CN204396231U - 一种全自动模拟降雨装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种全自动模拟降雨装置，包括设置在试验区域上方的喷洒装置，喷洒装置通过导管连接至供水装置，喷洒装置与供水装置之间设有控制装置，控制装置包括连接在导管上的主阀门、用以控制主阀门开启量的控制部件、与控制部件通讯连接的无线通讯模块、与无线通讯模块双向通讯连接的上位机。采用该方案后，通过上位机发出雨量大小、降雨时间等指令给无线通讯模块，无线通讯模块将指令传送给控制部件并通过控制部件控制主阀门的开启量的大小，最终控制喷洒装置中水量的大小，从而提供了一种调节方便、自动化程度较高的全自动模拟雨量调节装置。

Description

一种全自动模拟降雨装置

技术领域

本实用新型属灾害模拟实验装置领域，具体涉及一种全自动模拟降雨装置。

背景技术

地质灾害是指各种(天然的或人为的)地质作用对人类的生存与发展造成危害的现象。斜坡岩土体运动灾害是一种常见的地质灾害，这类灾害如滑坡、崩塌等。福建省发生地质灾害具有点多、面广、规模相对较小、危害性大、突发性强等共同特点。每年的5—9月份，经常有强降雨过程，由降雨诱发的地质灾害占全省地质灾害总数的95％左右，是典型的气象耦合型灾害，极易发生滑坡、崩塌等地质灾害。

降雨对滑坡的激发作用是个广泛讨论的话题。雨强、降雨量、降雨入渗、土体力学性质改变等多因素都会影响边坡稳定性。模拟降雨装置可模拟降雨对滑坡的作用过程。通过野外人工降雨激发滑坡试验和室内土工试验，可揭示降雨激发滑坡为主导因素的多种因素综合作用下发生滑坡的复杂过程，为山体滑坡和崩塌等地质灾害的预报预警提供科学的研究方法。

现有的一种模拟降雨装置，如授权公告号，名称为“一种自动控制模拟降雨装置及其使用方法”的中国发明专利所公开，其供水装置、控制装置及喷洒装置，模型槽设置在喷洒装置的正下方，供水装置和控制装置设置在模型槽的后部，其中，所述供水装置包括蓄水池和潜水泵，其潜水泵设置于蓄水池中；所述控制装置包括主控阀、次控阀和流量表，其主控阀的一端通过总水管连接潜水泵，另一端连接流量表，次控阀的一端连接总水管，另一端连接回水管并与蓄水池连接，流量表的一端连接主控阀，另一端连接左右进水管；所述喷洒装置包括左右进水管、控制阀和喷头，其左右进水管连接流量表并根据喷头的排数分成与之数量相同的分路，每一分路设置一排喷头，分路控制阀设置在每一分路底部，喷头设置在分路的上部；所述喷洒装置设置有4－6排喷头，每排设置有2－4个喷头，喷头之间的间隔为80－120cm；喷头分别采用型号BT6、BT12.5或BT25三种标准喷头。

这种模拟降雨装置虽然能模拟降雨，但是通过三种型号的喷头来模拟降雨量，难以准确模拟各种不同降雨量的降雨，而且采用手工来调节控制阀，调节效率较低，整个模拟降雨装置的自动化程度还是相对偏低。

鉴于此，本发明人对上述问题进行深入的研究，遂有本案产生。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种调节方便、自动化程度高的全自动模拟降雨装置。

为了达到上述目的，本实用新型采用这样的技术方案：

一种全自动模拟降雨装置，包括设置在试验区域上方的喷洒装置，喷洒装置通过导管连接至供水装置，喷洒装置与供水装置之间设有控制装置，所述控制装置包括连接在导管上的主阀门、用以控制主阀门开启量的控制部件、与控制部件通讯连接的无线通讯模块、与无线通讯模块双向通讯连接的上位机。

较佳地，所述主阀门为球阀，所述控制部件为第一步进电机，第一步进电机上设有电路控制模块，电路控制模块与所述无线通讯模块以无线通讯方式连接，第一步进电机的输出轴与球阀的阀杆传动连接。

进一步地，还包括设置在所述喷洒装置的下方的雨量传感器，雨量传感器上设有ZigBee模块，ZigBee模块与所述无线通讯模块通讯连接。

在上述方案中，所述试验区域为边坡，还包括设置在所述试验区域中的土壤含水量传感器，土壤含水量传感器上设有ZigBee模块，ZigBee模块与所述无线通讯模块通讯连接。

