CN114814996B - 一种自检式雨量计及故障判定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自检式雨量计及故障判定方法，包括至少两个用于感应降雨量以生成雨量数据的感应单元、一用于接收所述雨量数据的控制单元和至少两个雨滴传感器；所述雨滴传感器包括感应部和开关部，所述开关部仅在所述感应部感应到降雨时闭合；所述感应单元为无源器件，所述雨滴传感器的开关部串联在感应单元与控制单元之间；或者，所述感应单元为有源器件，所述雨滴传感器的开关部串联在感应单元与电源之间。其仅在下雨时进行数据采集，避免遭受风、砂或者振动等影响。

Description

一种自检式雨量计及故障判定方法

技术领域

本发明涉及雨量传感器领域，具体涉及一种自检式雨量计及故障判定方法。

背景技术

雨量计作为气象、水利、地质灾害等领域重要的监测设备，它的可靠性、精度要求也是越来越高，我们在雨量监测中可采用翻斗式、压电式、称重式和光电式雨量传感器，翻斗式雨量传感器由于精度高、价格低、使用方便得到较广泛的应用，但它也存在上筒漏斗容易堵塞、干簧管失效造成计量不准的问题，而对于采用压电方式的雨量传感器，经常也会因风、砂、振动而产生的干扰，出现无雨量时也会有雨量数据上传，给我们的监测工作造成被动。

发明内容

本发明为了解决上述现有雨量计存在易受风、砂或者振动影响检测准确性的问题，提供一种自检式雨量计及故障判定方法，其仅在下雨时才会有数据采集，避免遭受干簧管故障、风、砂或者振动等影响。

本发明通过下述技术方案实现：

本发明第一方面提供一种自检式雨量计，包括至少两个用于感应降雨量以生成雨量数据的感应单元、一用于接收所述雨量数据的控制单元和至少两个雨滴传感器；所述雨滴传感器包括感应部和开关部，所述开关部仅在所述感应部感应到降雨时闭合；

所述感应单元为无源器件时，所述雨滴传感器的开关部串联在感应单元与控制单元之间；或者，

所述感应单元为有源器件时，所述雨滴传感器的开关部串联在感应单元与电源之间。

本方案首先通过在感应单元的信号传输回路上或者供电回路上串联一雨滴传感器的开关部，当雨滴传感器的感应部感应到雨时，开关部才导通，实现在感应单元工作开启或者信号传输通路的连通，避免遭受风、砂或者振动等影响产生误报数据，控制单元不需对数据进行筛选或者判断，准确性高。本方案通过设置至少两个感应单元，不仅实现冗余设置，可为实现故障判断提供硬件基础。

所述雨量计为翻斗式时感应单元为干簧管，包括壳体、置于壳体内的滤斗、置于滤斗的出水孔下方的漏斗、置于漏斗的出水孔下方的翻斗、两个永磁体，所述干簧管有两个，两个所述永磁体分别固定在翻斗两侧，两个干簧管分别置于两永磁体下方。

对于有高精度雨量监测要求时，为了提高精度或者为了避免设置单个雨量计存在损坏影响使用的问题，一般设置两个雨量计，其结构复杂。本方案通过设置两个感应单元，不仅实现冗余设置，可为实现故障判断提供硬件基础，且可大大简化系统的结构。

作为优选，所述滤斗顶部设置有滤板。

作为优选，所述雨滴传感器可安装在翻斗式雨量传感器的滤板、承水桶表面或滤斗与漏斗之间。

作为优选，所述滤斗的出水孔上方设置有滤罩。

作为优选，所述感应单元为压电雨量传感器、称重式雨量传感器或者光电式雨量传感器，所述雨滴传感器安装在感应单元旁。

本发明第二方面提供一种自检式雨量计故障判定方法，所述方法包括以下步骤：

获取第一方面及其任一种可能中所述的一种自检式雨量计中至少两个感应单元的雨量数据；

根据至少两个所述雨量数据实现故障判断。

作为优选，所述根据至少两个所述雨量数据实现故障判断，包括：

以任一感应单元的雨量数据为参考数据，计算其余雨量数据与参考数据之间的差值的绝对值；

若所述差值的绝对值小于等于X*R，其中，X为0、1或2，R为感应单元的测量精度，，则判定感应单元无故障；

若所述差值的绝对值大于X*R且小于等于100，则判定与雨量数据较大值对应的感应单元无故障，与雨量数据较小值对应的感应单元存在故障；

若所述差值的绝对值大于100，则判定与雨量数据较大值对应的感应单元存在故障，与雨量数据较小值对应的感应单元无故障。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、本发明通过在感应单元的信号传输回路上或者供电回路上串联一雨滴传感器的开关部，当雨滴传感器的感应部感应到雨时，开关部才导通，实现在感应单元工作开启或者信号传输通路的连通，避免遭受风、砂或者振动等影响产生误报数据，控制单元不需对数据进行筛选或者判断，准确性高。

2、本发明通过设置至少两个感应单元，不仅实现冗余设置，可根据至少两个感应单元的雨量数据实现故障判断提供硬件基础。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。

