專(zhuān)利名稱(chēng)：流量式雨量、雨強(qiáng)的測(cè)量方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬氣象測(cè)量領(lǐng)域傳統(tǒng)的小翻斗式雨量計(jì)精度太低，對(duì)雨強(qiáng)的適應(yīng)范圍也有限。近年來(lái)雖有所改進(jìn)和推出了浮子虹吸式水位法雨量計(jì)和電容式雨量計(jì)，不同程度地提高了降雨測(cè)量的精確度，但它們都存在一個(gè)共同的問(wèn)題，必須先將雨水收集在一個(gè)固定的容器中，爾后進(jìn)行測(cè)量，因而響應(yīng)的時(shí)間常數(shù)較大，更為嚴(yán)重的是測(cè)量后的雨水仍被保存，它會(huì)對(duì)前后測(cè)量和間隙性下雨過(guò)程造成較大的測(cè)量誤差，由于容器的容量有限(虹吸式)對(duì)于連續(xù)的大強(qiáng)度降雨，它會(huì)因超限而不能很好地完成測(cè)量。而且以上的雨量計(jì)只適應(yīng)靜止?fàn)顟B(tài)下測(cè)量，不能應(yīng)用在運(yùn)動(dòng)的載體上完成動(dòng)態(tài)降雨的測(cè)量。
本發(fā)明的目的在于提供一種能夠克服上述缺點(diǎn)的雨量、雨強(qiáng)的測(cè)量方法和裝置，采用雨水量化器將雨水變成水滴，經(jīng)水滴電脈沖轉(zhuǎn)換器，將水滴變?yōu)殡娒}沖，并由計(jì)算機(jī)自動(dòng)進(jìn)行計(jì)數(shù)、計(jì)算，成為實(shí)時(shí)測(cè)量、可長(zhǎng)期保存數(shù)據(jù)的自動(dòng)裝置，并可一次性提供雨量、雨強(qiáng)測(cè)量需要的任何參數(shù)。
本發(fā)明的方法是雨水從接雨口泄水管經(jīng)集雨器進(jìn)入測(cè)雨探頭的雨水量化器，調(diào)節(jié)雨水量化器間隙，使雨水成為規(guī)范水滴，水滴電脈沖轉(zhuǎn)換器使水滴變?yōu)殡娒}沖由單片機(jī)進(jìn)行測(cè)量，根據(jù)水滴的多少與降雨時(shí)間計(jì)算出雨量、雨強(qiáng)。
本發(fā)明的裝置，由接雨口、測(cè)量器組成，其特征在于為了防止本發(fā)明的裝置放置于室外使用時(shí)有可能由于枯枝敗葉、泥沙粉塵侵入雨水量化器2而使其受堵，接雨口1的下部置有一過(guò)濾杯8，以阻擋較大的異物。另一方面，還要保證相當(dāng)?shù)男顾芰?，?duì)水流穿過(guò)的時(shí)間常數(shù)盡可能的小，以保證降雨的實(shí)時(shí)測(cè)量，本發(fā)明采用了50-100目的銅網(wǎng)做成過(guò)濾杯8。
測(cè)量器由測(cè)雨探頭7(雨水量化器2、水滴電脈沖轉(zhuǎn)換器3)、數(shù)字接口電路4、單片機(jī)5和輸出電路6所組成雨水量化器2是將收集的雨水變成規(guī)范性的水滴的部件，俗稱(chēng)為滴管。由量化器上管10和量化器下管14組成，量化器上管10有連接螺紋11與量化器下管14連接，量化器上管10既作為雨水容器，又作為控制閥。其中間有一尖錐桿12與量化器下管14的漏斗形錐孔15相對(duì)應(yīng)并保持一間隙，其間隙由上下量化器10、14連接處的螺紋11進(jìn)行調(diào)節(jié)，以控制進(jìn)入出水管16水的流速，即既要保證流出的是水滴，又要泄漏暢通，管內(nèi)積水多于3-5滴(每滴約為0.003mm降雨量)即可啟動(dòng)雨水量化器2，當(dāng)管內(nèi)積水很滿(mǎn)(即水壓增大)時(shí)，仍能保持出水口17以相同的水滴形式輸出而不形成連續(xù)的水流以完成降雨的量化作用，其間隙的大小控制在0.15-0.4mm范圍。
