专利名称：一种人工模拟降雨装置的制作方法
技术领域：
本发明专利涉及一种降雨装置，特别是一种人工模拟降雨装置，该装置 可用于坡地，采用马氏瓶原理能较高精度保证雨强的均匀性，并可实时记录 雨强。
背景技术：
水土流失、养分改变、土壤水变化、土壤渗透性能等是我国水土保持科 研、试验和监测的重要内容，目前对上述指标的观测主要是坡地降雨中(后) 对坡地径流、泥沙、养分和污染物等进行观测，而后对观测数据^"学分析， 探索表面自然现象后的内部规律。
然而单纯依靠天然降雨来收集所需科研资料则具有很大的局限性。经验 表明单纯利用天然降雨在径流小区开展研究，从获得有代表性的降雨样本， 到得出明确的结论一般需要15~25年的时间。自然降雨的时空随机性变化剧
烈，多数情况下并不能满足实验要求，例如，在干旱半干旱地区， 一是年内 发生降雨的次数本来就不多，而在这些降雨中，能够产生径流的降雨就更加 稀少，因此单纯依靠自然降雨来获得科研数据的方法并不是十分的有效。 而基于实验室尺度和利用人工模拟降雨方法研究上述内容，具有经济
性、便捷性、可控性和重复性等优点，已成为该领域重要技术手段，自20 世纪20年代开始，已经在世界范围内得到广泛运用。使用人工模拟降雨装 置可以控制实验进程，縮短实验周期，获得更多的实验数据，利用人工模拟 降雨装置进行室内与野外试验已成为水土保持研究的一个重要手段。用人工 模拟降雨方法可以加速土壤侵蚀、降雨产流及入渗等试验，避免自然因素的 影响，在既定时间内迅速获得试验所需数据，顺利完成计划试验。到目前为止，研究的人工模拟降雨装置不能够大量生产，还不能真实模拟天然降雨情 况。
发明内容
本发明的目的在于，在借鉴国内外人工模拟降雨装置的基础上，提供一 种人工模拟降雨装置，该装置可用于坡地，并能够实时记录降雨强度，使用 方便可靠，成本较低。
为了实现上述任务，本发明采取如下的技术解决方案-
一种人工模拟降雨装置，其特征在于，该装置包括 一个供水支架和一 个降雨支架，所述的供水支架上设有马氏瓶供水箱，马氏瓶供水箱上方设有 排气管，在马氏瓶供水箱的底部设有水位压力传感器，马氏瓶供水箱上方设 有通气管，通气管的底部位于"雨强-水位标定线"上，传感器通过通气管 内的通讯线与外部上位机通过串口连接实时记录马氏瓶变化的水位，通过换 算得到实时的雨强；马氏瓶供水箱两侧设有进水管路和出水管路，其中，进 水管路用于给马氏瓶供水箱供水，出水管路用于给降雨器供水，降雨器通过 连接件设置在所述的降雨器支架上。
本发明的人工模拟降雨装置，能适应较大范围的坡度，可调节降雨高度， 可调节降雨小区面积大小，能较真实的模拟天然降雨。
图1是本发明的整体结构示意图2是降雨器结构示意图，其中(a)是主视图，(b)是(a)的A-A 剖视图，(c)是(b)的C处局部放大图，(d)是(a)的B处局部放大图3是马氏瓶供水箱结构示意图；其中(a)是主视图，(b)是(a)的 C-C剖视图，(c)是(a)的D向局部视图4是降雨器在降雨支架连接结构示意图。其中(a)是主视图(局部)， (b)是(a)的俯视图，(c)是(a)的A处局部放大图。以下结合附图对本发明作进一步的详细说明。
具体实施例方式
一、结构设计
参见附图，本发明的人工模拟降雨装置，包括一个供水支架1和一个降 雨器支架11，供水支架1上设有马氏瓶供水箱5，其原理采用物理学中的马
氏瓶原理，它能够在保证降雨器12水位基本恒定情况下为降雨器12供水，
这样就保证了雨强较高水平的一致性，在马氏瓶供水箱的底部设有水位压力
