一种采用编码激发的高准确性的雨量测量系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种采用编码激发的高准确性的雨量测量系统，包括机械结构部分和测量控制电路部分，机械部分包括集雨器、和测量器，所述的集雨器设置在测量器的上端，并通过管道将收集的雨水送入所述的测量器的底部；所述的控制电路部分包括气温检测单元，超声波检测单元，水温检测单元、控制单元、计算控制驱动单元和信息输出单元。本实用新型的雨量测量结构简单，安装方便，便于用户使用，同时通过采用远程测量数据传输、自动化程度高、抗干扰性强、减少了维护，且连续降雨观测量程大，理论上可达无限，相比其他同类超声波雨量测量装置体积小，能够测量冬季的降雪水当量。
【专利说明】一种采用编码激发的高准确性的雨量测量系统
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种雨量测量系统，特别涉及一种采用编码激发的高准确性的雨量测量系统。
【背景技术】
[0002]目前，气象、农业、水文等部门使用的雨量观测设备一般都是传统的翻斗式雨量计或者虹吸式雨量计，它们结构相对简单，但是存在受雨水强度影响大、降雨量的测量精度不高、无法进行远程数据传输等问题，特别是当暴雨天气时，会经常漏测，不能提供准确的数据。此外，传统的雨量计只能测量降雨量，没有测量降雪水当量的功能。
实用新型内容
[0003]为解决上述问题，本实用新型公开了一种采用编码激发的高准确性的雨量测量系统。
[0004]为了达到上述目的，本实用新型提供如下技术方案:一种采用编码激发的高准确性的雨量测量系统，包括机械结构部分和测量控制电路部分，机械部分包括集雨器、和测量器，所述的集雨器设置在测量器的上端，并通过管道将收集的雨水送入所述的测量器的底部；所述的控制电路部分包括气温检测单元，超声波检测单元，水温检测单元、控制单元、计算控制驱动单元和信息输出单元。
[0005]作为本实用新型的一种改进，所述的集雨器下端设置有集雨器落水口，在所述的测量器内设置有锥筒结构，所述锥筒结构的锥底设置在在集雨器的下部出水口处，锥筒结构开口要浸没在测量器底部的最低水位以下。
[0006]作为本实用新型的一种改进，集雨器出水口的设置有水嘴结构，水嘴与集雨器密封连接，水嘴出水口延伸至测量器壁附近垂直向下并连接有落水管，所述的落水管延伸至测量器底部的最低水位以下。
[0007]作为本实用新型的一种改进，在所述的测量器的底部设置有补水电磁阀和排水电磁阀，所述的补水电磁阀和排水电磁阀通过测量控制电路控制。
[0008]作为本实用新型的一种改进，在所述的集雨器内设置有滤网，并在所述的滤网上设置有网状加热丝。
[0009]本实用新型的有益效果:
[0010]本实用新型的雨量测量结构简单，安装方便，便于用户使用，同时通过采用远程测量数据传输、自动化程度高、抗干扰性强、减少了维护，且连续降雨观测量程大，理论上可达无限，相比其他同类超声波雨量测量装置体积小，能够测量冬季的降雪水当量。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]图1为本实用新型锥形筒状结构的机械结构示意图。
[0012]图2为本实用新型的系统测量控制电路框图。[0013]图3为本实用新型的系统的工作过程流程图。
[0014]图4为信噪比SNR范围为-1OdB?IOdB时，采用相关处理及自适应滤波技术进行测量误差修正前后对比图。
[0015]图5为接收信号取不同持续时间时，采用误差拟合曲线方法修正前后对比图。
[0016]图6为降雨量液位高度变化仿真图。
[0017]图7为降雨排水量变化仿真图。
[0018]图8为降雨量仿真图。
[0019]图9为接收信号幅度与时长同时变化时的测量结果表。
[0020]图10为实际采集数据与修正后测量误差数据结果对比表。
[0021]图11为本实用新型另一实施例机械结构示意图。
【具体实施方式】
[0022]以下将结合具体实施例对本实用新型提供的技术方案进行详细说明，应理解下述【具体实施方式】仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围。
[0023]实施例1:
[0024]如图1所示，本实用新型的采用编码激发的高准确性的雨量测量系统的机械结构示意图，包括集雨器1、滤网2、连接杆4、锥筒结构8以及测量器9。集雨器I设置在测量器9的上端，锥筒结构8设置在所述的测量器9内并设置在集雨器落水口 3的下端，锥筒结构8通过连接杆4与集雨器落水口 3相连接，锥筒结构8的锥底设置在在集雨器落水口 3处，锥筒结构开口浸没在测量器9底部的最低水位以下。集雨器I收集到的雨水经滤网2过滤后通过集雨器落水口 3从锥筒结构8以及测量器9的内壁之间流下去，锥形筒状结构8的外壁与测量器9的内壁间的缝隙大小依据最大瞬时降雨量计算得出，由于锥筒结构开口浸没在测量器9底部的最低水位11以下，这样就能减小液面产生的波动，保证了测量的准确性。进一步地通过在滤网上设置网状加热丝21，可以用于冬季降雪水当量的测量。
