專利名稱：一種數(shù)控式雨量計的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及氣象、水文雨量測量，更具體地，涉及到一種數(shù)控式雨量計，用于實現(xiàn) 高精度、大量程的雨量測量。
背景技術(shù)：
目前全國范圍的水文、氣象雨量的測量普遍使用“翻斗式雨量計”，翻斗式雨量計 歷史悠久，屬于解放前國外引進技術(shù)，數(shù)十年來雖有改進，基本原理及結(jié)構(gòu)依舊，翻斗雨量 計僅適用于中小雨量測量，微小雨量達不到翻斗重量翻斗不翻，雨量不計，大雨及暴雨測量 精度較差，據(jù)專業(yè)人士評估其精度只達到60%，而且需要每年定期進行鑒定及維修，雨量測 量是氣象、水文要素，時隔60 70年之久，在當(dāng)今科學(xué)應(yīng)用技術(shù)高度發(fā)展時，還在普遍使用 精度低、量程窄的翻斗雨量計實屬不合理，所以，推出以現(xiàn)代科學(xué)應(yīng)用技術(shù)實現(xiàn)的數(shù)控式雨 量計，來替代翻斗雨量計，成為一項急需的任務(wù)。

發(fā)明內(nèi)容
(一)要解決的技術(shù)問題設(shè)計一種數(shù)控式雨量計，實現(xiàn)擴大量程、提高測量精確度、免除定期鑒定、維修，降 低成本。( 二 )技術(shù)方案為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種數(shù)控式雨量計，將雨水模擬量，直接轉(zhuǎn)換 為數(shù)字量，以數(shù)控中心處理器單片機進行系統(tǒng)數(shù)據(jù)控制與測量，實現(xiàn)擴大量程以及較高的 精確度及分辨率。所述數(shù)控式雨量計包括承水器，設(shè)置為漏斗狀，用于承接雨水；測試筒，通過通水管與所述承水器連通，用于將所承接雨水導(dǎo)入測試筒內(nèi)進行測 量，所述測試筒的面積與承水器上端開口面積按比例設(shè)置，使自然降水量在測試筒內(nèi)的上 升動態(tài)擴大整數(shù)倍用于測量使用；傳感器，設(shè)置在所述測試筒內(nèi)，用于測量測試筒內(nèi)的水位模擬/數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，其上端 連接有帶動其隨雨水量升降的測試桿；滑輪，其上繞接有牽引繩索，牽引繩索一端與測試桿下端連接，另一端與測試桿上 端連接，通過滑輪的轉(zhuǎn)動由牽引繩索帶動測試桿升降；步進電機，與所述滑輪同軸連接，帶動滑輪做步進/步退轉(zhuǎn)動；中心處理器，通過步進電機驅(qū)動電纜與所述步進電機相連，通過邏輯信號電纜與 所述傳感器相連，用于獲取所述傳感器測得的雨水水位邏輯信息，并對其進行處理、存儲和 顯示，以及根據(jù)所測雨水水位信息控制步進電機執(zhí)行驅(qū)動。其中，所述通水管與測試筒之間設(shè)置有進排水三通電動閥，用于控制測試筒內(nèi)被 測雨水的進出，以使進水時，通水管與測試筒之間連通，排水時，測試筒與排水口連通。其中，所述傳感器下端并列設(shè)置有傳感器第一探頭和傳感器第二探頭，兩個探頭 之間的高度差設(shè)置為2mm，所述傳感器的兩個探頭用于浸入測試筒的被測雨水中，探測被測雨水的水位邏輯信息。其中，所述中心處理器上設(shè)置有數(shù)碼顯示屏，所述數(shù)碼顯示屏設(shè)置有百、十、個、分 四位LED數(shù)碼顯示，所述百、十兩位為十進制累加計數(shù)，所述個、分兩位為可逆計數(shù)，個位與 分位LED數(shù)碼管之間設(shè)置有小數(shù)點標示，用于直接顯示實際被測雨水量。其中，所述數(shù)碼顯示屏的計量單位為毫米。其中，所述測試桿上設(shè)置有升降穩(wěn)定滑輪，用于使測試桿穩(wěn)定導(dǎo)向隨雨水水位升 降。