一种翻斗式光学雨量计的制作方法

本申请涉及气象、水文领域的测量设备，尤其涉及一种翻斗式光学雨量计。

背景技术：

降水是指在水汽经大气的冷凝作用通过不同方式降落到地表的天气现象，有液体或固态两种降水形式。由于降水观测是气象观测的重要组成部分，为天气预报、气象情报、气候分析和气象科学研究，以及社会生产建设提供资料服务，所以准确无误的降水观测显得十分重要。

雨量计是测定降水量和降水强度的气象仪器，目前常用的雨量计有虹吸式雨量计、称重式雨量计、翻斗式雨量计等等基于力学原理的机械式雨量计，在测量中雨、大雨、暴雨、大暴雨、特大暴雨中具有较高的准确度，但在小雨、毛毛雨、冻雨、冰雹、降雪等方面准确度大大降低，而且具有快速判断降水是否发生的能力。近年来蓬勃发展的光学雨量计基于光学原理，采用非接触式测量，规避了机械接触式测量的一些不足之处，可以做到数据的高速输出。

翻斗式雨量计的工作原理是：雨水由最上端的承水口进入承水器，落入接水漏斗，经漏斗口流入上翻斗，当积水量达到一定高度时，翻斗失去平衡翻倒。每一次翻斗倾倒都使开关接通电路，向记录器输送一个脉冲信号，记录器控制自记笔将雨量记录下来，如此往复即可将降雨过程测量下来。在计算中假设翻斗室翻转的时候，上翻斗应停止进水并快速将水清空，下翻斗迅速地转换为上翻斗承接的雨水。

光学雨量计采用激光穿过雨滴时产生的散射光或透射光的频率和相位来计算粒子的大小和速度信息。

在翻斗式雨量计测量过程中，测量漏斗会进水，进而在翻转过程中造成测量误差，所以只能测量降雨的宏观雨量。光学式雨量计测量雨滴粒子时无法逃避重复雨滴的复杂散射问题，误判的概率大，对于中、大、暴雨等强降水的测量精度大大降低。

基于两种测量方式的雨量计原理及其优缺点，设计了一种翻斗式光学雨量计，此雨量计既可以对微雨，小雨进行精确测量，也可以对中雨、大雨、暴雨等强雨量进行精确测量。

技术实现要素：

解决的技术问题：本发明克服上述现有技术中存在的不足，公开了一种翻斗式光学雨量计，解决现有技术中机械式雨量计存在测量误差较大、感应速度慢、无法获得降水类型等缺点以及单独的光学雨量计对微观参数测量精度不高的缺点。

技术方案：一种翻斗式光学雨量计，由光学测量区域和机械双翻斗雨量测量区域组成，所述光学测量区域包括光源保护盒和光管保护盒，机械双翻斗雨量测量区域内设有雨量计测量筒体，光源保护盒与光管保护盒水平放置，光源保护盒和光管保护盒之间相距20cm，与雨量计测量筒体的筒口直径相同，光源保护盒和光管保护盒搭载在雨量计测量筒体上方的左右两侧，所述光源保护盒内从左到右设有发射光源系统和光源凸透镜；所述光管保护盒内从左到右依次设有接收凸透镜、凹透镜、滤光片和ccd采集器；

所述机械双翻斗雨量测量区域垂直设置在光学测量区域下方，雨量计测量筒体内从上到下依次设有承水器、上计量装置和下计量装置，所述承水器上设有滤网和分液柱，滤网设在承水器顶部，分液柱设在承水器底部；

所述上计量装置包括：上接水漏斗、上计量翻斗、接水槽、上支架和支撑台；上计量装置顶部为上接水漏斗，上接水漏斗底端设有开关装置，开关装置由开关出水口和出水开关构成，上计量装置的底部为支撑台，支撑台上设有上支架和一组接水槽，所述接水槽设在上支架的左右两边，在上支架上设有上计量翻斗；

下计量装置由下接水漏斗、下计量翻斗、计数翻斗、永磁体、下支架和干簧管组成；下接水漏斗设在下计量装置顶部，下接水漏斗顶部与支撑台相抵，下计量装置底部设有干簧管和下支架，下计量翻斗设在下支架顶部，计数翻斗设在下支架腰部，计数翻斗上设有永磁体，永磁体与干簧管配合使用，构成计数开关，当雨水流入计数翻斗引起翻斗翻倒，使得永磁体触碰到干簧管，并接通电路，计数器将雨量记录下来，下计量装置底部设有一个排水漏斗。

