加载的柱塞58将迫使推杆72向下枢转摇臂74并关闭球阀50。该实施例将使电子部件即超声换能器36和螺线管致动器60远离水环境。

图3、5和6示出了图2所示实施例的变型。为了避免重复描述，在图1和2中的相同整数将在图3、5和6具有相同的附图标记和功能。在该实施例中，测量室30包括同轴管90，其在底部92处开口并且在上端94处通过超声换能器36封闭。同轴或测量管90的底部92靠近球阀50的距离允许水自由进入同轴管90。与超声换能器36相邻的排气口96允许测量室30中的水与同轴管90中的水处于同一水位以避免气锁。

来自进入漏斗或收集器14的雨滴98的湍流由位于过滤器20下方的锥形壳体100形式的帽构件控制。锥形壳体100具有弯曲周向边缘200，并且与漏斗或收集器14的竖直壁204形成同轴间隙202，以使雨水从锥形壳体100排放到漏斗或收集器14中。过滤器20将遵循锥形壳体100和竖直壁204的形状。锥形壳体100位于从主体12延伸的多个竖直腿101上并提供间隙(未示出)，以允许水从漏斗或收集器14如箭头102所示进入测量室30。进入测量室30的位置在103处平滑弯曲或凸出，以提供进入水的层流。锥形壳体100还用作伞，以通过装配在内部来保护超声换能器36免受湿气暴露。螺线管致动器60也装配在锥形壳体100内部。相关的电子电路(未示出)可以容易地安装在锥形壳体100中。锥形壳体100可容易地移除以进行任何所需的维护，并允许接近超声换能器36和螺线管致动器60。将超声换能器36附接到同轴或测量管90还确保不会有水溅入管内，否则会引起干扰和超声信号反射。水溢流通道42连接到至少一个竖直腿101中的孔206，并以参照图1描述的方式操作。竖直腿101还可以包含如图所示的推杆72和电子布线(未示出)。

如图5所示，在该实施例中，O形环99位于从主壳体12的端部稍微偏置的凹槽中，以提供在关闭位置与球阀50接触的锋利边缘104。这将确保当从球阀50的顶部反射声信号时，球阀50的顶部与超声换能器36之间的距离保持恒定。因此，将避免来自O形环99的可压缩性的距离误差。

图3、5和6中的实施例的操作与图2所示的实施例非常相似。主要区别在于水流入测量室30和同轴或测量管90以达到相同水位40。超声换能器36仅发送和接收管90内的声信号38。否则，雨水的测量和球阀50的操作与先前参考其他实施例描述的相同。

图4示出了图3、5和6所示实施例的变型。为了避免重复描述，在图3、5和6中的相同整数在图3、5和6中具有相同的附图标记和功能。这两个实施例之间的区别在于，测量管90已被移除，并且基本上以与图1和2所示的方式相似的方式操作。

在所有实施例中，从水深度导出的体积计算将基于针对图1、2和4至6所示的实施例的同轴或测量管90的横截面积。对于具有同轴或测量管90的图3所示实施例的体积计算采用的水的横截面积等于：

(测量室30的横截面积)–(同轴或测量管90的环形面积)

图7中的曲线图示出了对于在预定时间打开球阀50以释放水而计算的校正。对于球阀50打开时的短暂时间段，测量室30和/或测量管90中的水位(x)下降。软件针对在阀50打开的时间段导出(内插)水位X_o的变化，因此能够在连续的时域内对捕获的降雨进行连续和累积测量。

打开时间T_o＝t₂–t₁，其中：

t₁是阀打开的时间，并且

t₂是阀关闭的时间。

软件计算：

a.在t₁之前的时间段ΔT_prior的水位变化率ΔX_prior；以及

b.在t₂之后的时间段ΔT_after的水位变化率ΔX_after。

然后，软件确定阀打开前后的平均变化率：

(ΔX_prior+ΔX_after)/(ΔT_prior+ΔT_after)

水位X_o的等效变化：

X_o＝T_o x(ΔX_prior+ΔX_after)/(ΔT_prior+ΔT_after)

阀打开前的累积水位xcum；

x_cum＝x₁(在时间t₁的水位)

