CN2527975Y - 绝对值编码型数字式雨量计 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种绝对值编码型数字式雨量计。它由承水器、导水管组件、雨量筒、浮子、测轮、测缆、绝对值型旋转编码器、阀门、数据采集处理器等组成。承水器将收集的降水经导水管注入雨量筒，雨量筒内积聚的水体推动浮子上升，经测缆带动测轮旋转，驱动编码器转动输出与增加水体相对应的编码电信号。本装置的分辨力可达0.1mm，能在0－10mm/min连续降水强度情况下可靠工作，测量准确度可达1％以内，性能优于现有翻斗式雨量计和虹吸式雨量计。

Description

绝对值编码型数字式雨量计

本实用新型涉及一种雨量计，尤其是一种装有绝对值旋转编码器的数字式雨量计。

在现有技术里，使用最广泛的雨量计有两种：翻斗式雨量计和虹吸式雨量计。1983年出版的《水文仪器技术标准汇编》GB11832-89翻斗式雨量计和ZBY-83《虹吸式雨量计技术术条件》刊载：翻斗式雨量计的测量准确度为±4％，允许最大降雨量为4mm/min，其分辨力有四种规格：1mm分辨力和0.5mm、0.2mm、0.1mm分辨力。其工作方式为：当翻斗注满水，便翻转一次，翻斗上的永磁铁驱动干簧管吸合一次，发送出一个电脉冲。当另一个翻斗注满水，再翻转一次，输出第二个电脉冲。如此往复翻转，用记录电脉冲个数及脉冲出现时间来统计降水量和降水强度；虹吸式雨量计允许最大降雨强度也是4mm/min，分辨力同翻斗式雨量计。它是用坐标纸、划笔和自计钟记录降雨曲线，然后人工统计降水量和降雨强度，无电信号输出。

现有技术存在以下缺陷与不足之处：

(1)翻斗雨量计测量准确度差为±4％。而虹吸式雨量计的记录笔的划线宽为0.3mm，记录分辨力最高为0.3mm，且记录方式古老落后，无电信号输出，已很难适应信息时代的需要。

(2)现有技术只能记录连续降水强度为4mm/min的降雨过程。在降水强度超过4mm/min的连续大暴雨情况下，其分辨力和记录准确度将大大降低。

(3)现有技术存在水体残留现象，并且都在降水过程中进行翻转或虹吸，因此计量误差大，而虹吸式雨量计在弱降水情况下工作时，每当降水量达到10mm时，经常出现“平顶”现象，不能正常工作。

