一種實時重力式雨水計量傳感系統的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種實時重力式雨水計量傳感系統，屬于水利工程和市政工程城市防 澇災害的降雨檢測領域，適用于實時記錄降雨數據。
【背景技術】
[0002] 隨著城市化水平的加快，城市不透水地表比例的加大，城市降雨峰值的增大和提 前致使城市內澇災害問題開始突顯與加劇，城市安全問題受到前所未有的挑戰，而解決城 市內澇災害問題除了需要優化城市排水管網系統，還需要掌握足夠的實時降雨資料來采取 必要的防御措施，如何獲取一定的實時降雨數據資料也成為當前城市內澇災害預警領域的 重要研究可以。
[0003] 當前市場上存在各式雨水傳感器，既有感應式，也有計量式，其中感應式主要是靠 雨水降落在濕度探頭上通過雨滴大小產生不同的電阻值發出降雨信號記錄降雨歷時，但無 法記錄降雨總量;計量式主要以翻斗式雨量計為主，雨水經漏斗口流入翻斗，當積水量達到 一定高度時，翻斗失去平衡翻倒使開關接通電路，向記錄器輸送一個脈沖信號，記錄器控制 自記筆將雨量記錄下來，因為它里面結構決定了它是靠像天平秤一樣的平衡來計量的，所 以當下大雨的時候它就誤差增大了，而且雨越大誤差也越大，遇到暴雨，它的誤差可能高達 20%、50%，所以對于有一定精度要求的場合
[0004] 如何掌握準確的實時降雨資料用于城市內澇災害的預警，本套設備基于市場上傳 感器和雨量計的使用優勢，它既可以精確記錄降雨時間、降雨總量和降雨強度，也可以作為 雨水收集器，將收集的雨水送進實驗室進行檢測，為減少城市內澇災害具有積極的作用。
[0005] 根據我國氣象部門制定的《地面氣象觀測規范》，對于地面氣象觀測站使用的自動 氣象站中雨量計的基本性能應該符合如下要求：
[0006] ?降水強度測量范圍:0~4mm/min(毫米/分）（允許通過最大雨強8mm/min)
[0007] ?分辨力:0.1mm
[0008] ?測量準確度：（在〇-4mm/min雨強范同）：
[0009] 降水量< 10mm，測量誤差：±0.4mm;
[0010]降水量>l〇mm，測量誤差：±(〇.4mm+l%F.S)
[0011] ·自動采樣時間：1次/min
[0012] #環境溫度：-10〇C ~60〇C
[0013] 魯相對濕度：〈95% (40°C)
【發明內容】
[0014] 本發明為克服現有技術的不足，提供一種實時重力式雨水計量傳感系統。
[0015] -種實時重力式雨水計量傳感系統，其特征在于，包括承雨口 1、篩網2、引水漏斗 3、不銹鋼體4、量筒、電子秤6、RS232接口端子7、電源輸入端子8、底座9、RS232接口線10;信 號控制模塊11、電流輸入導線12和電源插頭13;
[0016] 不銹鋼體4與其連接的承雨口 1、篩網2、引水漏斗3、量筒和電子秤6位于室外，承雨 口 1位于不銹鋼體4的頂端，篩網2位于承雨口 1下方，位于篩網2下方處有一引水漏斗3,當雨 水降落在承雨口 1里時經過篩網2過濾進入到引水漏斗3里，在不銹鋼體4底端的底座9上放 置一臺電子秤6，電子秤6上邊放置量筒5，量筒5正好位于引水漏斗3的正下方，電子秤6-端 通過電流輸入導線12與室內插座連接，另一端通過RS232接口線10與信息控制模塊連接11， 信號控制模塊11再控制信號顯示屏。
[0017] 應用所述系統的方法，其特征在于，當雨水降落在承雨口 1上經過篩網2進入引水 漏斗，此時直徑大于篩孔的雜質截留在篩網2的表面上，雨水進入引水漏斗3流進量筒5,量 筒5作用在電子秤6上產生壓力，電子秤6表面采用壓敏電阻組成的壓敏傳感器，產生的壓力 信號經過電子秤6內部的AD轉換芯片將模擬信號轉換為數字信號，傳輸到單片機中，單片機 對采集到的壓力數字信號進行濾波和標準化處理后，計算出瞬時雨強，降雨時間以及累計 降雨量，將計算出的數值通過232電平轉換芯片轉換為RS232電平，通過RS232接口線10傳輸 給信號控制模塊11中的單片機，單片機接收到電子稱傳來的數據，進行通訊協議的解析后 將數值傳輸到顯示屏，從而完成一次降雨數據的記錄。