阀关闭后的累积水位x_cum：

x_cum＝x₁+X_o＝x₂

超声换能器36依靠已知的参考测量来补偿由于温度和湿度引起的空气中声速的变化。该设备的参考测量是到球阀50的顶表面的距离。控制雨量计10的软件将定期(通常每天)打开球阀50，并在未检测到降雨时间段时排放任何残留水。可以使用降雨预报软件来帮助确定无降雨时间段。在所有水已从测量室30排放之后且没有降水，可针对温度和湿度影响而对雨量计校准。

在另一方面，空气温度的直接测量将使得能够在校准过程期间导出湿度。声信号从球阀50发送和反射的时间是温度和湿度的函数。当已知温度、发送时间和到球阀50的距离时，可以计算湿度。

图3至6还允许使用声学风速计109测量风速和风向。声学风速计109是可商购的，并且使用超声脉冲的飞行时间来检测风吹得有多快。通常，使用三个或更多个超声换能器108并将其安装在彼此等距且从漏斗或收集器14的顶部径向偏置的臂106上。声学风速计109的定位不限于漏斗或收集器14的顶部，而是可以位于其底部，如将在后面的实施例中所述。超声换能器108将测量在风经过漏斗或收集器14顶部时风速和方向的水平分量。超声换能器108的其中信号方向与漏斗或收集器14竖直偏置的位置将使得能够检测阻塞在超声换能器之间传递的信号的物体(例如碎屑)。如果植物碎屑比如树枝、细枝和树叶阻塞漏斗开口且过滤器16就位，则这一点尤其重要。如果发生此类事件，这将允许生成警报。

雨量计10通常位于地面上，以避免当雨量计位于地面上方一定距离时发生的风影响。风速计109集成在雨量计中将使雨量计直接针对风影响进行校准，因此可以定位在地面上方并能够准确地测量降雨(降水)。风速是用于计算蒸散量的气象站输入变量。

图1至7中的雨量计10可集成到自动气象站(未示出)中，其将包括用于电力的太阳能电池板、具有用于操作分析的计算机控制的数据记录器以及温度计、风速计(如前所述)、风向标、湿度计、气压计、云高仪、当前天气传感器和/或能见度传感器、积雪深度传感器和日射强度计中的一个或多个。

图8至21示出了将雨量计集成到紧凑型气象站300中。为了避免重复描述，在图1至7中的相同整数在图1至7中具有相同的附图标记和功能。气象站300基本上是圆柱形的，但可以像传统气象站中那样是方形的，或者是任何其他期望的形状。雨量计302适于附接到史蒂文森筛网304。史蒂文森筛网304是遮蔽物或罩，以保护气象仪器免受降水和来自外部源的直接热辐射，同时仍允许空气在它们周围自由流通。多个百叶窗306(并非全部都被标记)提供了保护并允许空气流通，如图9和14最佳所示。基部构件308完成该结构，并且通过空气间隙310与史蒂文森筛网304隔开。通过使用百叶窗穿过并彼此互锁的四个杆303，简化了气象站300的组装。每个杆303固定在气象站的顶部和底部。环312可以包含杆或基座(未示出)，并且可以通过可调节的夹紧构件314设置在适当位置。多个鸟类控制尖刺316从气象站300伸出以防止鸟类栖息。鸟类会产生大量难看且不卫生的粪便，这些粪便会污染气象站。结果，鸟类控制尖刺316用来阻止这些鸟类而不致造成伤害或杀死它们。

图17至20示出了类似于图4中所示的雨量计302。主要区别在于球阀50的操作的改变、水溢流通道42的移除以及锥形壳体100的改变。摇臂74的一端直接联接至弹簧加载的柱塞58，而另一端保持与球阀50接触。为了完全防水，可以将索环(未示出)插入壳体开口320中。图19示出了球阀50关闭时的水位40，图20示出了当致动螺线管60被致动以通过排放孔66排放时水如箭头322所示排空。如果需要的话，浮球68连同下部分82一起也可以省略。排放的水将落在轻微锥形板324上(图14和15)，并从史蒂文森筛网304流到地面。

水溢流通道42已由中空凸台326(在图15中最佳所示)代替，其直接通向史蒂文森筛网304并落到轻微锥形板324上以被排走。中空凸台326具有狭槽328，溢流水将通过狭槽328进入以从中落下。

