气象观测站蒸发水位控制装置的制作方法

1.本实用新型属于气象观测技术领域，具体涉及一种气象观测站蒸发水位控制装置。


背景技术：

2.蒸发是实现地面与空气水汽之间交流的重要途径；蒸发量的研究除了在水分收支平衡中发挥着重要的作用外，还在气候变化、水资源利用、水利灌溉及农业蒸散等领域也有重要意义。气象观测站测量的蒸发量指的是一定面积的水面在一定时间间隔内因蒸发所损失的水层高度。气象观测站的观测质量与蒸发桶的水面高度有紧密的相关性；按照蒸发传感器维护规范要求，蒸发桶的水位要求应保持在合适高度，需要观测员定期维护。人工对蒸发桶加汲水对于操作规范有严格的要求，不规范的操作会在连通管中产生气泡，从而造成数据不准确。同时，对于无人值守的气象观测台站和不同天气过程，加汲水的及时性始终无法保证，从而给气象观测站的正常工作带来诸多困扰。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的是克服上述现有技术的不足，提供一种气象观测站蒸发水位控制装置，可在蒸发桶内水位高于或低于报警水位时，仍能确保气象观测站的正常运行，从而确保气象观测站在各种天气下所获得的蒸发数据的准确性。
4.为实现上述目的，本实用新型采用了以下技术方案：
5.一种气象观测站蒸发水位控制装置，包括蒸发桶及测量筒，两者通过连通管彼此连通从而形成u型连通器构造，其特征在于：测量筒内布置有用于感应测量筒内水位线的传感部，本装置还包括用于驱动测量筒产生铅垂升降动作的驱动组件；传感部感应测量筒内水位低于或高于设定水位时，驱动组件驱动测量筒产生对应的升降动作，从而使得测量筒内水位始终处于设定水位范围内。
6.优选的，所述驱动组件包括升降台，升降台的上台面构成用于搁置测量筒的搁置面；升降台上布置螺纹孔且与铅垂丝杆间构成螺纹配合，铅垂丝杆底端与步进电机输出轴间通过同步带形成动力配合。
7.优选的，驱动组件还包括导向杆，所述导向杆由底座处铅垂向上延伸并穿过升降台处导向孔；以一组彼此配合的导向杆与导向孔形成一组导向单元，各导向单元环绕测量筒轴线依序均布。
8.优选的，所述传感部为超声波传感器；所述传感部位于测量筒筒口处，且传感部的感应面指向测量筒的液面。
9.优选的，所述连通管包括直接连通蒸发桶的主管体以及过渡连接主管体与测量筒筒底的波纹管，主管体铅垂向的由下而上穿过底座后与波纹管间彼此同轴固接；波纹管的伸缩方向平行测量筒的升降方向。
10.优选的，波纹管外同轴的套设有起保护和协助支撑功能的压缩弹簧。
11.本实用新型的有益效果在于：
12.1)、在现有气象观测站的固有结构的基础上，本实用新型另辟蹊径的采用了可升降式测量筒的独特构造，从而可在蒸发桶内水位高于或低于报警水位时，仍能确保气象观测站的正常运行，从而确保气象观测站在各种天气下所获得的蒸发数据的准确性。具体而言，本实用新型通过实时获取传感部采集的测量筒内水位数据来控制驱动组件，从而控制测量筒产生对应的升降动作，进而实现测量筒内水位的自动调节，最终保持测量筒内水位始终处于合适高度。实践表明，通过上述方案，本实用新型可确保在各种天气条件下蒸发数据的准确性，不仅减轻业务人员的负担，提升了工作效率，也提高了蒸发数据的可利用性，为天气预报服务提供技术支撑。本实用新型能有效的提高蒸发观测数据质量，也能促进地面气象观测设备自动化发展，为推进气象现代化建设，起到示范带动作用，对于气象事业现代化建设具有普遍的应用意义。