[0018] 進一步系統配備多種數據處理分析功能，同時系統可安放在任意位置如屋頂、道 路、廣場、陽臺、草坪等地方。
[0019] 本發明與現有技術相比，具有以下優勢：
[0020] (1)實現了雨水收集器和傳感器的有機結合，既可以作為雨水收集器，也可作為傳 感器記錄降雨數據；
[0021] (2)可以隨時隨地記錄降雨歷時、降雨總量以及lmin的降雨強度；
[0022] (3)量筒和電子秤雙重記錄降雨量，確保誤差的最小化，提高數據的精確度。
【附圖說明】
[0023]圖1傳感系統裝置簡圖；
[0024]圖2室外采樣器結構圖；
[0025]圖3引水漏斗結構圖；
[0026] 圖4信號控制模塊流程圖。
[0027] 承雨口 1、篩網2、引水漏斗3;不銹鋼體4;量筒5;電子秤6、RS232接口端子7、電源輸 入端子8、底座9、RS232接口線10;信號控制模塊11、電流輸入導線12;電源插頭13
【具體實施方式】
[0028] 下面結合實施例對本發明做進一步說明，但本發明并不限于以下實施例。
[0029] 實施例1
[0030] 傳感器的裝置簡圖見圖1，重力式雨水計量傳感器由承雨口、篩網、引水漏斗、不銹 鋼體、量筒(500ml)、電子秤、RS232接口端子、電源輸入端子、底座、RS232接口線、信號控制 模塊、電流輸入導線、電源插頭等幾部分組成。其傳感器裝置簡圖、室外采樣器結構圖、濾網 漏斗結構圖、引水漏斗結構圖、信號控制模塊流程圖。
[0031] 承雨口
[0032] 承雨口采用不銹鋼皮整體沖拉而成，光潔度高，滯水產生的誤差小。其口徑：0201 高度為150mm，刃口銳角:40°~45° .
[0033] 篩網
[0034] 篩網是承接過濾作用，篩網為圓形直徑為0200mm,為不銹鋼材質，其距承雨口 100mm，距離引水漏斗50mm，可隨時取下與安裝，篩網的孔徑為4mm將空氣中大顆粒雜質截 下，保證雨水正常流進引水漏斗。
[0035]引水漏斗
[0036]漏斗外形為漏斗狀，用不銹鋼皮制成，其頂部為圓形直徑200mm，高度為150mm，其 中引水漏管直徑為l〇mm。
[0037] 量筒（500ML)
[0038] 量筒(500ml)為市場上所購的玻璃材質，為豎長的圓筒形，上沿一側有嘴，便于傾 倒。下部有寬腳以保持穩定。圓筒壁上刻有容積量程，供使用者讀取體積。筒壁自下而上印 有刻度。觀察讀數時，實驗人員要注意視線需要與液體的凹液面的最低處相平。
[0039] 電子秤
[0040] 電子秤由調零電阻、壓敏傳感器、電壓比較器、AD轉換芯片、單片機、電平轉換芯片 和RS232接口等組成，其精度可達O.lg，其原理：電子秤表面采用壓敏電阻組成的壓敏傳感 器，產生的壓力信號經過電子秤內部的AD(模數轉換)芯片將模擬信號轉換為數字信號，傳 輸到單片機中，單片機對采集到的壓力數字信號進行濾波和標準化處理后，將計算出的數 值通過TTL/232電平轉換芯片轉換為RS232電平。
[0041 ] 不銹鋼體
[0042] 不銹鋼體和承雨口都采用不銹鋼材質，并且兩者之間是一整體無縫連接，不銹鋼 體其上口圓之間為0200 rM,下口圓之間06〇〇畫 :，在整個裝置中起保護鋼體內電子秤和量筒 的作用。
[0043] 信號控制模塊
[0044]信號控制模塊包括電平轉換芯片、變壓器、穩壓器、單片機和DGUS顯示屏。其原理： 通過232串口線傳輸給信號控制模塊中的單片機，單片機接收到電子稱傳來的數據，進行通 訊協議的解析后得到相應的數據，然后將數值傳輸到顯示屏(其中對迪文顯示屏進行二次 開發一一導入界面圖片，通過定制的組態開發軟件進行變量地址的分配)上進行顯示(控制 電路板的單片機輸出為TTL電平，經過TTL/232電平轉換芯片轉換為232電平，顯示屏為232 接口）。