在该实施例中，锥形壳体100以及第一和第二过滤器16、20已被修改。杯构件330位于漏斗或收集器14的竖直壁204的内部。第二过滤器20已被省略，第一过滤器16包括沿周向围绕杯构件330的侧面和基部的多个狭槽332。锥形中空凸台334从杯构件330的基部上升，并且进入杯构件330的雨水可以直接流过狭槽332，或者可以通过狭槽332从漏斗或收集器14排放到锥形中空凸台334中至测量室30。用于控制气象站300的印刷电路组件336可被封装并成形为位于杯构件330下方。气象站300包括日射强度计338，以测量平面表面上的太阳辐照度，并且其被设计为用于测量在300nm至2800nm的典型波长范围内的太阳辐射通量密度(W/m²)。日射强度计338可以是具有扩散器或滤光器340的光电二极管。扩散器或滤光器340将穿过锥形中空凸台334的顶部的孔342(图16)伸出并密封地固定在其上。可以使用连接器352将日射强度计338联接到印刷电路组件336。包括日射强度计338在雨量计或气象站内提供了强大且方便的添加。

吊舱344中的气象仪器附接到印刷电路组件336或位于史蒂文森筛网304内。通常，吊舱344可包含从温度传感器、湿度传感器、大气压力传感器和任何其他期望的气象仪器中进行的选择。超声传感器36还被结合到印刷电路组件336中，并且将声信号发送和接收到测量室30中，如参考先前讨论的实施例所述。

空气间隙310提供用于测量风速和方向的区域。通常，使用三个或更多个超声换能器108(在该实施例中示出了四个)并将其安装在彼此等距的板346上并指向基部构件308。超声换能器108在空气间隙310内使用共振声(超声)波以便执行其测量。当风通过空气间隙310时，波的特性发生改变(相移)。通过测量每个换能器接收到的信号中的相移量，并且然后通过数学方式处理数据，传感器能够提供风速和方向的精确水平测量。布线机348将超声换能器108联接到印刷电路组件336上的电连接器350。

在另一实施例中，气象站300可以结合一个或多个RF(射频)天线，用于与其他气象站或计算机控制的灌溉管理系统(未示出)进行通信。自动气象站通常连接到遥测系统以实时访问数据。遥测系统通常使用RF网络进行通信。因此，RF天线通常是气象站基础设施的组成元件。其与气象站元件联接的位置通常是有问题的。气象站300具有多个杆303，其为构成气象站的元件提供结构支撑。杆303和/或它们穿过的孔可以结合天线(未示出)。可以设置至少一个天线，或者可以使用多个天线来改善接收。另外，可以将天线(未示出)结合到一个或多个百叶窗306中。这将允许天线设计中所需的竖直(通过杆303)和水平(通过百叶窗306)以适应所采用的各种频率。并置天线的固有问题是干扰。对于多天线应用，提出了每个天线的使用将由软件管理以对它们的操作进行排序，从而在其操作方面不会有任何重叠。这通常称为多路复用。

在另一实施例中，雨量计10或气象站300可以集成到计算机控制的灌溉管理系统(未示出)中。在2018年8月14日提交的国际专利申请号PCT/AU2018/050858的说明书中公开了这样的系统。国际专利申请号PCT/AU2018/050858的内容并入本文。可以将雨量计10或气象站300安装在国际专利申请号PCT/AU2018/050858中讨论的每个太阳能控制设备上。该系统可以包括雨量计10或气象站300上的以下一项或多项操作：

1.连续实时测量降雨；

2.当水位达到预定参考水位时打开球阀以排放测量室；

3.如果排放不能将所有水从测量室释放，则继续从测量室内的水位测量水位；

4.检测降雨的停止，以便可以排放测量室中的水；

5.根据到球阀的已知距离重新校准超声换能器，并针对温度和湿度的变化调节参数；

6.从温度测量导出雨量计处的湿度；

7.如果水位下降而没有降雨，则检测球阀的不良密封；

8.当测量室被填充超过预定参考水位时，检测阀运行故障；以及

9.在雨量计溢流时将雨量计隔离。

可以对实施例进行变化以适合各种环境或设计要求。超声换能器可以用其他类型的传感器代替，以测量水位高度。如图3和4所示，偏置管24的形状和结构也可以改变形状或消除。

应当理解，本发明包括许多进一步的修改，这对于本领域技术人员而言是显而易见的，并且被认为落在本发明的广泛范围和界限之内，这里仅以举例的方式阐述了本发明和特定实施例的广泛性质。