在上述方案中，所述无线通讯模块包括ZigBee协调器和GPRS DTU，ZigBee协调器通过RS232与所述GPRS DTU连接，GPRS DTU通过GPRS方式连接至所述上位机。

在上述方案中，所述供水装置包括蓄水池与水泵，所述导管的进水口与水泵的出水口连接，导管的出水口与所述喷洒装置的进水口衔接。

较佳地，所述喷洒装置包括多根支管以及对应设置在支管上的多个喷头，支管的进水口与所述导管的出水口连通，每根所述支管的进水口均设有分阀门，分阀门通过控制单元与所述无线通讯模块通讯连接，所述控制单元为第二步进电机，第二步进电机上设有步进电机控制模块，步进电机控制模块与所述无线通讯模块以无线通讯方式连接，第二步进电机的输出轴与分阀门的阀杆传动连接。

进一步地，还包括分压水管，分压水管的一端与所述蓄水池连接，另一端与所述导管连接，分压水管上设有阀门，所述导管上还连接有水表和水压表。

采用本实用新型的技术方案后，通过上位机将雨量大小、降雨时间等指令发送给无线通讯模块，无线通讯模块将指令传送给控制部件并通过控制部件控制主阀门的开启量的大小，最终控制喷洒装置中降雨量和降雨强度的大小，从而提供了一种调节方便、自动化程度较高的全自动模拟雨量调节装置。

附图说明

图1本实用新型结构示意图；

图2为本实用新型的原理方框图；

图3为本实用新型中控制装置的一种实施方式的原理框图；

图中：

10-喷洒装置                        11-支管

12-喷头                            20-供水装置

21-蓄水池                          22-水泵

31-主阀门                          32-控制部件

33-无线通讯模块                    34-上位机

35-分阀门                          36-控制单元

37-雨量传感器                      38-土壤含水量传感器

40-试验区域                        51-导管

52-水表                            53-水压表

61-分压水管                        62-阀门

331-球阀                           321-第一步进电机

331-电路控制模块

具体实施方式

为了进一步解释本实用新型的技术方案，下面结合附图进行详细阐述。

参照图1至图3，一种全自动模拟降雨装置，包括设置在试验区域40上方的喷洒装置10，喷洒装置10通过导管51连接至供水装20置。试验区域40选择约20m*20m的一段边坡，喷洒装置10则安装在试验区域40上方约8m至10m的位置，喷洒装置10对应的降雨区域约为18m*18m。喷洒装置10与供水装置20之间设有控制装置，本实用新型中所述控制装置包括连接在导管51上的主阀门31、用以控制主阀门31开启量的控制部件32、与控制部件32通讯连接的无线通讯模块33、与无线通讯模块33双向通讯连接的上位机34。作为一种较佳的实施方式，所述主阀门31为球阀311，所述控制部件32为第一步进电机321，第一步进电机321的输出轴与球阀311的阀杆传动连接，通过对第一步进电机321输出轴转动角度的精确控制，并将输出轴的转动量传递至阀杆，进而实现对阀杆转动角度的精确控制，最终控制主阀门31的开启量的大小，实现水流量的控制。在本实用新型中，第一步进电机321中设置电路控制模块，电路控制模块与无线通讯模块33通讯连接，通过无线通讯模块33实现对第一步进电机321的控制。

作为进一步改进，本实用新型还包括设置在所述喷洒装置10的下方的雨量传感器37以及设置在边坡中的土壤含水量传感器37，雨量传感器37与土壤含水量传感器38均与所述无线通讯模块33通讯连接。雨量传感器37与土壤含水量传感器38在现有技术中均有公开，雨量传感器37用以采集降雨量的数据信息并通过无线通讯模块33传送至上位机34中，土壤含水量传感器38用以测量边坡中土壤的含水量，并将采集到的数据通过无线通讯模块33传送至上位机34。在上位机34中装有LabVIEW软件用以对采用到的数据信息进行处理分析。通过雨量传感器37采集雨量信息并且与上位机34中雨量的设定值进行比较，并调整主阀门31的开启量使上位机34中的雨量设定值与实际降雨值一致，保证整个降雨装置能根据需要进行降雨。

在本实用新型，所述无线通讯模块包括ZigBee协调器和GPRS DTU，，在雨量传感器37和土壤含水量传感器38上设有ZigBee模块，ZigBee模块与ZigBee协调器之间通过ZigBee方式进行无线通讯，ZigBee协调器通过RS232与所述GPRS DTU连接，GPRS DTU通过GPRS方式连接至所述上位机34。