尖錐桿12旁有四個(gè)透水孔13，供均勻向下透水。
量化器下管14又稱(chēng)量化斗，斗上口有螺紋14與量化器上管10相接。其外形似一漏斗，斗底是一細(xì)長(zhǎng)的出水管16，出水管16上部是漏斗形錐孔15，出水管16下端是出水口17，為防止偶然的出現(xiàn)“氣泡塞死”現(xiàn)象其孔徑稍大于出水管16的直徑。為保證雨水量化器2的正常工作，出水管16的直徑為2-4mm，出水口17直徑為3-6mm，相當(dāng)于每個(gè)量化水滴的大小為0.08ml-0.16ml水量，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的雨量計(jì)(接雨口1直徑為200mm)而言，每水滴折合降雨量為0.0025-0.004mm。出水管16的長(zhǎng)度為10-20mm，出水口17的長(zhǎng)度為5-10mm。
雨水量化器2要適應(yīng)各種不同的環(huán)境使用，必須采用合適的耐腐蝕的又較易于加工的金屬或非金屬制成，如不銹鋼、聚四氟乙烯等。
水滴電脈沖轉(zhuǎn)換器3是由若干對(duì)相間嵌置在圓孔四周的針狀電極a及b、電阻R1、放大器IC1組成，a電極接地，b電極接放大器同相端，它們?cè)谥行奶幗財(cái)嘈纬梢贿m當(dāng)?shù)男】?。該小孔與雨水量化器的出水口17同心并有一定的間距。小孔的孔徑略大于水滴的半徑。電極對(duì)數(shù)的選擇取決于本發(fā)明使用于運(yùn)動(dòng)載體測(cè)量時(shí)水滴的偏移量以保證可靠地測(cè)量而定。在沒(méi)有水滴經(jīng)過(guò)時(shí)，電極間呈高阻狀態(tài)，電源電壓經(jīng)R1將高電平加在IC1的同相端，IC1的輸出端A亦呈高電平，當(dāng)水滴穿過(guò)電極中心時(shí)，只要同時(shí)短接近相鄰的任意兩個(gè)a、b電極，即相當(dāng)于放大器IC1的同相端瞬間接地。放大器IC1的輸出端A立即跳到低電平，水滴流過(guò)電極后，A點(diǎn)又恢復(fù)成初始的高電平狀態(tài)，每一個(gè)水滴經(jīng)過(guò)電極，使A點(diǎn)產(chǎn)行一個(gè)完整的脈沖。
本發(fā)明的一組雨水量化器2和水滴電脈沖轉(zhuǎn)換器3構(gòu)成一個(gè)單體測(cè)雨探頭，其最大雨強(qiáng)測(cè)量為1.5mm/S，為滿(mǎn)足國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的要求(最大雨強(qiáng)應(yīng)為4.5mm/S)，故一臺(tái)完整的流量式雨量、雨強(qiáng)的測(cè)量裝置的測(cè)量器，由三個(gè)單體測(cè)雨探頭構(gòu)成。
測(cè)雨探頭輸出的脈沖數(shù)，通過(guò)接口電路4送至單片機(jī)5系統(tǒng)按照預(yù)定的程序進(jìn)行計(jì)算、統(tǒng)計(jì)，經(jīng)輸出電路6去顯示、打印所需的雨量、雨強(qiáng)參數(shù)，或經(jīng)長(zhǎng)線(xiàn)傳輸給計(jì)算機(jī)進(jìn)行進(jìn)一步處理。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)(1).測(cè)量靈敏度和精度有顯著的提高;
(2).絕對(duì)誤差極小，全量程保持同一精度;
(3).可測(cè)瞬時(shí)雨量，故不但可作雨量計(jì)使用，同時(shí)可作雨強(qiáng)計(jì)使用;
(4).被測(cè)雨水不需保存，可作動(dòng)態(tài)測(cè)量。
圖1為本發(fā)明的框圖1.接雨口 2.雨水量化器