Claims

1.一种用于测量降雨的雨量计，所述雨量计包括：测量室，其在一端具有入口端口，而在另一端具有排放端口，所述排放端口由阀关闭，所述阀是可编程的，以在预定事件时打开以释放收集在所述测量室中的水；漏斗或收集器，其适于接收降雨，所述漏斗或收集器通向所述入口端口；以及超声换能器，用于将声信号发送和接收到所述测量室中，所述超声换能器是可编程的，以确定所述测量室中的水位。

2.根据权利要求1所述的雨量计，还包括进入所述测量室的平滑弯曲入口，以减少进入所述测量室的水的湍流。

3.根据前述权利要求中任一项所述的雨量计，其中，所述阀是球阀，并且所述测量室包括密封环，以确保在所述排放端口处的流体密闭。

4.根据权利要求3所述的雨量计，其中，所述密封环位于所述排放端口内，并且所述球阀邻接所述密封环和所述排放端口。

5.根据前述权利要求中任一项所述的雨量计，其中，所述阀通过螺线管致动器打开和关闭。

6.根据权利要求5所述的雨量计，其中，所述螺线管致动器还包括与所述阀配合以允许打开和关闭所述阀的倾斜构件。

7.根据前述权利要求中任一项所述的雨量计，还包括在所述排放端口内的浮子阀，以防止当所述阀关闭时物质进入。

8.根据前述权利要求中任一项所述的雨量计，还包括在所述漏斗中的水溢流排放口，以防止所述测量室过度填充。

9.根据前述权利要求中任一项所述的雨量计，其中，进入所述入口端口的水流不干扰超声换能器的操作。

10.根据前述权利要求中任一项所述的雨量计，其中，所述超声换能器位于所述入口端口上方。

11.根据前述权利要求中任一项所述的雨量计，还包括将所述漏斗或收集器连接到所述入口端口的偏置管。

12.根据权利要求11所述的雨量计，其中，所述偏置管允许水层流流入所述入口端口。

13.根据前述权利要求中任一项所述的雨量计，其中，所述漏斗或收集器在其开口端包括第一过滤器，以减少污染物进入所述雨量计。

14.根据权利要求13所述的雨量计，其中，所述第一过滤器包括带有锋利边缘的穿孔金属格栅，以减少影响进入所述漏斗或收集器的正确降水量的风，并减少鸟类或其他生物覆盖所述漏斗或收集器的风险。

15.根据权利要求13或14所述的雨量计，其中，第二过滤器位于所述漏斗或收集器内，并且所述第二过滤器比所述第一过滤器细。

16.根据前述权利要求中任一项所述的雨量计，其中，所述测量室是管状的并且具有恒定的横截面积。

17.根据权利要求1至4和权利要求7至16中任一项所述的雨量计，其中，所述测量室集成在壳体中，所述壳体在其顶部包括螺线管致动器，所述螺线管致动器向可滑动地位于所述壳体内的推杆提供运动，并且所述推杆与摇臂配合以接合所述球阀。

18.根据权利要求17所述的雨量计，其中，所述壳体在所述排放端口内包括多个叶片，以限制所述球阀的横向运动。

19.根据前述权利要求中任一项所述的雨量计，其中，针对温度和湿度影响的其校准被编程为在所述测量室为空并且没有预报或未检测到降雨时发生，所述校准基于所述超声换能器与所述阀之间的距离。

20.根据前述权利要求中任一项所述的雨量计，还包括多个超声换能器，其形成布置在所述漏斗或收集器上方和周围的声学风速计，以允许计算风速和方向。

21.根据前述权利要求中任一项所述的雨量计，还包括位于所述测量室内的测量管，其一端邻近所述阀，而另一端固定至所述超声换能器，以允许在所述测量管内发送和接收所述声信号。

