一種便攜式高精度自動雨量監測設備的精度檢測裝置的制作方法

本發明涉及泥石流雨量檢測設備技術領域，具體是涉及一種便攜式高精度自動雨量監測設備的精度檢測裝置。

背景技術：

隨著人類社會經濟的高速發展，人類活動的規模和強度逐漸增加，導致人類與自然之間的矛盾愈演愈烈，地質災害發生頻率顯著增加。頻發的地質災害給人類的生產生活和財產安全帶來了巨大威脅和損失，而降雨又是重大地質自然災害的最主要誘因之一。因此，準確計量危險地區的降雨速度以及降雨量成為了判斷和預報相應區域是否有發生洪澇、滑坡、泥石流等自然災害的重要數據依據。同時，降水量是形成洪澇災害的重要因素。準確地監測降水量，并開展預測預報工作，是預防洪澇災害的重要非工程性措施之一。氣象臺(站)對降水的觀測經歷了人工測量到虹吸式雨量傳感器測量直到現在使用翻斗式雨量傳感器和稱重式雨量傳感器來探測降水量，數次的儀器變革更新實現了降水量觀測的連續化和精準度，還減輕了臺站人員的工作量。自動雨量站是用于測量并記錄各種雨量信息的綜合觀測儀器。具有抗干擾能力強，全戶外設計，測量精度高，存儲容量大，方便組網，全自動無人值守，運行穩定等特點。目前，生產雨量計的廠家眾多，自動雨量站只有在出廠時進行精度及準確度的檢查，但在運輸、安裝、調試及運行過程中均存在不同程度的“損傷”，自動雨量站的遙測設備系無人看管，缺乏維護與清理，集雨口若被泥漿、樹葉等雜物覆蓋堵塞，會造成雨水淤積，導致降水不能實時滴入漏斗，從量上和時間上對降雨的記錄及信息傳輸造成較大影響；淤積的雨水會緩慢下滲滴入漏斗，使得遙測降雨歷時被強行拉長，降雨量也發生變化，且雨量站又必須長時間的在戶外惡劣的環境中連續工作，所以定期檢測雨量計的準確性就變的尤為重要了，然而目前國內外還沒有這方面的相關研究及產品。

sl21-2006《降雨量觀測規范》中要求雨量計的測量準確度用計算誤差來表示，其計算式如為：e＝[(pi-ps)/ps]*100％，e為計算誤差(％)，其中pi為雨量計記錄降雨量(mm)；ps一起排出水量(mm)。當降雨強度在0.01mm/min～4.00mm/min范圍內變化時，采用人工注水滴定檢測的計量誤差應在±4％之間。

自動雨量站在安裝、調試、運行過程中均會不同程度的造成較大誤差，但雨量值卻是目前國內外突發地質災害及山洪災害監測預警至關重要的指標參數，尤其是針對泥石流災害，同時，自動雨量站也是目前北京地區突發地質災害及山洪災害監測系統中安裝數量最多的監測設備類型。

技術實現要素：

本發明針對自動雨量站在使用過程中存在無法檢測、粗暴檢測或簡易檢測等問題，提供一種便攜式高精度自動雨量監測設備的精度檢測裝置，以確保泥石流雨量監測數據的準確性，提升泥石流監測預警技術水平。

本發明的技術方案是：

一種便攜式高精度自動雨量監測設備的精度檢測裝置，主要包括儲水系統、泵水系統、流量檢測單元、控制及顯示系統、降雨裝置；

所述儲水系統儲備一定量的清水，并將水輸送到所述泵水系統；

所述泵水系統是由定量水泵和上水單元組成，所述定量水泵實時按照所述控制及顯示系統的指令以一定速度將水注入到所述流量檢測單元里；所述上水單元將從流量檢測單元輸出的水全部均勻持續的傳送到待檢測雨量計里；

所述流量檢測單元按照控制及顯示系統指令將液體介質從定量水泵持續轉移至上水單元，并實時將流量數據發送給控制及顯示系統；

所述控制及顯示系統包括供電模塊、主控制模塊和人機界面hmi；所述供電模塊負責給整個系統提供穩定的電力支持，所述主控制模塊接受人機界面hmi上的設定指令，將流量和控制的相關結果輸出給人機界面hmi，根據指令輸出控制信號給定量水泵，使定量水泵按照人工設定工作，接收流量檢測單元的輸入信號，并將其計算轉換為控制及顯示系統所需的數據并輸出；所述人機界面hmi為系統的操作面板，是操作者與系統的交互接口，主要負責對控制系統進行設定，人工控制系統的啟停，輸入液體流量、總量等控制指令，并且顯示系統所需的流量、總量、壓力、溫度等信息；