13.2)、实际工作时，传感部可以为普通的液位传感器，也可采用传统的机械液位计或其他常规液位检测结构，只需确保当测量筒内水位高于报警水位或低于报警水位时能起到信息的传输功能即可。一方面，本实用新型优选采用传感精度更高的超声波传感器，从而实现无接触状态下的对测量筒水位的在线持续监控功能；另一方面，通过步进电机驱动丝杆滑块机构动作，随之驱动升降台动作，可使得位于升降台上的测量筒产生适时升降动作。在u型连通器原理的作用下，测量筒升降而蒸发桶不动，测量筒即可根据蒸发桶内水位而产生对应变动，最终确保测量筒内水位始终位于指定水位范围内，其动作方式巧妙，工作可靠而稳定。
14.3)、实际工作时，以步进电机驱动的丝杆滑块机构可以为多组，也可以一组丝杆滑块机构搭配若干组导向单元，最终目的都是确保升降台能稳定的产生升降动作，此处就不再赘述。
15.4)、对于连通管而言，可以直接设计成软管，以便在测量筒升降时能起到管体补偿效果，确保测量筒筒腔与蒸发桶桶腔始终连通。更优选的，本实用新型将连通管拆分为主管体和波纹管，主管体使用常规连通管材料即可，波纹管则利用自身的可伸缩性，来起到底座与测量筒底面之间距离的在线补偿功能，以更好的保证整体系统的正常有效工作。
16.5)、波纹管外同轴的套设有起保护和协助支撑功能的压缩弹簧。一方面，压缩弹簧起到保护波纹管的功能，避免波纹管受力歪斜而无法正常伸缩，也能避免波纹管外壁受外部杂物碰撞，确保波纹管的实际使用寿命。另一方面，压缩弹簧利用自身弹力，能起到分担和协助支撑升降台及测量筒的功能，也能避免丝杆与升降台产生咬死状况，最终进一步的提升丝杆滑块机构的工作可靠性。
附图说明
17.图1为本实用新型的结构示意图。
18.本实用新型各标号与部件名称的实际对应关系如下：
19.a
‑
水位线
20.10
‑
蒸发桶 20
‑
测量筒
21.30
‑
连通管 31
‑
主管体 32
‑
波纹管 40
‑
传感部
22.51
‑
升降台 52
‑
铅垂丝杆 53
‑
步进电机 54
‑
导向杆
23.60
‑
底座 70
‑
压缩弹簧 80
‑
百叶箱
具体实施方式
24.为便于理解，此处结合图1，对本实用新型的具体结构及工作方式作以下进一步描述：
25.本实用新型的具体结构如图1所示，其主要机构包括埋设于地面的蒸发桶10，蒸发桶10通过沿地表以下延伸的连通管30连接位于一侧的测量筒20。测量筒20在实际装配时安置在带有百叶箱80的底座60上，并通过传感部40也即超声波传感器来实现对测量筒20内水位的测量目的。
26.具体装配时，超声波传感器布置在测量筒20筒口处，并通过软线连接位于底座60或百叶箱80上的相应信号接收及控制模组。超声波传感器可以兼具水位监控和蒸发量测量功能，也可以额外布置其他传感器来实现对测量筒20内蒸发量等信息的在线测量效果；其检测及信号传输方式相对常规，此处就不再赘述。
27.在图1中可看出，测量筒20设计为圆桶状，并放置在水平的升降台51上，升降台51再通过铅垂丝杆52与步进电机53形成的丝杆滑块模组来驱动产生升降，并通过导向杆54及导向孔来实现精确的铅垂升降功能。在蒸发桶10、测量筒20及连通管30所形成的u型连通器的作用下，蒸发桶10与测量筒20的水位线a始终等高；又由于测量筒20升降而蒸发桶10不动，此时即使蒸发桶10内水位严重过高或过低，通过控制测量筒20的高度，也能始终保证测量筒20处水位处于合适高度处，从而为后期的加汲水操作提供足够的操作空间，并同步确保测量筒20处对应信息采集的准确性，其动作方式巧妙，工作可靠而稳定。