22.根据权利要求21所述的雨量计，其中，至少一个排气口位于所述测量管中，以使所述测量室和所述测量管的水位均等。

23.根据前述权利要求中任一项所述的雨量计，还包括帽构件，其位于所述漏斗或收集器内并且在所述入口端口上方，所述帽构件适于将降雨引导到所述入口端口中。

24.根据权利要求23所述的雨量计，其中，所述帽构件形成为锥形壳体，并且在漏斗或收集器之间具有间隙，以在使用中引导降雨从帽构件的顶部穿过所述间隙并进入所述入口端口。

25.根据权利要求23或24所述的雨量计，其中，所述帽构件由所述漏斗或收集器中的多个竖直腿支撑。

26.根据权利要求23至25中任一项所述的雨量计，其中，所述超声换能器位于所述测量室上方的所述帽构件中。

27.根据前述权利要求中任一项所述的雨量计，其中，所述雨量计被编程为当所述阀打开时导出或内插水位的变化，以提供所捕获的降雨的连续和累积的测量。

28.根据前述权利要求中任一项所述的雨量计，还包括位于所述漏斗或收集器内部的杯状构件，所述杯状构件具有沿周向围绕其侧面和基部的多个狭槽，以允许雨水进入所述杯状构件，以通过所述多个狭槽流出从而进入所述漏斗或收集器。

29.根据权利要求28所述的雨量计，还包括从所述杯状构件的基部突出的中空锥形凸台，所述中空锥形凸台在其顶部具有孔，日射强度计的扩散器穿过该孔突出。

30.一种计算机控制的灌溉管理系统，包括至少一个根据前述权利要求中任一项所述的雨量计，所述系统被编程为提供操作控制和收集来自所述至少一个雨量计的数据。

31.根据权利要求30所述的计算机控制的灌溉管理系统，所述系统包括以下操作中的一个或多个：

(a)连续实时测量降雨；

(b)当水位达到预定参考水位时打开所述阀以排放所述测量室；

(c)如果排放不能将所有水从测量室释放，则继续从测量室内的水位测量水位；

(d)检测降雨的停止，以便可以排放所述测量室中的水；

(e)根据到所述阀的已知距离重新校准所述超声换能器，并针对温度和湿度的变化调节参数；

(f)从温度测量导出所述雨量计处的湿度；

(g)如果水位下降而没有降雨，则检测所述阀的不良密封；

(h)当所述测量室被填充超过预定参考水位时，检测阀运行故障；以及

(i)在所述雨量计溢流时将所述至少一个雨量计隔离。

32.一种自动气象站，包括根据权利要求1至29中任一项所述的雨量计、用于电力的太阳能电池板、具有用于操作分析的计算机控制的数据记录器以及温度计、风速计、风向标、湿度计、气压计、云高仪、当前天气传感器和/或能见度传感器、积雪深度传感器和日射强度计中的一个或多个。

33.一种自动气象站，包括根据权利要求1至29中任一项所述的雨量计，所述气象站包括壳体，所述雨量计位于其顶部以收集雨水，所述壳体在所述雨量计下方具有史蒂文森筛网，以保护包含在其中的气象仪器免受降水和来自外部源的直接热辐射，同时允许空气在它们周围自由流通。

34.根据权利要求33所述的自动气象站，其中，所述壳体包括多个超声换能器，其形成布置在所述史蒂文森筛网下方的声学风速计，以允许计算风速和方向。

35.根据权利要求33或34所述的自动气象站，还包括位于从所述雨量计延伸的帽构件内的日射强度计。

36.根据权利要求35所述的自动气象站，其中，所述日射强度计包括由光扩散器保护的UV传感器或光电二极管。

37.根据权利要求33至36中任一项所述的自动气象站，还包括从所述雨量计突出的鸟类控制尖刺，以防止鸟类栖息在所述气象站上。

38.根据权利要求33至37中任一项所述的自动气象站，其中，所述壳体是圆柱形的。

39.根据权利要求33至38中任一项所述的自动气象站，其中，所述壳体由互锁部件形成，互锁部件由穿过所述互锁部件中的孔的杆保持在一起。

40.根据权利要求39所述的自动气象站，其中，所述杆和/或所述孔中的一个或多个结合用于无线电通信的天线。

41.根据权利要求39或40所述的自动气象站，其中，所述百叶窗中的一个或多个结合用于无线电通信的天线。