作为本申请的一种优选技术方案：所述滤网滤径孔径大小为5mm。

作为本申请的一种优选技术方案：所述接水槽为两个，两个接水槽分别设在上支架的左右两侧。

作为本申请的一种优选技术方案：所述排水漏斗出水口处设有开关装置。

作为本申请的一种优选技术方案：所述下计量翻斗中间设有挡板，将下接水漏斗流入的雨水格挡在设有永磁体的计数翻斗一侧。

有益效果：

1.本发明将光学测雨量的原理与翻斗式雨量计原理结合起来，对降水量与降水微观参数进行同时测量，数据结果精确，同时有达到一个相互印证检查，杜绝了虚警的发生。

2.本发明具有快速判断降水是否发生的能力，即使是极微小的讲述也能在极短时间内作出反应。

3.本发明规避了机械接触式测量雨量计的不足，如承水器的蒸发、输水管水滴的附着等。

4.本发明此雨量计对于小雨、毛毛雨、降雪、冻雨的测量具有较好的准确度。

5.本发明测量时间分辨力较高，仪器10秒钟之内便能做出反应，从而能准确反应降水起始时间。

6.本发明光学测量与翻斗式测量的雨量来源是一致的，这就排除因降雨的雨量来源导致的降水误差。

附图说明

图1为翻斗式光学雨量计的整体结构示意图。

附图标记说明：1、光源保护盒，2、发射光源系统，3、光源凸透镜，4、光管保护盒，5、凸透镜，6、凹透镜，7、滤光片，8、ccd采集器，9、承水器，10、滤网，11、上接水漏斗，12、分液柱，13、开关出水口，14、出水开关，15、上支架，16、支撑台，17、上计量翻斗，18、接水槽，19、下接水漏斗，20、永磁体，21、下支架，22、干簧管，23、下计量翻斗，24、计数翻斗，25、排水漏斗26、雨量计测量筒体、27挡板。

具体实施方式

下面的实施例可使本专业技术人员更全面地理解本发明，但不以任何方式限制本发明。

实施例1

一种翻斗式光学雨量计，由两个部分组成，由光学测量区域和机械双翻斗雨量测量区域组成，所述光学测量区域包括光源保护盒1和光管保护盒4，机械双翻斗雨量测量区域内设有雨量计测量筒体26，光源保护盒1与光管保护盒4水平放置，光源保护盒1和光管保护盒4之间相距20cm，与雨量计测量筒体26的筒口直径相同，光源保护盒1和光管保护盒4搭载在雨量计测量筒体26上方的左右两侧，所述光源保护盒1内从左到右设有发射光源系统2和光源凸透镜3；所述光管保护盒4内从左到右依次设有接收凸透镜5、凹透镜6、滤光片7和ccd采集器8；

所述机械双翻斗雨量测量区域垂直设置在光学测量区域下方，雨量计测量筒体26从上到下依次设有承水器9、上计量装置和下计量装置，所述承水器9上设有滤网10和分液柱12，滤网10设在承水器9顶部，分液柱12设在承水器9底部，滤网10滤径孔径大小为5mm；

所述上计量装置包括：上接水漏斗11、上计量翻斗17、接水槽18、上支架15和支撑台16；上计量装置顶部为上接水漏斗11，上接水漏斗11底端设有开关装置，开关装置由开关出水口13和出水开关14构成，出水开关设计成一个内部具有弹簧结构的笔的形状，当下雨时，上翻斗翻倒，顶部接触到它导致内部弹簧压缩，接着控制与之相连的开关出水口13的出水口闭合，当雨水从上翻斗流入接水槽之后它又与翻斗断开接触，开关出水口13的出水口打开,上计量装置的底部为支撑台16，支撑台上设有上支架15和一组接水槽18，所述接水槽18为两个，两个接水槽18分别设在上支架15的左右两侧，在上支架15上设有上计量翻斗17，接水槽18为两个，两个接水槽18分别设在上支架15的左右两侧；

下计量装置由下接水漏斗19、下计量翻斗23、计数翻斗24、永磁体20、下支架21和干簧管22组成；下接水漏斗19设在下计量装置顶部，下接水漏斗19顶部与支撑台16相抵，下计量装置底部设有干簧管22和下支架21，下计量翻斗23设在下支架21顶部，计数翻斗24设在下支架21腰部，计数翻斗24上设有永磁体20，永磁体20与干簧管22配合使用，构成计数开关，当雨水流入计数翻斗引起翻斗翻倒，使得永磁体20触碰到干簧管22，并接通电路，计数器将雨量记录下来，下计量装置底部设有一个排水漏斗25，排水漏斗25出水口处设有开关装置，用于将测量过的雨水排尽，排水漏斗25底部出水口设有滤网，以防止昆虫及泥土能杂物从底端进入仪器内部造成仪器的损坏，排水漏斗25出水口处设有开关装置，所述下计量翻斗23中间设有挡板27将下接水漏斗流入的雨水格挡在设有永磁体的计数翻斗一侧。

光学测量部分是根据光学原理，通过探测器感应并捕获检测光包含的降水粒子的信息来观测降水，这里我们用的是图像采集法来进行光学检测。发射光源系统里的光源经过透镜系统后再水平方向上形成两束形状大小一致且平行的片状光，光源保护盒与光管保护盒之间形成探测区域，当降水粒子经过探测区域的时候，在光学系统的像面成像，被ccd采集，系统计算出雨滴在一段时间内下落的距离，从而获得粒子的速度。

降水粒子通过光学采样空间落入翻斗雨量测量系统中。雨水首先进入带有过滤网的承水器，承水器上设置的5mm滤径过滤网可以有效避免和阻挡树叶等杂物进入装置导致堵塞，承水器下端接口安装一个分液柱，降低雨水下落流动速度，方便了上接水漏斗的收集，并且避免了由于降水过大导致的系统反应慢而造成的误差。雨水经接水漏斗流入上计量翻斗，经过接水槽流入下计量翻斗，当积水量到达一定重量后，下计量翻斗失去平衡翻倒，并将雨水倒至计数翻斗中，计数翻斗每一次翻斗倾倒，都使得磁铁接触干簧管开关，并接通电路，计数器将雨量记录下来，雨水最终通过排水漏斗排出。本发明通过将光学系统和计数器将同一时刻的测量结果信号发送给微处理器进行处理、综合后输出，可以有效进行误报，并且光学系统测得的雨量信号可以作为雨量的补偿值，提高数据准确性。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图所作的等效结构或等效功能变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。