(4)现有技术通用性差，某种规格的仪器，只能适应一定区段的降水强度计量，分辨力高的仪器不适合计量强降水，否则误差更大。

(5)现有技术的输出信号为“电脉冲”，易受电磁干扰；工作过程中，如出现短期掉电，电脉冲会丢失。

(6)现有技术雨量计的平均无故障工作时间只有8000小时，其干簧管的寿命只有50万交次，且易烧坏触点。

(7)现有雨量计安装调试和维修复杂。

本实用新型的目的是克服上述技术的不足之处，按照国家标准和发展的要求，设计出一种能够测量各种降水强度的高分辨力、高精度、高可靠性的通用型数字雨量计。

本实用新型的任务是用如下方式来实施的：一种绝对值编码型数字式雨量计，它包括承水器、雨量筒、浮子、测缆、测轮、平衡锤、绝对值型旋转编码器、电缆输出插座、数据采集处理器、进水阀、排水阀、仪器壳体支架等。承水器安装在壳体顶端，承水器内装有防虫网，承水器底端通过引水口，进水阀与引水管组件与雨量筒相连接。雨量筒内存有“底水”，“底水”上有浮子。雨量筒的最下部装有排水阀，用于排水和调整“底水”高度，使浮子工作于“0”位水平线上；它的旋转编码器通过L形支架和固定螺钉安装于雨量筒的上盖上，编码器主轴上装有测轮，测轮通过轴套及锁紧螺钉固定在编码器的主轴上，使测轮工作圆周的垂直切线方向正好对准雨量筒的中心；测轮的“V”形槽工作圆周上悬挂测缆，测缆的一端穿过雨量筒上盖的中心孔经悬吊螺钉与雨量筒中的浮子相连接，测缆的另一端经悬吊螺钉与平衡锤相连结；它的壳体的中部安装有观察门，壳体的底部装有三脚固定支架；它的雨量筒是内腔光滑的不润湿性材料制作的正圆柱体形筒，其内径R和高度H与承水口的直径及测轮工作直径、编码器编码范围成固定的比例关系；它的导水管为透明玻璃管或塑料管，导水管垂直装于雨量筒外壁上，在其背后安装有刻度尺，用于指示雨量筒内水体高度；它的浮子是不润湿材料制作的金属或塑料薄形浮子，用于感测雨量筒内的水体变化；它的测轮工作圆周的截面为“V”形凹槽，其工作圆周与圆形测缆的直径相适配；它的测缆为柔性不锈钢索或外层包敷尼龙的防水软质不锈钢索；它的编码装置是启动力矩小于9.8×10^-4N.m的绝对值编码型光电或机械旋转编码器，其编码方式为格雷码或其它形式的循环码，编码电信号通过输出插座和电缆连接到观察室与数据采集处理器相连接，数据采集处理器可将采集数据存储、显示、传输、或者将数据转换为串行编码信号或4-20mA电流环信号进行远传，实现通信组网。

上述结构的雨量计处于降雨环境中，承水器将采集的降水经引水管逐渐引入雨量筒，使雨量筒的水体增加，增量水体推动浮子上升，使平衡锤拉动测缆带动测轮旋转，与测轮同轴连接的旋转编码器同步旋转，即可输出与增量水体变化相对应的编码数据。

本实用新型与现有技术相比，具有如下优点：

1、本实用型保留现有技术的承水器、引水口，以工作可靠的雨量筒和浮子取代翻斗计量水体变化，防止了水体飞溅、水体残留和外溢，使计量准确度达到±1％之内，高于现有技术的±4％。

2、以启动力矩极低的旋转编码器作雨量传感器，代替现有技术的干簧管、其分辨力更高，可达0.1mm至0.05mm，优于现有技术。

3、本实用新型能在(0-10)mm/min的连续强降水下可靠工作，优于现有技术(只能计量0-4mm/min的连续降水)。

4、用有刻度的引水管中形成的“雨量柱”指示降水量，以观测雨量柱高度的方法取代人工用量杯测量降水量，使观测更加直观、简便。

5、以工作可靠的旋转编码器取代干簧管，使雨量计的平均无故障工作时间(MTBF)由8000小时提高至20000小时；其寿命由50万次提高至3000万次以上。

6、用绝对值型数据编码制取代了现有技术的“脉冲”计数制，使数据传输速率更高，扩展组网更加方便，抗干扰能力更强。即使在工作中断电后再通电，本实用新型的编码数据依然正确无误，优于现有技术。

7、本实用新型安装调试、操作简便。

因此，本实用新型从结构上、量测传感器性能上、观测方法上及编码数据传输、连网功能等诸多方面都作了重改进。改进后的仪器其测量准确度、分辨力、工作可靠性、均有显著提高，更适于各种水文站、遥测站、气象站使用。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是图1的俯视图；

图3是本实用新型外壳支架结构及安装示意图；

图4是本实用新型的承水器、导水管、雨量筒的构造连接图；

图5是本实用新型的编码器、测轮、测量缆、浮子、平衡锤安装图；

图6是图5的侧视图；

图7是本实用新型测轮、测缆外缘的截面配合剖视图；

图8是本实用新型信号传输、组网电原理图。

下面结合附图对本实用新型的实施例作进一步的详细描述：

图1是本实用新型实施例的结构图。图中，承水口1的直径为Φ200mm，雨量筒4的内径为R，高度为H，浮子5的直径r略小于雨量筒的内径R，测轮8的工作圆周长与雨量筒4的高度H相适配，测缆6是尼龙包敷不锈钢缆，编码装置9为绝对值型光电开关旋转编码器，编码器的启动力矩应小于9.8×10^-4N.m，编码方式为格雷码，编码位数为10～11bit。