28.对于连通管30而言，包括主管体31和波纹管32，主管体31使用常规连通管材料即可，波纹管32则利用自身的可伸缩性，来起到底座60与测量筒20底面之间距离的在线补偿功能，以更好的保证整体系统的正常有效工作。压缩弹簧70一方面起到保护波纹管32的功能，避免波纹管32受力歪斜而无法正常伸缩，也能避免波纹管32外壁受外部杂物碰撞，确保波纹管32的实际使用寿命；另一方面，压缩弹簧70也能利用自身弹力，能起到分担和协助支撑升降台51及测量筒20的功能，也能避免丝杆与升降台51产生咬死状况，最终进一步的提升丝杆滑块机构的工作可靠性。
29.本实用新型实际工作时，既可以搭配传统的常规水位监控系统来使用，也可以使用如下系统进行智能控制处理，从而将蒸发水位数据传输给自动控制设备，利用指令控制传感部40的高度，实现蒸发水位的实时监测以及自动调整。具体操作时，整个系统总体架构由应用层、传输层、接入层组成，应用层主要对设备运行情况、蒸发水位数据监测，具备智能判别、报警等功能；传输层主要通过综合硬件控制器进行数据传输；接入层以伺服控制机构为主。
30.(1)伺服控制机构设计
31.驱动组件、电源防雷器、通讯模块、控制模块等子模块进行结构设计，确保通讯模块能够获取蒸发水位数据，以及控制模块能够获取蒸发水位数据并可以通过步进电机53来控制测量筒20高度。
32.(2)软件监测预警功能
33.将采集的蒸发水位数据实时上传至蒸发水位智能控制模块，并进行分析、处理，实
现智能监测、智能提醒等；同时开发配套的移动端app，安装于业务手机上，实现业务人员实时接收蒸发水位数据、报警等信息。
34.(3)集成开发、测试
35.集成开发测试包含设备集成开发测试和应用集成开发测试。应用集成开发测试包括蒸发水位控制软件的调试，确保软件能够实时读取蒸发水位数据和降水量数据，生成准确的高度控制指令。设备集成开发测试包括综合硬件控制器的调试，确保应用层的数据信息及时传输。伺服控制机构进行集成测试，确保控制模块可以有效的控制步进电机53，实现测量筒20的高度变化。即使蒸发桶10内水位严重过高或过低，通过控制测量筒20的高度，也能始终保证测量筒20内水位处于合适高度处，从而为后期的加汲水操作提供足够的操作空间。
36.(4)系统后端管理平台
37.系统后端主要包含设备管理、数据监测、数据分析、配置管理等模块。设备管理主要功能是实时监测设备运行情况，如步进电机53状态，通过电脑或手机app可实时查看相关信息。数据监测包含综合硬件控制器监测和蒸发水位数据监测。蒸发数据监测，管理实时上传上来的蒸发水位数据，可按照多种组合条件进行数据查询。数据分析主要通过获取蒸发水位数据以及降水量进行智能判别。配置管理可以设置蒸发报警的最高水位、最低水位、标准水位等。上述系统利用人工智能、工业控制等技术手段，解决了传感部运行过程中存在的维护工作量大、操作要求高，以及对于某些特殊站点维护不及时、维护成本高等一系列问题。通过实时获取水位数据来控制步进电机53等设备，实现测量筒20水位的自动调节，保持测量筒20水位处于合适高度，确保在各种天气条件下蒸发数据的准确性，不仅减轻业务人员的负担，提升了工作效率，也提高了蒸发数据的可利用性，最终为天气预报服务提供了可靠的技术支撑。
38.当然，对于本领域技术人员而言，本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
39.此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
40.本实用新型未详细描述的技术、形状、构造部分均为公知技术。