[0025]系统还包括换能器支架5、气温传感器6、超声换能器7、水温传感器12，超声换能器7用换能器支架5固定在测量器9顶部，超声换能器7发射超声波至测量器9聚集的雨水表面，并接收反射回来的超声波；测量器9内测量大气温度的气温传感器6和检测水温的温度传感器12 ;气温传感器6置于换能器支架5上,根据温度查表,确定超声波的传播速度；水温传感器12置于测量器底部，检测水温温度，避免冬季雨水结冻。
[0026]更近一步地，在所述的测量器9的底部设置有补水电磁阀13以及排水电磁阀15。补水电磁阀13和排水电磁阀15都置于测量器9锥顶出口处，补水电磁阀13在长时间不下雨，测量器内雨水完全蒸发时实现自动补水功能。
[0027]如图2所示，测量控制电路包括:气温检测单元，超声波检测单元，水温检测单元、控制单元、计算控制驱动单元和信息输出单元等。气温检测单元用于检测测量器内大气温度，以便修正超声波速度，其另一作用是与水温检测单元一并用于水温控制，防止冬天测量器桶内雨水结冰，气温和水温检测单元的组成包括温度传感器、信号调理电路、ADC等模块；超声波检测电路是测量的主要部分，用于测量降雨增量、最低水位和最高水位等，其组成部分包括超声换能器、波形产生电路、发射电路、接收电路、信号调理与处理电路、ADC等；控制单元主要用于控制气温、水温、最高最低水位、雨量测量和参数计算，用于加热、排水和补水的控制，包括加热器、排水和补水开关、驱动电路、电加热器(丝)和排水补水电磁阀等；计算控制驱动单元主要由单片机或逻辑控制器件构成(CPLD或FPGA);信息输出单元主要用于将测量信息(雨量)和状态信息按要求传递到自动气象站，进行信息综合，主要是由RS-485数据接口构成。
[0028]如图3所示，本实用新型的工作流程包括:
[0029]I)系统上电后，系统启动自检程序，完成对系统的自检过程；
[0030]2)每次测量时，首先检测测量器桶内的大气温度，计算超声波速度修正值；
[0031]3)发射、接收Barker码编码超声波，经过信号调理和信号处理单元，并经过ADC采样后送入计算控制单元，计算水位高度和雨量增量；
[0032]4)测量结果可以经过液晶显示屏显示,显示I分钟降雨量、I小时降雨量、12小时、24小时降雨量，输出数据通过RS-485输入至自动气象站；
[0033]5)当检测水位达到或者超过系统设定的最高水位时，系统启动排水电磁阀，进行雨水排放；
[0034]6)当检测水位达到或超过系统设定的最低水位时，系统关闭排水电磁阀；
[0035]7)当检测水位出现负增长时，表明无降雨，雨水被蒸发，当水位连续出现负增长至低于最低水位一定值，系统启动补水电磁阀，进行补水值最低水位线；
[0036]8)当大气温度等于或低于O度时，系统开始对测量器桶内的雨水进行加温，以保证桶内雨水不结冰，当达到设计温度时，停止加温；
[0037]9)当大气温度等于或低于O度时，系统提示是否进行降雪水当量的测定，如果需要，人为启动降雪水当量监测程序，网状电热丝进行加热以便融雪，系统测定融雪水当量；
[0038]采用的巴克码编码发射信号的公式为:
[0039]
【权利要求】
1.一种采用编码激发的高准确性的雨量测量系统，包括机械结构部分和测量控制电路部分，其特征在于:机械部分包括集雨器、和测量器，所述的集雨器设置在测量器的上端，并通过管道将收集的雨水送入所述的测量器的底部；所述的控制电路部分包括气温检测单元，超声波检测单元，水温检测单元、控制单元、计算控制驱动单元和信息输出单元。
2.根据权利要求1所述的一种采用编码激发的高准确性的雨量测量系统，其特征在于:所述的集雨器下端设置有集雨器落水口，在所述的测量器内设置有锥筒结构，所述锥筒结构的锥底设置在在集雨器的下部出水口处，锥筒结构开口浸没在测量器底部的最低水位以下。
3.根据权利要求1所述的一种采用编码激发的高准确性的雨量测量系统，其特征在于:集雨器出水口的设置有水嘴结构，水嘴与集雨器密封连接，水嘴出水口延伸至测量器壁附近垂直向下并连接有落水管，所述的落水管延伸至测量器底部的最低水位以下。
4.根据权利要求2或3所述的一种采用编码激发的高准确性的雨量测量系统，其特征在于:在所述的测量器的底部设置有补水电磁阀和排水电磁阀，所述的补水电磁阀和排水电磁阀通过测量控制电路控制。
5.根据权利要求1所述的一种采用编码激发的高准确性的雨量测量系统，其特征在于:在所述的集雨器内设置有滤网，并在所述的滤网上设置有网状加热丝。
【文档编号】G01W1/14GK203732742SQ201420074515
【公开日】2014年7月23日 申请日期:2014年2月21日 优先权日:2014年2月21日
【发明者】李鹏, 王银娟, 尹杰 申请人:南京信息工程大学