其中，所述測試桿設(shè)置為空心管，使邏輯信號電纜由其中心穿過與傳感器相連。其中，所述雨量計還設(shè)置有接地線，其上端連接中心處理器的電路地電位，下端與 測試筒連接，使被測水體帶電路地電位。其中，所述中心處理器采用單片機系統(tǒng)作為中心處理控制系統(tǒng)，對接收到的雨水 量邏輯信息進行處理，進行數(shù)據(jù)存儲、顯示，以及根據(jù)所處理的數(shù)據(jù)信息控制步進電機的步 進/步退操作。其中，所述中心處理器設(shè)置有標準數(shù)據(jù)輸出接口，可外接外部存儲或顯示設(shè)備，通 過所述輸出接口將雨水測量過程及實時水位數(shù)據(jù)傳送至外部存儲或顯示設(shè)備。(三)有益效果本發(fā)明提供的數(shù)控式雨量計充分利用單片機數(shù)控技術(shù)，擴大了量程，將分辨率提 高到1%。，精確度誤差提高到士 1%。，實現(xiàn)由微雨量至大到暴雨均可測量，為氣象、水文雨量 測量提供一種高精度的測試儀器。


圖1是本發(fā)明數(shù)控式雨量計的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明數(shù)控式雨量計模/數(shù)變換傳感器產(chǎn)生的邏輯狀態(tài)示意圖。其中1 承水器；2 通水管道；3、進排水三通電動閥芯；4 進排水三通電動閥；5 傳感器；5a 傳感器第一探頭；5b 傳感器第二探頭；6 中心處理器；7 步進電機；8 滑輪； 9 牽引繩索；10 測試桿；11 升降穩(wěn)定滑輪；12 邏輯信號電纜；13 步進電機驅(qū)動電纜； 14:接地線；15:測試筒。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例，對本發(fā)明的具體實施方式
作進一步詳細描述。以下實施 例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。本發(fā)明實施例提供的數(shù)控式雨量計，按照雨量計國家標準尺寸設(shè)置承水器1，承水 器1的開口端內(nèi)徑設(shè)置為200mm，以承水器開口端面積縮小10倍設(shè)置雨水測試筒15的面積 (即測試筒面積與承水器開口端面積比為1 10)，自然雨水降至承水器，承水器接收雨水， 通過通水管道2將雨水導(dǎo)入測試筒15內(nèi)，測試筒水位上升動態(tài)較自然雨量擴大10倍，在通 水管2與測試筒15之間安裝了進排水三通電動閥4，控制測試筒15進水及排水，進排水三 通電動閥4的三端開口為A、B、C，當(dāng)由承水器1向測試筒15內(nèi)進水時，電動閥的閥芯3關(guān) 閉C 口，A 口和B 口導(dǎo)通，即通水管2和測試筒15導(dǎo)通，承水器1所接的雨水導(dǎo)入測試筒15 內(nèi)；當(dāng)測試筒15向外排水時，電動閥的閥芯3關(guān)閉A 口，C 口和B 口導(dǎo)通，即測試筒15和排水口導(dǎo)通，使測試筒15內(nèi)的雨水排出。由于承水器1和測試筒15的相關(guān)比例設(shè)置，測試筒的水位以十倍于自然雨水動態(tài)量上升，即在測量過程中，將實際降雨量的水位動態(tài)擴大了 10倍，由此提高測試分辨率及精確度，也就是說，1毫米自然雨水相當(dāng)于注入測試筒10毫米 雨水量，由模擬/數(shù)字變換傳感器5感應(yīng)水位升降，當(dāng)水位上升時，傳感器5的兩個探頭5a 和5b探測到水位的邏輯狀態(tài)信號，通過邏輯信號電纜12傳送至中心處理器6，中心處理器 6對邏輯信號進行處理，將水位信息實時顯示在數(shù)碼顯示屏上，并根據(jù)水位的上升數(shù)據(jù)控制 步進電機7做步進驅(qū)動，由此帶動滑輪8轉(zhuǎn)動，滑輪8與升降穩(wěn)定滑輪11配合使繞接在滑輪 8上的牽引繩索9帶動測試桿10隨水位上升；當(dāng)水位下降時，步進電機7做步退驅(qū)動，使得 測試桿10隨水位下降，隨著水位的升降，上述雨水水位測量和控制部分的運動依次循環(huán)。