所述降雨裝置設在所述上水單元與待檢測雨量計之間，為待檢測設備提供均勻降雨。

進一步地，在上述方案中，所述儲水系統、泵水系統、流量檢測單元、控制及顯示系統、降雨裝置采用一體化設計，使用電氣控制柜做專門的防護處理，電氣到管路都選用高可靠性器件。

進一步地，在上述方案中，所述儲水系統包括水容器、水管一、閥門一、過濾器以及溫度檢測傳感器，所述水容器通過所述水管一連接至所述泵水系統，所述閥門一、過濾器以及溫度檢測傳感器設置在水管一上，儲水系統給系統提供穩定、清潔的水源。

進一步地，在上述方案中，所述定量水泵是一種高精度的可控流量的水泵，可以按照系統指令輸出一定流量的液體介質，同時流量可調。

進一步地，在上述方案中，所述上水單元主要包括水管二、閥門二以及注水頭，所述所述注水頭的通過水管二連接至所述流量檢測單元，所述閥門二設在水管二上。

進一步地，在上述方案中，所述流量檢測單元采用小流量高精度流量傳感器，實時檢測通過液體的流量數據，并將數據轉換為脈沖信號或者模擬量電流信號發送給主控制模塊。流量檢測單元實際作為直接測量系統，反應了當前的真實流量，實現了系統的閉環控制，形成負反饋控制系統；主控制模塊將指令流量與流量檢測單元的反饋流量值實時進行比較，結合二者差值調整對定量水泵的輸出，從而動態控制系統的流量，達到高精度的流量控制。

進一步地，在上述方案中，所述降雨裝置由降雨供水閥門、供水管和降雨噴頭組成，降雨裝置通過所述供水管與所述上水單元連接，所述降雨供水閥門設在供水管上，所述降雨噴頭設在供水管的末端。

進一步地，在上述方案中，所述控制及顯示系統預留rs232接口，可方便與電腦進行通訊，還可以遙控控制。

進一步地，在上述方案中，所述人機界面hmi的系統界面中包括顯示窗口、流量輸入設置系統、輸出值設置、數字按鈕、控制按鈕。

一種便攜式高精度自動雨量監測設備的精度檢測裝置的使用方法，包括以下步驟：

s1：根據現場調查和收集的已有自動雨量站的資料數據，確定需要檢測的雨量站的具體位置；

s2：將所述便攜式高精度雨量數據采集檢測裝置儲水、充電、調試及完成檢測；

s3：將所述便攜式高精度雨量數據采集檢測裝置帶至需檢測的自動雨量站位置，打開電源，設置好控制及顯示系統，設定需檢測雨量值，設置定量水泵，進行降雨模擬方式；

s4：降雨模擬方式結束，完成降雨量檢測數據采集與記錄工作，關閉電源；

s5：每個檢測點重復上述工序，每個檢測點至少完成3次檢測工作；

s6：自動雨量站監測數據準確度計算，給出檢測結果為合格或不合格。

進一步地，所述便攜式高精度自動雨量監測設備的精度檢測裝置，其基本工作環境要求如下：

1)溫度在-10℃-60℃；

2)相對濕度小于85％(無凝露)；

3)電源在220v+/-15％,50-60hz；

4)液體介質為防結垢純凈水，溫度范圍10℃-80℃。

本發明的有益效果是：本發明是在對自動雨量站功能及原理進行掌握的基礎上，研發的雨量監測設備準確度檢測裝置。本發明的便攜式高精度自動雨量監測設備的精度檢測裝置能夠滿足生產與科研需要，具有先進、高精度、合理可行等優點，對自動雨量站進行準確度檢測功能，從而達到提高突發地質災害及山洪災害雨量監測數據的準確性，為地方政府防災減災工作提供切實有效的依據，切實保障北京山區受災害威脅的人民群眾生命財產安全。