3.水滴電脈沖轉(zhuǎn)換器 4.數(shù)字接口電路5.單片機(jī) 6.輸出電路7.測(cè)雨探頭圖2為本發(fā)明的雨水量化器的剖面圖1.接雨口 8.過(guò)濾杯9.集水器 10.雨水量化器上管11.連接螺紋 12.尖錐桿13.透水孔 14.量化器下管15.漏斗形錐孔 16.出水管17.出水口圖3為本發(fā)明的水滴電脈沖轉(zhuǎn)換器電原理圖a.b.針形電極對(duì) R1.放大器的偏置電阻IC1.放大器 R2.R3.放大器的比例電阻A.放大器的輸出端結(jié)合
實(shí)施例本發(fā)明的實(shí)施例是將雨量傳感器(它包括三個(gè)測(cè)雨探頭現(xiàn)以一個(gè)為例說(shuō)明之)安裝在接雨口7下。接雨口7下部裝有50目銅網(wǎng)杯8，接雨口7的泄水管對(duì)著雨水量化器3上面的集水器9，雨水由集水器9流入雨水量化器2，經(jīng)透水孔13流經(jīng)尖錐桿12與漏斗形錐孔15間的約0.3mm間隙形成水滴，水滴經(jīng)出水管16和出水口17滴到水滴脈沖轉(zhuǎn)換器3之電極a、b的中間，出水管16的直徑為3mm，其長(zhǎng)度為15mm;出水口17的直徑為4.8mm，其長(zhǎng)度為6mm。
水滴脈沖轉(zhuǎn)換器3的針形電極a、b采用二對(duì)正交安置，放大器IC1采用LM158型運(yùn)放。
本實(shí)施例的測(cè)量雨量靈敏度為0.005mm，最大測(cè)量雨強(qiáng)大于4.5mm/s。
權(quán)利要求
1.一種流量式雨量、雨強(qiáng)測(cè)量方法，其特征在于①雨水由接雨口(1)進(jìn)入雨水量化器(2)，由量化器上管(10)的尖錐桿(12)與量化器下管(14)的漏斗形錐孔(15)的間隙作用，經(jīng)出水管(16)后變成規(guī)范水滴，根據(jù)水滴的多少計(jì)算出雨量；②水滴電脈沖轉(zhuǎn)換器(3)在沒(méi)有水滴經(jīng)過(guò)時(shí)，電極間呈高阻狀態(tài)，電源電壓經(jīng)R1將高電平加在IC1的同相端，IC1的輸出端A亦呈高屯平，水滴流經(jīng)屯極時(shí)電極相對(duì)短路，放大器IC1的同相端瞬間接地，放大器IC1的輸出端A亦呈低電平，水滴流過(guò)電極后，A點(diǎn)又恢復(fù)成高電平狀態(tài)，一個(gè)水滴經(jīng)過(guò)電極，使A點(diǎn)產(chǎn)生一個(gè)完整的脈沖；③水滴電脈沖經(jīng)數(shù)字接口電路(4)去單片機(jī)(5)按照預(yù)定程序進(jìn)行計(jì)數(shù)、計(jì)算并經(jīng)輸出電路(6)進(jìn)行顯示、打印所需的雨量、雨強(qiáng)等參數(shù)或進(jìn)行進(jìn)一步處理。
2.一種流量式雨量、雨強(qiáng)的測(cè)量裝置，由接雨口、測(cè)量器組成，其特征在于①測(cè)量器由測(cè)雨探頭(7)、數(shù)字接口電路(4)、單片機(jī)(5)和輸出電路(6)所組成，測(cè)雨探頭(7)由雨水量化器(2)和水滴電脈沖轉(zhuǎn)換器(3)組成;②接雨口(1)下部有過(guò)濾篩杯(8);③雨水量化器(2)由量化器上管(10)和量化器下管(14)組成，量化器上管(10)有連接螺紋(11)與量化器下管(14)連接，有四個(gè)透水孔(13)，中間連接有一尖錐桿(12)與量化器下管(14)的漏斗形錐孔(15)相對(duì)應(yīng)并保持一間隙，其間隙由上下量化器(10)(14)連接處的螺紋(11)進(jìn)行調(diào)節(jié)，漏斗形錐孔(15)下面是出水管(16)，出水管(16)下是出水口(17)，其孔徑稍大于出水管(16)的直徑;④水滴電脈沖轉(zhuǎn)換器(3)是由若干對(duì)相間嵌置在圓孔四周的針狀電極a及b、電阻R1、放大器IC1組成，a電極接地，b電極按放大器同相端，它們?cè)谒蚊}沖轉(zhuǎn)換器(3)中心處截?cái)嘈纬梢贿m當(dāng)?shù)男】?。