步進電機7設(shè)置為每步進、步退一步為7. 5度步距角，即360度+7. 5度==48， 即步進電機每步進或步退48步剛好旋轉(zhuǎn)一周，設(shè)計滑輪直徑48 + 3. 1416-0. 6 (牽引繩索 直徑)==15. 28-0. 6 (牽引繩索直徑)==14. 68，即步進電機7每步進或步退一步測試 桿上升或下降1毫米。傳感器5工作時其探頭5a和5b產(chǎn)生的邏輯狀態(tài)示意圖如圖2所 示。傳感器具有兩個探頭，傳感器第一探頭5a和傳感器第二探頭5b，兩者并行設(shè)置在傳感 器5下端，其高低相距2毫米，如水位上升到使傳感器第二探頭5b接觸水位，傳感器第一探 頭5a在水外，也即是傳感器第二探頭5b侵入水位1毫米，傳感器第一探頭5a在水上1毫 米，如圖2中a邏輯狀態(tài)所示邏輯為0 1，此邏輯信號傳入中心處理器的單片機系統(tǒng)，被設(shè) 定為“平衡”狀態(tài)，此時數(shù)碼顯示管的顯示信息不變；如水位繼續(xù)上升至傳感器第一探頭5a 侵入水中，如圖2中b邏輯狀態(tài)所示邏輯為0 0，數(shù)碼顯示管雨水量相應(yīng)增加，單片機驅(qū)動 步進電機7正向步進旋轉(zhuǎn)一步，相應(yīng)帶動傳感器5測試桿10上升1毫米，使傳感器第一探 頭5a脫離水位，邏輯狀態(tài)又恢復(fù)至a所示，處于0 1，恢復(fù)平衡，步進電機7靜止不動；如水 位下降，使傳感器第二探頭5b脫離水面，如圖2中c邏輯狀態(tài)所示邏輯為1 1，單片機驅(qū)動 步進電機7反轉(zhuǎn)步退一步，測試桿10下降1毫米，重新如a邏輯狀態(tài)所示，如若水位量連續(xù) 上升，連續(xù)處于b邏輯狀態(tài)，則步進電機7則連續(xù)正向步進，測試桿10連續(xù)跟隨水位上升， 直至達到邏輯狀態(tài)a ；水位若連續(xù)下降，則步進電機7連續(xù)反向步退，使測試桿10跟隨水位 下降，直至達到邏輯狀態(tài)a。步進電機7每步進一步，測試桿10上升1毫米，數(shù)字顯示為0. 1，也就是測試筒1 毫米水位==自然雨水0. 1毫米，當(dāng)水位升至9. 9+1 == 10.0既測試筒100毫米==自然 10毫米雨水，此時單片機發(fā)出一個脈沖信號啟動三通電動閥4的閥芯3，由原來通水管2與 測試筒15的A-B相通改為測試筒15與外部排水口的B-C相通，關(guān)閉承水器1向測試筒15 進水，測試筒15與排水口相通，電動閥4由進水狀態(tài)變?yōu)榕潘疇顟B(tài)，此時傳感器5跟隨水位 下降至0 0水位，單片機顯示器后兩位數(shù)字即個、分位9. 9作減法運算，直至減到0 0，顯示 器為10. 0，同時單片機發(fā)出驅(qū)動電動閥4的信號，使閥芯3旋轉(zhuǎn)恢復(fù)至通水管2與測試筒 15的A-B相通的狀態(tài)，繼續(xù)將雨水注入測試筒15進行水位測量，10毫米水量記錄于單片機 內(nèi)存中，當(dāng)?shù)诙螠y量個位與分位由0. 0累加計數(shù)至19. 9+1 ==20.0時三通電動閥4旋 轉(zhuǎn)，測試筒排水水位下降，步進電機7反向步退，測試桿10跟隨水位下降，顯示器個、分兩位 數(shù)字作減法運算，至20. 0，十位數(shù)的2不退回，再次水位上升至29. 9+1 = = 30. 0，測試筒每 滿100毫米即單片機內(nèi)存加10毫米雨量記錄，單片機計數(shù)器總?cè)?99. 9毫米，近1米雨水 量，同時數(shù)據(jù)由SR-232標準接口將測試過程雨水位量傳輸出。