如图1、2、3、4所示，本实施例中，承水器2用固定螺钉36安装于壳体支架1的顶端，在承水器2的正中心装有防虫网11，防虫网下留有引水孔12，引水孔12与进水阀37、导水管组件3的软管13相连接，导水管的下端与雨量筒4的底部相连接，导水管13用小支架16固定在雨量筒4上，其中心线与雨量筒4的中心线平行。降水标度刻度尺15粘贴于导水管13背后的雨量筒4上。

如图4所示，雨量筒4是正圆柱形筒，它的上部是筒上盖25，其中心开有约Φ1mm的过线孔26；雨量筒4的底部装有排水阀门10。雨量筒4整体安装于壳体支架1的底座20上，底座20与落地三脚支架21相连接，三脚支架21通螺栓27、螺母28与外部基础固定。

图5、图6是编码器9、测轮8、测缆6、浮子5、平衡锤7的安装图。如图所示，旋转编码器9通过螺钉32安装于L形支架33上，L形支架通过螺钉34安装在雨量筒上盖25上；测轮8通过轴套29、锁紧螺钉30安装于编码器主轴31上；测缆6悬挂于测轮8的工作圆周的“V”形槽内；平衡锤7通过悬吊螺钉24与测缆6的另一端连接，悬挂于雨量筒4之外；浮子5漂浮在雨量筒4内部的“底水”上。“底水”的高度将浮子5托浮于标志尺5的“0”位线上；浮子5通过悬吊螺钉35与测缆6相连。编码器9的输出插座17与电缆18相连、电缆18与数据采集处理器19相连。

图7是测轮8、测缆6外缘截面安装配合剖视图。图中，测轮8外缘截面为“V”形槽，“V”形槽的底部为半圆弧形，其形状与测缆6的圆形截面相适配，以加大贴合面；测轮8的工作圆周长与编码器9旋转一周所表示的编码数相适配，并与雨量筒4的高度H相适配。

如图1所示，壳体支架1是表面涂防锈蚀材料的金属圆柱形筒体支架，它的中部留有观测门22，观测门搭扣23。打开观测门22的即可以安装、调整仪器，及对仪器内部工作状态进行观测。壳体支架底座20经三脚支架21及螺栓27、螺母28与外部基础相连。

按照上述构造装配好雨量计后，即可转入调试工序。

仪器的调试方法为：

(1)打开进水阀门37，关闭排水阀10，然后用量杯从承水口2注入“底水”，使浮子5漂浮于刻度尺的“0”位水平线上，该位置可从“雨量柱”高度上直接读出。

(2)将仪器信号输出插座17与外接电缆18相连接，并接通数据采集处理器19的电源，，将测量缆6从测轮8的“V”形凹槽中轻轻提起，然后用手转动测轮，直至编码器的输出数字显示为“0”，仪器即进入工作状态。

本实用新型的工作过程为：承水器2承接的降水经引水管组件3注入雨量筒4底部，使雨量筒内的水体液面上升，增量水体推动浮子5上升，使平衡锤7拉动测量缆6带动测轮8旋转，与测轮8同轴连接的旋转编码器9即输出与水体增高量相对应的编码数据。当雨量筒4的水体增高时，导水管3中形成的雨量柱也同步升高，即可从刻度尺15上读出即时降水量；降雨过程中，编码器9的输出数据经传输电缆18传输至观测室内的数据采集处理器19。

数据采集处理器19可用于记录时间、降水量等降雨过程的全部数据。

当一场降雨结束时，可以方便地核对电记录数据与雨量柱高度是否相等。核对之后，即可打开排水阀10，将雨量筒4在存水排放至“0”位线，等待又一场降水过程。如在降雨过程中排水，应先行关闭进水阀37，待排水至“0”位刻度线上，即可关闭排水阀10，并立即打开进水阀37，使仪器正常工作。