該小孔與雨水量化器(2)的出水口(17)同心并有一定的間距。小孔的孔徑略大于水滴的半徑。⑤一臺(tái)完整的流量式雨量、雨強(qiáng)的測(cè)量裝置之測(cè)量器，由若干組測(cè)雨探頭組成。⑥水滴電脈沖轉(zhuǎn)換器(3)輸出的脈沖，通過(guò)數(shù)字接口電路(4)送至單片機(jī)(4)按照預(yù)定的程序進(jìn)行計(jì)數(shù)、計(jì)算，統(tǒng)計(jì)，經(jīng)輸出電路(6)去顯示、打印所需的雨量、雨強(qiáng)參數(shù)，或去計(jì)算機(jī)進(jìn)行進(jìn)一步處理。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所說(shuō)的流量式雨量、雨強(qiáng)的測(cè)量裝置，其特征在于過(guò)濾杯(8)是由50至100目的銅網(wǎng)做成。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所說(shuō)的流量式雨量、雨強(qiáng)的測(cè)量裝置，其特征在于出水管(16)的直徑為2-5mm，長(zhǎng)度為10-20mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所說(shuō)的流量式雨量、雨強(qiáng)的測(cè)量裝置，其特征在于出水口(17)的直徑為3-6mm，長(zhǎng)度比是5-10mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所說(shuō)的流量式雨量、雨強(qiáng)的測(cè)量裝置，其特征在于尖錐桿(12)同漏斗形錐孔(15)的間隙在0.15-0.4mm間。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所說(shuō)的流量式雨量、雨強(qiáng)的測(cè)量裝置，其特征在于水滴電脈沖轉(zhuǎn)換器(3)的針狀電極為1-4對(duì)。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所說(shuō)的流量式雨量、雨強(qiáng)的測(cè)量裝置，其特征在于雨水量化器(2)采用耐腐蝕又易加工的金屬或非金屬制造。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所說(shuō)的流量式雨量、雨強(qiáng)的測(cè)量裝置，其特征在于一臺(tái)完整的流量式雨量、雨強(qiáng)的測(cè)量裝置，包括一至五個(gè)測(cè)雨探頭(7)。
全文摘要
本發(fā)明屬氣象測(cè)量領(lǐng)域本發(fā)明采用雨水量化器將雨水轉(zhuǎn)換成恒定量的水滴，水滴滴下時(shí)經(jīng)過(guò)水滴脈沖轉(zhuǎn)換器接觸到電極，使電極相對(duì)短路，經(jīng)放大器的輸出端產(chǎn)生一個(gè)脈沖，將此脈沖用單片機(jī)進(jìn)行處理，獲得雨量和雨強(qiáng)的測(cè)量值。本發(fā)明的雨量靈敏度可高達(dá)0.005mm，全量程的測(cè)量精度為±0.01mm?？梢詼y(cè)量雨量、雨強(qiáng)的各種參數(shù)。
文檔編號(hào)G01W1/14GK1103718SQ9312065
公開(kāi)日1995年6月14日 申請(qǐng)日期1993年12月6日 優(yōu)先權(quán)日1993年12月6日
發(fā)明者鄒鵬程, 黃明生, 王新富 申請(qǐng)人:鄒鵬程