具體表現在以下幾點：

1)高精度，本系統采用了負反饋全閉環流量控制，選配高精度流量傳感器和定量泵，從而確保了系統的流浪控制精度，系統精度超過2％。

2)流量可調，系統流量可以在0-12l/hour之間寬范圍調整(結合流量計的截面積可換算成雨量mm/hour)，方便的模擬真實雨量。

3)便攜，采用一體化設計，結構緊湊，充分考慮移動戶外作業的便攜性。

4)方便操作，選用全中文，可調整的人機界面，只需簡單培訓即可方便的進行操作。

5)供電單一，整個系統只需220v工頻電源，其他電源需求系統內部自行轉換。

6)通訊方便，預留rs232接口，可方便與電腦進行通訊。如果客戶需要還可以遙控控制。

7)高防護等級，防護等級可達ip44，電氣控制柜做專門的防護處理，適合戶外作業。

8)高可靠性，從電氣到管路都選用高可靠性器件，有效保證了系統壽命。

9)防爆，系統整個系統只需220v工頻電源，其他電源需求系統內部自行轉換。

附圖說明

圖1是本發明的結構示意圖；

圖2是人機界面hmi的系統界面示意圖；

圖3是本發明的檢測結果示意圖。

其中，1-儲水系統、2-泵水系統、3-流量檢測單元、4-控制及顯示系統、5-降雨裝置、6-待檢測雨量計、11-水容器、12-水管一、13-閥門一、14-過濾器、15-溫度檢測傳感器、21-定量水泵、22-上水單元、221-水管二、222-閥門二、223-注水頭、41-供電模塊、42-主控制模塊、43-人機界面hmi、431-顯示窗口、432-流量輸入設置系統、433-輸出值設置、434-數字按鈕、435-控制按鈕、51-降雨供水閥門、52-供水管、53-降雨噴頭。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施方式來對本發明進行更進一步詳細的說明。

如圖1所示的一種便攜式高精度自動雨量監測設備的精度檢測裝置，主要包括儲水系統1、泵水系統2、流量檢測單元3、控制及顯示系統4、降雨裝置5；儲水系統1儲備一定量的清水，并將水輸送到泵水系統2；泵水系統2是由定量水泵21和上水單元22組成，定量水泵21實時按照控制及顯示系統4的指令以一定速度將水注入到流量檢測單元3里；上水單元22將從流量檢測單元3輸出的水全部均勻持續的傳送到待檢測雨量計6里；流量檢測單元3按照控制及顯示系統指令將液體介質從定量水泵21持續轉移至上水單元22，并實時將流量數據發送給控制及顯示系統4；控制及顯示系統4包括供電模塊41、主控制模塊42和人機界面hmi43；供電模塊41負責給整個系統提供穩定的電力支持，主控制模塊42接受人機界面hmi43上的設定指令，將流量和控制的相關結果輸出給人機界面hmi43，根據指令輸出控制信號給定量水泵21，使定量水泵21按照人工設定工作，接收流量檢測單元3的輸入信號，并將其計算轉換為控制及顯示系統4所需的數據并輸出；所述人機界面hmi43為系統的操作面板，是操作者與系統的交互接口，主要負責對控制系統進行設定，人工控制系統的啟停，輸入液體流量、總量等控制指令，并且顯示系統所需的流量、總量、壓力、溫度等信息；降雨裝置5設在所述上水單元22與待檢測雨量計6之間，為待檢測設備提供均勻降雨。儲水系統1、泵水系統2、流量檢測單元3、控制及顯示系統4、降雨裝置5采用一體化設計，使用電氣控制柜做專門的防護處理，電氣到管路都選用高可靠性器件。

其中，儲水系統1：包括水容器11、水管一12、閥門一13、過濾器14以及溫度檢測傳感器15，所述水容器11通過所述水管一12連接至所述泵水系統2，所述閥門一13、過濾器14以及溫度檢測傳感器15設置在水管一12上，儲水系統1給系統提供穩定、清潔的水源。

定量水泵21是一種高精度的可控流量的水泵，可以按照系統指令輸出一定流量的液體介質，同時流量可調。

上水單元22：主要包括水管二221、閥門二222以及注水頭223，所述所述注水頭223的通過水管二221連接至所述流量檢測單元3，所述閥門二222設在水管二221上。

流量檢測單元3：采用小流量高精度流量傳感器，實時檢測通過液體的流量數據，并將數據轉換為脈沖信號或者模擬量電流信號發送給主控制模塊42。流量檢測單元3實際作為直接測量系統，反應了當前的真實流量，實現了系統的閉環控制，形成負反饋控制系統；主控制模塊42將指令流量與流量檢測單元3的反饋流量值實時進行比較，結合二者差值調整對定量水泵4的輸出，從而動態控制系統的流量，達到高精度的流量控制。