Claims (7)

1、一种装有绝对值型旋转编码器、浮子、承水器、雨量筒的新型数字式雨量计，它还包括：仪器壳体支架1、安装于壳体支架1顶端的承水器2、导水管组件3、壳体1内的雨量筒4、装在雨量筒中的浮子5、与浮子5相连的测缆6、连结于测缆6另一端的平衡锤7、悬挂测缆6的测轮8及与测轮8同轴连接的绝对值型旋转编码器9，安装于雨量筒上的阀门10、雨量筒上的上盖25、安装于承水器2中心的防虫网11和承水器2底部的阀门37、连接软管13、编码器9上的输出插座17、电缆18、外接数据采集处理器19、壳体底座20、落地三脚支架21、壳体支架1中的观测门22、观测门搭扣23等。其特征在于：导水管组件3安装在承水器2和雨量筒4之间，其上端通过阀门37与承水器2下端引水孔口12相连通，其下端与雨量筒4的底部连通；雨量筒4是内径规范的正圆柱形筒，浮子5是直径(r)略小于雨量筒4内径R的薄形空芯或实芯浮子；它的测轮8、旋转编码器9安装在雨量筒4的上方，并使测量缆6垂直穿过雨量筒上盖25的中心过线孔26；阀门10安装在雨量筒4的“0”位水平刻度线以下。

2、根据权利要求1所述的绝对值编码数字式雨量计，其特征在于：承水器2的器口呈45度内直外斜形、内壁光洁的金属圆柱锥形筒，其底部留有引水口12，引水口12与阀门37、导水管组件3相连。承水口2用螺钉36与壳体1相连接。阀门37是手控阀门或自控阀门。

3、根据权利要求1所述的绝对值编码数字式雨量计，其特征在于：所述的导水管组件3是由透明塑料连接软管13、弯头14、刻度尺15和固定小支架16组成。透明管13是通过小支架16和弯头14连接安装在雨量筒4上，降水指示刻度尺15垂直贴于雨量筒4的外壁上，其“0”位刻度线与雨量筒4内的“底水”水位相一致。

4、根据权利要求1所述的绝对值编码数字式雨量计，其特征在于：所述的测轮8是通过轴套29、锁紧螺钉30固定于编码器9的主轴31上，它的工作圆周与雨量筒4的高度(H)成比例关系，其外缘截面为“V”形凹槽；测缆6是园形截面的柔性不锈钢缆或包敷尼龙外套的柔性金属缆，其截面形状与测轮8的“V”形凹槽相适配。测缆6悬挂于测轮8的工作圆周的“V”形凹槽中，其一端通过悬吊螺钉24与平衡锤7相连，另一端从浮子桶盖25的中心孔26中穿过，与悬吊螺钉35连接，悬吊螺钉35与浮子5连接。

5、根据权利要求1、4所述的绝对值编码数字式雨量计，其待征在于：所述的浮子5为内径r略小于雨量筒4内径R的扁圆柱形空心防锈金属(或塑料)或实心塑料浮子，它通过悬吊螺钉35与测缆6相连，安装于雨量筒4内。

6、根据权利要求1所述的绝对值编码数字式雨量计，其特征在于：所述的编码器9是超低转矩光电或机械绝对值旋转编码器，其编码方式为格雷码或其它形式的循环码。编码器9通过紧固螺钉32安装于L形支架板33上，L形支架板通过固定螺钉34安装于雨量筒上盖25上。编码器9通过输出插座17、电缆18与外接数据采集处理器19相连。

7、根据权利要求1所述的绝对值编码浮子式雨量计，其特征在于：所述的阀门10、阀门37是自动、手动两用阀门，能够用人工或控制电路开启、关闭阀门排放“底水”和校对浮子“0”位线。

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