[0045]重力式雨水計量傳感器的操作步驟
[0046] (1)首先將采樣裝置圖2放置在采樣點并加以固定；
[0047] (2)其次檢查電子秤電流輸入導線是否有破損，如果有破損要及時更換，在穿過機 動車道、非機動車道和人行道等位置是穿過空心鋼管加以保護；
[0048] (3)接著調整電子秤的四腳螺母，調整其處于平穩狀態，并放置在底座上（不銹鋼 體內部），電子秤上面放置500ml量筒，使量筒口正對引水漏斗的引水管，以保證雨水流出后 不會偏移。
[0049] (4)最后將不銹鋼體安裝在底座上，此時電子秤和量筒已放置在不銹鋼體內，開啟 室內的電源插座、信號控制模塊及顯示屏，在室內讀取顯示屏上記錄降雨時間、降雨總量和 瞬時降雨量即可。同時可計算量筒里面收集的雨水總量即為降雨總量和雨水水質情況。
【主權項】
1. 一種實時重力式雨水計量傳感系統，其特征在于，包括承雨口（1)、篩網（2)、引水漏 斗（3)、不銹鋼體(4)、量筒、電子秤(6)、RS232接口端子(7)、電源輸入端子(8)、底座（9)、 RS232接口線（10);信號控制模塊(11)、電流輸入導線（12)和電源插頭(13); 不銹鋼體(4)與其連接的承雨口（1)、篩網（2)、引水漏斗（3)、量筒和電子秤(6)位于室 外，承雨口（1)位于不銹鋼體(4)的頂端，篩網（2)位于承雨口（1)下方，位于篩網（2)下方處 有一引水漏斗（3)，當雨水降落在承雨口（1)里時經過篩網（2)過濾進入到引水漏斗（3)里， 在不銹鋼體(4)底端的底座(9)上放置一臺電子秤(6)，電子秤(6)上邊放置量筒(5)，量筒 (5)正好位于引水漏斗（3)的正下方，電子秤(6) -端通過電流輸入導線（12)與室內插座連 接，另一端通過RS232接口線（10)與信息控制模塊連接(11)，信號控制模塊（11)再控制信號 顯示屏。2. 應用如權利要求1所述的一種實時重力式雨水計量傳感系統的方法，其特征在于，當 雨水降落在承雨口（1)上經過篩網（2)進入引水漏斗，此時直徑大于篩孔的雜質截留在篩網 (2)的表面上，雨水進入引水漏斗（3)流進量筒(5)，量筒（5)作用在電子秤(6)上產生壓力， 電子秤(6)表面采用壓敏電阻組成的壓敏傳感器，產生的壓力信號經過電子秤(6)內部的AD 轉換芯片將模擬信號轉換為數字信號，傳輸到單片機中，單片機對采集到的壓力數字信號 進行濾波和標準化處理后，計算出瞬時雨強，降雨時間以及累計降雨量，將計算出的數值通 過232電平轉換芯片轉換為RS232電平，通過RS232接口線（10)傳輸給信號控制模塊（11)中 的單片機，單片機接收到電子稱傳來的數據，進行通訊協議的解析后將數值傳輸到顯示屏， 從而完成一次降雨數據的記錄。
【專利摘要】一種實時重力式雨水計量傳感系統，屬于水利工程和市政工程城市防澇災害的降雨檢測領域，適用于實時記錄降雨數據。其特征在于，包括承雨口(1)、篩網(2)、引水漏斗(3)、不銹鋼體(4)、量筒、電子秤(6)、RS232接口端子(7)、電源輸入端子(8)、底座(9)、RS232接口線(10)；信號控制模塊(11)、電流輸入導線(12)和電源插頭(13)。此套設計可適應中遠距離的數據記錄和降雨檢測，在室內隨時隨地檢測到某一時刻的累計降雨量和降雨時間以及此時的降雨量，同時降雨量可以在量筒和電子秤雙測量下進行準確地記錄，保證誤差達到最小化，提高數據檢測的精度。
【IPC分類】G01W1/14
【公開號】CN105549122
【申請號】CN201510885996
【發明人】趙樹旗, 盧興超, 周玉文, 王中正, 高琳, 楊偉明, 劉原, 吳獻平, 婁富豪
【申請人】北京工業大學
【公開日】2016年5月4日
【申請日】2015年12月6日