降雨裝置5：由降雨供水閥門51、供水管52和降雨噴頭53組成，降雨裝置5通過所述供水管52與所述上水單元22連接，所述降雨供水閥門51設在供水管52上，所述降雨噴頭53設在供水管52的末端。

控制及顯示系統4預留rs232接口，可方便與電腦進行通訊，還可以遙控控制。

如圖2所示，人機界面hmi43的系統界面中包括顯示窗口431、流量輸入設置系統432、輸出值設置433、數字按鈕434、控制按鈕435。顯示窗口431上顯示水量和時間，流量輸入設置系統432上包含小雨、中雨、大雨、暴雨四個設置，輸出值設置433上包含流速、流量、累計、總量四個設置，數字按鈕434包含1、2、3、4、5、6、7、8、9、0這十個數字按鈕，控制按鈕435上包含啟動、停止、清零、打印和電源按鈕。

該便攜式高精度自動雨量監測設備的精度檢測裝置的使用方法，包括以下步驟：

s1：根據現場調查和收集的已有自動雨量站的資料數據，確定需要檢測的雨量站的具體位置；

s2：將所述便攜式高精度雨量數據采集檢測裝置儲水、充電、調試及完成檢測；

s3：將所述便攜式高精度雨量數據采集檢測裝置帶至需檢測的自動雨量站位置，打開電源，設置好控制及顯示系統4，設定需檢測雨量值，設置定量水泵21，進行降雨模擬方式；

s4：降雨模擬方式結束，完成降雨量檢測數據采集與記錄工作，關閉電源；

s5：每個檢測點重復上述工序，每個檢測點至少完成3次檢測工作；

s6：自動雨量站監測數據準確度計算，給出檢測結果為合格或不合格。

進一步地，所述便攜式高精度自動雨量監測設備的精度檢測裝置，其基本工作環境要求如下：

1)溫度在-10℃-60℃；

2)相對濕度小于85％(無凝露)；

3)電源在220v+/-15％,50-60hz；

4)液體介質為防結垢純凈水，溫度范圍10℃-80℃。

利用上述檢測裝置及方法，通過于2016.7.10-2016.7.14與2016.8.10-2016.8.14兩次對北京市房山區佛子莊鄉、河北鎮、史家營鄉、青龍湖鎮、南窖鄉及蒲洼鄉6個鄉鎮的30臺自動雨量計進行了準確度測試，測試結果見表1及圖3。

表1自動雨量精度檢測儀測試結果

按照sl21-2006《降雨量觀測規范》中要求雨量計的測量準確度誤差應控制在±4％之間，可以看出，第一次檢測的30個雨量站中，有7處超過了標準要求，分別為房山區佛子莊鄉陳家墳村白湖溝自動雨量計(測試誤差-5.4％)、房山區佛子莊鄉北窖村東溝自動雨量計(測試誤差-7.3％)、房山區佛子莊鄉上英水村大港溝自動雨量計(測試誤差6.9％)、房山區史家營鄉大村澗村無名溝自動雨量計(測試誤差-4.8％)、房山區史家營鄉金雞臺村金雞臺北溝自動雨量計(測試誤差-4.6％)、房山區史家營鄉秋林鋪村莊戶港子溝自動雨量計(測試誤差-4.6％)及房山區南窖鄉三合村青港溝自動雨量計(測試誤差-5.8％)；第二次檢測的30個雨量站中，有4處超過了標準要求，分別為房山區佛子莊鄉上英水村大港溝自動雨量計(測試誤差-4.9％)、房山區史家營鄉蓮花庵村五礦溝自動雨量計(測試誤差-5.3％)、房山區史家營鄉大村澗村無名溝自動雨量計(測試誤差-5.2％)及房山區南窖鄉大西溝村無名溝自動雨量計(測試誤差-6.0％)。因此，監測單位及研究單位可以根據檢測的結果對以上11處雨量計進行檢查維護，從而獲取更加準確的降雨量數據。

最后應說明的是：以上實施例僅用以說明本發明的技術方案，而非對其限制；盡管參照前述實施例對本發明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應技術方案的本質脫離本發明實施例技術方案的精神和范圍。