在上述方案中，所述供水装置20包括蓄水池21与水泵22，所述导管51的进水口与水泵21的出水口连接，导管51的出水口与喷洒装置10的进水口衔接。喷洒装置10由多根支管11以及对应设置在支管11上的多个喷头12构成，在实施例中等间距设有5根支管11，每根支管11上等间距设有五个喷头12。每根所述支管11的进水口均设有分阀门35，分阀门35通过控制单元36与所述无线通讯模块33通讯连接。控制单元36的结构与控制部件32相似，控制单元36采用第第二步进电机(图中未示出)，分阀门35采用球阀，第二步进电机的输出轴与球阀的阀杆传动连接，第二步进电机内设置步进电机控制模块，步进电机控制模块与无线通讯模块33通讯连接，通过无线通讯模块33控制第二步进电机输出轴的转动角度，进而控制分阀门35的开启量的大小，最终控制喷头12出水量的大小，以模拟各种降雨量。由于本实用新型中用水量较大，通常可以采用溪水等自然水作为水源，由于自然水中含有一定的杂质，在长时间使用时，可能有部分喷头12出现局部堵塞，影响喷头12的喷水量，如此会造成整个降雨装置降雨量的不均匀，当分布在喷洒装置10下方的雨量传感器37检测的雨量有偏差时，此时上位机34通过控制单元36控制对应的分阀门35以增加分阀门35的开启量，使得对应的支管11的水量增加，以补充喷头12的喷水量，保证降雨均匀，提供准确的实验数据。

作为一种优选实施方式，本实用新型还包括分压水管61，分压水管61的一端与所述蓄水池21连接，另一端与所述导管51连接，具体是连接在导管51的进水口与主阀门31之间，分压水管61上设有阀门62，所述导管51上还连接有水表52和水压表53。由于水泵22是以一定压力泵水的，而主阀门31和分阀门5是根据雨量进行调节，当导管51的压力达到一定的阀值，部分水量就会通过分压水管61流回蓄水池21，保证水泵22的稳定性。

本实用新型的产品形式并非限于本案图示和实施例，任何人对其进行类似思路的适当变化或修饰，皆应视为不脱离本实用新型的专利范畴。

Claims (8)

1.一种全自动模拟降雨装置，包括设置在试验区域上方的喷洒装置，喷洒装置通过导管连接至供水装置，喷洒装置与供水装置之间设有控制装置，其特征在于：所述控制装置包括连接在导管上的主阀门、用以控制主阀门开启量的控制部件、与控制部件通讯连接的无线通讯模块、与无线通讯模块双向通讯连接的上位机。

2.如权利要求1所述的全自动模拟降雨装置，其特征在于：所述主阀门为球阀，所述控制部件为第一步进电机，第一步进电机上设有电路控制模块，电路控制模块与所述无线通讯模块以无线通讯方式连接，第一步进电机的输出轴与球阀的阀杆传动连接。

3.如权利要求1所述的全自动模拟降雨装置，其特征在于：还包括设置在所述喷洒装置的下方的雨量传感器，雨量传感器上设有ZigBee模块，ZigBee模块与所述无线通讯模块通讯连接。

4.如权利要求1所述的全自动模拟降雨装置，其特征在于：所述试验区域为边坡，还包括设置在所述试验区域中的土壤含水量传感器，土壤含水量传感器上设有ZigBee模块，ZigBee模块与所述无线通讯模块通讯连接。

5.如权利要求1至4任一项所述的全自动模拟降雨装置，其特征在于：所述无线通讯模块包括ZigBee协调器和GPRS DTU，ZigBee协调器通过RS232与所述GPRS DTU连接，GPRS DTU通过GPRS方式连接至所述上位机。

6.如权利要求1所述的全自动模拟降雨装置，其特征在于：所述供水装置包括蓄水池与水泵，所述导管的进水口与水泵的出水口连接，导管的出水口与所述喷洒装置的进水口衔接。

7.如权利要求1所述的全自动模拟降雨装置，其特征在于：所述喷洒装置包括多根支管以及对应设置在支管上的多个喷头，支管的进水口与所述导管的出水口连通，每根所述支管的进水口均设有分阀门，分阀门通过控制单元与所述无线通讯模块通讯连接，所述控制单元为第二步进电机，第二步进电机上设有步进电机控制模块，步进电机控制模块与所述无线通讯模块以无线通讯方式连接，第二步进电机的输出轴与分阀门的阀杆传动连接。

8.如权利要求6所述的全自动模拟降雨装置，其特征在于：还包括分压水管，分压水管的一端与所述蓄水池连接，另一端与所述导管连接，分压水管上设有阀门，所述导管上还连接有水表和水压表。