在本實施例中，以數(shù)控式雨量計的一次計量過程為例描述其工作程序。降雨時雨水滴入承水器1，通過通水管2、開通進排水三通電動閥的A-B連通使雨水注入測試筒15，此 時水面開始上升到1毫米以上，接觸傳感器第一探頭5a，邏輯狀態(tài)變?yōu)? 0，單片機接收到 邏輯信號立即驅(qū)動步進電機7帶動測試桿10及傳感器5上升一步，如降雨量大，水位繼續(xù) 上升，則步進電機7連續(xù)步進，單片機精確記錄上升步數(shù)，即水位上升的毫米數(shù)，如水位上 升至100毫米(即10毫米自然降雨量)，此時，整個雨量計完成以下動作a、單片機控制進 排水三通電動閥4的閥芯3換向使B-C連通以排放出測試筒15內(nèi)的雨水；在排水時間內(nèi)， 數(shù)據(jù)接口對外閉鎖，不發(fā)送數(shù)據(jù)；b、水位快速下降，兩個探頭5a和5b脫離水面，邏輯狀態(tài)處 于1 1，單片機驅(qū)動步進電機7迅速步退，兩個探頭5a和5b快速跟隨水位下降；C、數(shù)碼顯 示屏的個、分兩位數(shù)字跟隨水位下降精確作減法運算顯示下降水位數(shù)值，直到測試筒15內(nèi) 雨水排完、傳感器第一探頭5a脫離水面，邏輯狀態(tài)變?yōu)? 0，數(shù)碼顯示管的個、分兩位計數(shù) 為0. 0 ；十位的計數(shù)1不退回，待下次測試累加；d、單片機驅(qū)動進排水三通電動閥4的閥芯 3換向，使A-B連通，關(guān)閉排水，開通進水，進行下次測試；測試筒15水容量只有100毫米， 一旦水位達100毫米就執(zhí)行以上程序，一次程序為自然降雨10毫米雨量，雨量計最大可計 量999. 9毫米(接近1米)，通常情況下降雨量不會一次達到1米，所以該雨量計滿足實際 需要。在該數(shù)控式雨量計裝置中，所述單片機系統(tǒng)設(shè)置有標準數(shù)據(jù)輸出接口，可外接外 部存儲或顯示設(shè)備，通過所述輸出接口將雨量測量過程存儲及實時雨量數(shù)據(jù)傳送至外部存 儲或顯示設(shè)備。在同一被測雨量的區(qū)域內(nèi)，可以使用多個雨量計，以實現(xiàn)測量的準確，數(shù)控 式雨量計可通過有線或無線裝置，將降雨量測量過程及結(jié)果傳送至水文、氣象站進行進一 步異地分析操作，實現(xiàn)整個雨量測量自動化。以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人 員來說，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進和替換，這些改進和替換 也應(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍。
權(quán)利要求
一種數(shù)控式雨量計，其特征在于，包括承水器(1)，設(shè)置為漏斗狀，用于承接雨水；測試筒(15)，通過通水管(2)與所述承水器(1)連通，用于將所承接雨水導(dǎo)入測試筒(15)內(nèi)進行測量，所述測試筒(15)的面積與承水器(1)上端開口面積按比例設(shè)置，使自然降水量在測試筒(15)內(nèi)的上升動態(tài)擴大整數(shù)倍用于測量使用；傳感器(5)，設(shè)置在所述測試筒(15)內(nèi)，用于測量測試筒(15)內(nèi)的水位模擬/數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，其上端連接有帶動其隨雨水量升降的測試桿(10)；滑輪(8)，其上繞接有牽引繩索(9)，牽引繩索(9)一端與測試桿(10)下端連接，另一端與測試桿(10)上端連接，通過滑輪(8)的轉(zhuǎn)動由牽引繩索(9)帶動測試桿(10)升降；步進電機(7)，與所述滑輪(8)同軸連接，帶動滑輪(8)做步進/步退轉(zhuǎn)動；中心處理器(6)，通過步進電機驅(qū)動電纜(13)與所述步進電機(7)相連，通過邏輯信號電纜(12)與所述傳感器(5)相連，用于獲取所述傳感器(5)測得的雨水水位邏輯信息，并對其進行處理、存儲和顯示，以及根據(jù)所測雨水水位信息控制步進電機(7)執(zhí)行驅(qū)動。