图1为本发明的脉冲量输出式的原理框图；

图2为本发明的RS485输出式的原理框图；

图3为翻斗式雨量计的一结构示意图；

图4为翻斗式雨量计的另一结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1

一种自检式雨量计，包括用于感应降雨量以生成雨量数据的感应单元、用于感应降雨的雨滴传感器和控制单元；雨滴传感器具有感应部和开关部，有降雨时开关部闭合，无降雨时开关部断开。感应单元、雨滴传感器的数量一致，均设置两个，较佳的，均设置2个，2个感应单元分别为两个数据采集支路的一部分，构成数据采集支路的冗余设置，为实现故障自检测提供硬件基础

感应单元分两种类型，包括有源器件和无源器件，对应的信号输出方式也有2种，分为脉冲式和RS485方式，根据不同的类型和输出方式，感应单元、控制单元、雨滴传感器的电路连接方式是不同的。

以干簧管为感应单元为例，干簧管为无源器件，其输出为脉冲式，干簧管、控制单元、雨滴传感器的电路连接关系详见图1。一干簧管8的脉冲输出端与控制单元22的信号接收端之间串接一雨滴传感器的开关部5。干簧管一般作为翻斗式雨量计的核心单元，即本实施例中的自检式雨量计采用翻斗式雨量计的结构，如图3所示：包括壳体1、置于壳体1内的滤斗9、置于滤斗9的出水孔下方的漏斗4、置于漏斗4的出水孔下方的翻斗6、两个永磁体和两个干簧管8，两个所述永磁体分别固定在翻斗两侧，两个干簧管分别置于两永磁体下方，即一永磁铁与一干簧管配对使用，翻斗在一个反转周期中，控制两个干簧管分别输出一次信号。

翻斗式雨量传感器还包括置于滤斗9顶部的滤板11。滤板11采用网格状，用来阻挡像树叶、纸张一类的固体杂质。

雨滴传感器的感应部3安装在滤板或者漏斗上方。优选的，为了不另外增设雨滴传感器的安装结构或者不影响雨量的测量，感应部3安装在滤板上。

滤斗9的出水孔上方设置有滤罩12。滤罩为高度大于20mm、四周为条形栅栏的塔形结构。

电源21、控制单元22可置于壳体内，电源为控制单元等有源器件提供电源。控制单元一般为采用控制器及其外围电路实现，为了实现雨量计的数据无线遥测，还可在控制单元上连接存储器、4G模块、报警端口、脉冲端口、RS485端口等硬件结构。

雨量计整体采用上述翻斗式雨量计的结构时，还可在壳体内设置一自疏管结构，即如图4所示，自疏管结构包括杠杆13、集水桶15、接水槽7和顶针16。其中，干簧管未示出。

杠杆13中部固定在一点处且可沿该点转动，杠杆13的一端活动连接在所述清洁针17上且另一端通过连接绳14与集水桶15连接。所述集水桶15底部设置有排水口，所述排水口上设置有仅能向集水桶15内转动的开关结构。接水槽7置于翻斗6下方用于将翻斗6倒出的水转至集水桶15内。清洁针17一端置于滤斗9的出水孔内时，所述顶针16推动开关结构向集水桶15内转动，即清洁针置于集水桶下方，与集水桶的排水口位置对应。顶针16固定在外壳的底座上。具体的，如图2、3所示，集水桶15的排水口的直径沿桶内至桶底方向逐渐减小，所述开关结构包括与排水口形状适配的翻板、一连接在翻板与集水桶15之间的活页和用于按压翻板向桶底方向转动的弹簧。清洁针下移时，在杠杆的作用下，集水桶上移，此时可实现正常的雨量收集检测，雨水依次沿滤斗9、漏斗4、翻斗6、接水槽7流至集水桶15内，集水桶15内水量到达一定量时，集水桶15下移，清洁针上移，实现滤斗9、漏斗4出水孔的自疏通。为了保证清洁针可自动下移，可在清洁针上设置配重结构，配重结构可设置在清洁针顶端、中间或者底端，以不影响清洁针疏通出水孔为宜即可。集水桶15下移至与顶针接触后，顶针顶起翻板，集水桶的排水口打开，集水桶内水外流。集水桶内流出后，在清洁针和配重块的作用下，清洁针下移，如此反复，即可实现滤斗9、漏斗4出水孔的自疏通，避免堵塞。清洁针、杠杆可采用不锈钢材质制成。

以压电式、称重式或光电式雨量传感器为感应单元为例，压电式、称重式或光电式雨量传感器为有源器件，其与控制单元之间采用RS485方式进行数据传输，此时，感应单元、控制单元、雨滴传感器的电路连接关系详见图2。一感应单元的电源端与电源供给电路之间串接一雨滴传感器的开关部。压电式、称重式或光电式雨量传感器，如果采用数字输出方式，为避免在无降雨时的振动、风沙引起的无效数据，雨滴传感器要安装在感应单元旁边，雨滴开关串入在感应单元的电源线路中，无降雨时感应单元没有电源就不会生成无效数据；有降雨时雨滴开关闭合，感应单元有电源才能正常测量降雨量。