传感器3(陕西西安安森智能仪器有限公司生产的ACS-L数字液位传感器)， 马氏瓶供水箱上方设有通气管，通气管的底部位于"雨强-水位标定线"上， 马氏瓶供水箱5上方设有通气管6，通气管6的底部位于"雨强-水位标定 线"7上，ACS-L传感器3通过通气管6内的通讯线9 (RS485)与马氏瓶供 水箱5外部的实时测定、记录雨强的上位机14连通；马氏瓶供水箱5上方 设有排气管8，马氏瓶供水箱5两侧设有进水管路4和出水管路10，其中， 进水管路4用于给马氏瓶供水箱5供水，出水管路10用于给降雨器12供水， 降雨器12通过连接件13设置在降雨器支架11上。
上述的"雨强-水位标定线"7是通过降雨器12中的水位来率定和换算 出来的目标雨强，用于保证降雨器12中水位的稳定，从而得到均匀性较高 的雨强。通过降雨器12内壁上的标签，可以根据雨强大小来给降雨器12 供水，为试验提供便利。
供水支架1与马氏瓶供水箱5之间设有高度微调器2。高度微调器2用 来细微调节马氏瓶供水箱5的高度，保证通气管6的底端与降雨器12中的 "雨强-水位标定线"7较高水平一致，确保降雨器12中的水位为目标水位 并得到目标雨强。
降雨器12上设有振动器22和交叉设置的整平装置25。振动器22是用 来给降雨器产生微小振动，更加真实的模拟天然降雨。整平装置25是用来给降雨器12整平的，以保证降雨高度的一致性。整平装置25是由两个条形 整平气泡组成，分别安装在降雨器12的两个相邻的边框上，每个条形整平 气泡均可以确定一条水平直线，而由两个整平装置确定出的两条交叉的水平 直线则组成了一个水平面，这样可以确定降雨器12处于一个水平面上，保 证小区内的降雨高度一致。
连接件13上有由底座31和支杆32组成半球形连接装置，以保证降雨 器12与降雨器支架11可靠的连接。
马氏瓶供水箱的外体上有透明水位刻度尺26 (图3C)。
降雨器支架11四周还有防风帘15。防风帘15是针对野外试验设置的， 野外自然风对试验的影响较大，防风帘15的目的就是降低风对试验的影响， 防止雨滴飘拂。防风帘15采用软材料、巻帘式，平时无风试验时，巻上去； 若风的影响超过了允许范围，则放下防风帘，削减试验不利因素。
降雨器12上排列有多个雨滴发生器21，所述的雨滴发生器21由针头 23和橡皮塞24组成，针头23选择6#、 7#或8#兽用针头，不同型号的针头 可以获得不同大小的雨滴，可以使得雨滴大小与自然情景更为接近。
供水支架1和降雨器支架11分别由四个圆柱形可伸縮钢管组成，其高 度可以较大范围调节，这使得降雨器能够适应更大范围的坡度。供水支架1 用来调节马氏瓶供水箱5高度，以适应不同坡度的地形。
实时记录雨强的上位机14可以有多种选择(如单片机、PC机)，本设 计中选用能记录、处理试验数据的PC机，记录ACS-L传感器3测得的数 据并后期处理。 二、工作原理
本发明的人工模拟降雨装置之所以能够比较真实的模拟自然状况下的 降雨，在于以下几个主要的方面 一是降雨器12上的雨滴发生器21，通过 更换不同型号的针头可以调整雨滴的大小；二是通过调整马氏瓶供水箱的高度能够得到不同大小的雨强；三是降雨器12上设置的振动器22能够产生微 小振动，使得雨滴更加真实并接近自然降雨；四是系统采用马氏瓶供水箱， 能够保证降雨器中的水位在整个降雨过程中保持基本恒定而得到比较均以 稳定的雨强；最后通过ACS-L传感器3与实时观测、记录雨强的上位机14 的进行通讯，记录并保存数据，供后期处理。 三.装置使用方法
1、 根据试验小区的坡度初步安装人工模拟降雨装置，结合降雨器12 上的两个交叉设置的整平装置25对降雨器进行调平；
2、 结合降雨器中不同雨强所标定的"雨强-基本水位线"给降雨器加水， 通过马氏瓶供水箱高度微调器调整供水高度，保证通气管6的底端与降雨器 12中的"雨强-水位标定线"高度基本一致；
3、 暂时关闭马氏瓶供水箱出水管路10上的闽门，打开排气阀8，通过 马氏瓶供水箱进水管路4给马氏瓶供水箱加水至上限水位线，然后关闭排气 阀门8和进水管路4，初始化上位机14的记录软件；打开出水管路10的阀 门开始模拟人工降雨。