2.如權(quán)利要求1所述的數(shù)控式雨量計，其特征在于，所述通水管(2)與測試筒(15)之 間設(shè)置有進排水三通電動閥⑷，用于控制測試筒(15)內(nèi)被測雨水的進出，以使進水時，通 水管(2)與測試筒(15)之間連通，排水時，測試筒(15)與排水口連通。
3.如權(quán)利要求1所述的數(shù)控式雨量計，其特征在于，所述傳感器(5)下端并列設(shè)置有傳 感器第一探頭(5a)和傳感器第二探頭(5b)，兩個探頭之間的高度差設(shè)置為2mm，所述傳感 器的兩個探頭用于浸入測試筒(15)的被測雨水中，探測被測雨水的水位邏輯信息。
4.如權(quán)利要求1所述的數(shù)控式雨量計，其特征在于，所述中心處理器(6)上設(shè)置有數(shù)碼 顯示屏，所述數(shù)碼顯示屏設(shè)置有百、十、個、分四位LED數(shù)碼顯示，所述百、十兩位為十進制 累加計數(shù)，所述個、分兩位為可逆計數(shù)，個位與分位LED數(shù)碼管之間設(shè)置有小數(shù)點標示，用 于直接顯示實際被測雨水量。
5.如權(quán)利要求4所述的數(shù)控式雨量計，其特征在于，所述數(shù)碼顯示屏的計量單位為毫米。
6.如權(quán)利要求1所述的數(shù)控式雨量計，其特征在于，所述測試桿(10)上設(shè)置有升降穩(wěn) 定滑輪(11)，用于使測試桿(10)穩(wěn)定導(dǎo)向隨雨水水位升降。
7.如權(quán)利要求1所述的數(shù)控式雨量計，其特征在于，所述測試桿(10)設(shè)置為空心管，使 邏輯信號電纜(12)由其中心穿過與傳感器(5)相連。
8.如權(quán)利要求1所述的數(shù)控式雨量計，其特征在于，所述雨量計還設(shè)置有接地線(14)， 其上端連接中心處理器的電路地電位，下端與測試筒連接，使被測水體帶電路地電位。
9.如權(quán)利要求1所述的數(shù)控式雨量計，其特征在于，所述中心處理器(6)采用單片機系 統(tǒng)作為中心處理控制系統(tǒng)，對接收到的雨水量邏輯信息進行處理，進行數(shù)據(jù)存儲、顯示，以 及根據(jù)所處理的數(shù)據(jù)信息控制步進電機(7)的步進/步退操作。
10.如權(quán)利要求1所述的數(shù)控式雨量計，其特征在于，所述中心處理器(6)設(shè)置有標準 數(shù)據(jù)輸出接口，可外接外部存儲或顯示設(shè)備，通過所述輸出接口將雨水測量過程及實時水 位數(shù)據(jù)傳送至外部存儲或顯示設(shè)備。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種數(shù)控式雨量計，包括用于承接雨水的承水器，與承水器連通的測試筒，設(shè)置在測試筒內(nèi)、用于測量水位信息的傳感器；傳感器上端連接有測試桿，以及繞接有牽引繩索的滑輪，牽引繩索兩端分別與測試桿上下端連接，由牽引繩索帶動測試桿升降；步進電機同軸連接滑輪，帶動滑輪轉(zhuǎn)動；中心處理器，通過兩根電纜與步進電機和傳感器相連，以獲取傳感器測得的雨水水位信息，并對其進行處理、存儲和顯示，以及根據(jù)所測雨水水位信息控制步進電機。本發(fā)明利用單片機數(shù)控技術(shù)擴大量程，將分辨率提高到1‰，精確度誤差提高到±1‰，實現(xiàn)不論雨量大小都能高精度的測量出實際降雨量，為氣象、水文雨量測量提供方便。
文檔編號G01W1/14GK101813793SQ20101014742
公開日2010年8月25日 申請日期2010年4月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月13日
發(fā)明者劉家棣 申請人:溫京輝