不管是采用有源器件或者无源器件实现感应单元，其控制单元可以采用遥控终端，也可以是独立的控制器件，采用独立的控制器件时，一般为采用控制器及其外围电路实现，为了实现雨量计的数据无线遥测，还可在控制单元上连接存储器、4G模块、报警端口、脉冲端口、RS485端口等硬件结构。

实施例2

本实施例公开上述任一结构的自检式雨量计的故障判定方法，具体的包括以下步骤：

获取实施例中任一结构的自检式雨量计中至少两个感应单元的雨量数据；

根据至少两个所述雨量数据实现故障判断。

具体的，根据至少两个所述雨量数据实现故障判断包括：

以任一感应单元的雨量数据为参考数据，计算其余雨量数据与参考数据之间的差值的绝对值；

若所述差值的绝对值小于等于X*R，其中，X为0、1或2，R为感应单元的测量精度，则判定感应单元无故障；

若所述差值的绝对值大于X*R且小于等于100，则判定与雨量数据较大值对应的感应单元无故障，与雨量数据较小值对应的感应单元存在故障；

若所述差值的绝对值大于100，则判定与雨量数据较大值对应的感应单元存在故障，与雨量数据较小值对应的感应单元无故障。

以两个感应单元为例对本方法进行说明，即以干簧管G1、G2为例。

获取G1、G2的雨量数据A、B，计算A-B的绝对值。

若∣A-B∣≤X*R，则判定G1、G2均正常。以干簧管为核心单元的雨量计，其测量精度即干簧管的测量精度一般为0.2~0.5mm，此处的R=0.2mm、X=1为最佳。

若X*R＜∣A-B∣＜100，若A大于B，则判定G1无故障，G2存在故障。

若∣A-B∣≥100，若A大于B，则判定G2无故障，G1存在故障。

在两个感应单元数据差值绝对值小于等于X*R时，允许存在1至2次的漏记，在传感器测量精度允许范围内。当两个感应单元数据差值绝对值大于X*R时，势必有一个感应单元数据有误。当差值绝对值大于等于100时，表征有个干簧管的两片磁簧片黏合在一起，一直在产生脉冲信号，此时，势必是较大值的干簧管存在故障。干簧管使用过程中，存在一定量的漏记，此时，X*R＜∣A-B∣＜100，采用计数较大的雨量数据。

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，并不用于限定本发明的保护范围，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 (6)

1.一种自检式雨量计，其特征在于：包括至少两个用于感应降雨量以生成雨量数据的感应单元、一用于接收所述雨量数据的控制单元和至少两个雨滴传感器；所述雨滴传感器包括感应部和开关部，所述开关部仅在所述感应部感应到降雨时闭合；

所述感应单元为无源器件，所述雨滴传感器的开关部串联在感应单元与控制单元之间；

所述感应单元为干簧管；

还包括壳体（1）、置于壳体（1）内的滤斗（9）、置于滤斗（9）的出水孔下方的漏斗（4）、置于漏斗（4）的出水孔下方的翻斗（6）、两个永磁体、杠杆、集水桶、接水槽和顶针；所述干簧管有两个，两个所述永磁体分别固定在翻斗两侧，两个干簧管分别置于两永磁体下方；清洁针一端置于滤斗的出水孔内；

所述杠杆中部固定在一点处且可沿该点转动，杠杆的一端活动连接在所述清洁针上且另一端通过连接绳与集水桶连接，集水桶底部设置有排水口，所述排水口上设置有仅能向集水桶内转动的开关结构，接水槽置于翻斗下方用于将翻斗倒出的水转至集水桶内，清洁针一端置于滤斗的出水孔内时，所述顶针推动开关结构向集水桶内转动，开关结构包括与排水口形状适配的翻板、一连接在翻板与集水桶之间的活页和用于按压翻板向桶底方向转动的弹簧。

2.根据权利要求1所述的一种自检式雨量计，其特征在于，所述滤斗（9）顶部设置有滤板（11）。

3.根据权利要求2所述的一种自检式雨量计，其特征在于，所述雨滴传感器安装在滤板上。

4.根据权利要求1所述的一种自检式雨量计，其特征在于，所述滤斗（9）的出水孔上方设置有滤罩（12）。

5.一种自检式雨量计故障判定方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：获取权利要求1至4任一所述的一种自检式雨量计中至少两个感应单元的雨量数据；根据至少两个所述雨量数据实现故障判断。

6.根据权利要求5所述的一种自检式雨量计故障判定方法，其特征在于，所述根据至少两个所述雨量数据实现故障判断，包括：

以任一感应单元的雨量数据为参考数据，计算其余雨量数据与参考数据之间的差值的绝对值；

若所述差值的绝对值小于等于X*R，其中，X为0、1或2，R为感应单元的测量精度，则判定感应单元无故障；

若所述差值的绝对值大于X*R且小于等于100，则判定与雨量数据较大值对应的感应单元无故障，与雨量数据较小值对应的感应单元存在故障；

若所述差值的绝对值大于100，则判定与雨量数据较大值对应的感应单元存在故障，与雨量数据较小值对应的感应单元无故障。