本发明的人工模拟降雨装置，整个装置为组装式，较为轻便、易于组装、 分拆及搬运；该装置使用方便，维护简单；造价比较低廉，较以往模拟降雨 装置省水；ACS-L传感器3能感知供水箱5实时的变化水位，通讯线9 (RS485)与上位机14进行数据通讯，并将ACS-L传感器3记录的实时数据 上载到上位机14中，以供后期处理，由于采用了水位实时观测、记录，通 过换算得到实时雨强，故能进行实时雨强的控制及调整；设置有防风帘，可 以降低野外自然风对实验的影响；能适应较大范围的坡度，可调节降雨高度， 可一定范围调节降雨小区面积大小，能较真实的模拟天然降雨。
权利要求
1、一种人工模拟降雨装置，其特征在于，该装置包括一个供水支架(1)和一个降雨器支架(11)，所述的供水支架(1)上设有马氏瓶供水箱(5)，马氏瓶供水箱(5)的底部设有压力传感器(3)，马氏瓶供水箱(5)上方设有通气管(6)，通气管(6)的底部与降雨器(12)中的“雨强-水位标定线”(7)的高度一致，压力传感器(3)通过通气管(6)内的通讯线(9)与马氏瓶供水箱(5)外部的实时观测、记录雨强的上位机(14)数据通讯；马氏瓶供水箱(5)上方设有排气管(8)，马氏瓶供水箱(5)两侧设有进水管路(4)和出水管路(10)，其中，进水管路(4)用于给马氏瓶供水箱(5)供水，出水管路(10)用于给降雨器(12)供水，降雨器(12)通过连接件(13)设置在所述的降雨器支架(11)上。
2、 如权利要求1所述的人工模拟降雨装置，其特征在于，所述的供水 支架(1)与马氏瓶供水箱(5)之间设有高度微调器(2)。
3、 如权利要求1所述的人工模拟降雨装置，其特征在于，所述的降雨 器(12)上设有振动器(22)。
4、 如权利要求1所述的人工模拟降雨装置，其特征在于，所述的连接 件(13)上是由底座(31)和支杆(32)组成的半球形连接装置。
5、 如权利要求1所述的人工模拟降雨装置，其特征在于，所述的降雨 器(12)上附加有交叉的整平装置(25)。
6、 如权利要求1所述的人工模拟降雨装置，其特征在于，所述的降雨 器支架(11)四周还有防风帘(15)。
7、 如权利要求1所述的人工模拟降雨装置，其特征在于，所述的降雨 器(12)上排列有多个雨滴发生器(21)，所述的雨滴发生器(21)由针头(23)和橡皮塞(24)组成。
8、 如权利要求7所述的人工模拟降雨装置，其特征在于，所述的针头(23)选择6#、 7#或8#兽用针头。
9、 如权利要求1所述的人工模拟降雨装置，其特征在于，所述的供水 支架(1)和降雨器支架(11)均可调节。
10、 如权利要求1所示的人工模拟降雨装置，其特征在于，所述的"雨 强-水位标定线"(7)用于保证降雨器(12)中水位的稳定，从而得到均匀 性较高的雨强。
全文摘要
本发明公开了一种人工模拟降雨装置，该装置包括一个供水支架和一个降雨支架，供水支架上设有马氏瓶供水箱，马氏瓶供水箱上方设有排气管，在马氏瓶供水箱的底部设有压力传感器，马氏瓶供水箱上方设有通气管，通气管的底部位于雨强-水位标定线上，压力传感器通过通气管内的通讯线与马氏瓶供水箱外部的实时测定、记录雨强的上位机连接；马氏瓶供水箱两侧设有进水管路和出水管路，其中，进水管路用于给马氏瓶供水箱供水，出水管路用于给降雨器供水，降雨器通过连接件设置在所述的降雨器支架上。本发明能适应较大范围的坡度，可调节降雨高度，可调节降雨小区面积大小，能较真实的模拟天然降雨。
文档编号B05B3/00GK101537398SQ200910021960
公开日2009年9月23日 申请日期2009年4月9日 优先权日2009年4月9日
发明者吴普特, 俊 牛, 王玉宝, 赵西宁, 俊 黄 申请人:西北农林科技大学