雨量测量装置、系统及方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及气象观测技术领域，尤其涉及一种雨量测量装置、系统及方法。
【背景技术】
[0002] 降水测量是气象观测的重要项目，也是农业、水利、电力等部门的重要观测项目。 雨量计是一种用来测量一段时间内某地区的降水量的仪器。目前，电子翻斗式雨量计和虹 吸式雨量计较为常见。电子翻斗式雨量计需要电源供电，在恶劣的环境中会工作不稳定;虹 吸式雨量计多为日记型，需每天更换记录纸，人工劳动强度较大。
【发明内容】
[0003] 为解决现有存在的技术问题，本发明实施例提供一种雨量测量装置、系统及方法， 能够在恶劣环境下可靠、精确、经济并自动定时采集和测量雨量。
[0004]为达到上述目的，本发明实施例的技术方案是这样实现的：
[0005] -种雨量测量装置，所述装置包括:箱体、雨水收集部、漏水口、光纤传感器、光纤 浮子、滑杆、排水塞；
[0006] 其中，所述滑杆固定在所述箱体内的底部;所述光纤浮子设置在所述滑杆上，所述 光纤浮子在所述箱体内水的浮力作用下沿着所述滑杆上下滑动;所述光纤传感器的光纤末 端固定在所述光纤浮子上，随着所述光纤浮子的滑动而产生弯曲；所述光纤传感器的光纤 末端镀有高反射率薄膜；
[0007] 所述箱体的底部设置有排水口，所述排水塞与所述排水口相匹配并设置在所述排 水口上；
[0008] 所述箱体的顶部设置有漏水口，所述雨水收集部通过所述漏水口与所述箱体相 通。
[0009] 其中，所述雨水收集部的上端开口处设置有筛状过滤网。
[0010] 其中，所述装置还包括排水浮子，所述排水浮子与所述排水塞连接;在所述箱体内 水的浮力作用下所述排水浮子拉动所述排水塞进行开闭动作；
[0011]其中，所述排水浮子通过拉线与所述排水塞连接。
[0012] -种雨量测量系统，所述系统包括:雨量检测装置和上述的雨量测量装置;所述雨 量检测装置包括:D/A转换模块、可调谐激光器、光环形器、光电探测器、A/D转换模块和计算 机;所述D/A转换模块用于设置所述可调谐激光器的发射光的光强;所述可调谐激光器发射 的光通过所述光环形器的第一接口进入所述光环形器，并由经所述光环形器的第二接口进 入所述雨量测量装置的光纤传感器，所述光纤传感器光纤末端的高反射率薄膜将大部分光 再反射进入所述光环形器，并经由所述光环形器的第三接口进入所述光电探测器，所述光 电探测器检测所述光环形器第三接口处的光功率数据并将检测的光功率数据传送给所述 A/D转换模块，由所述A/D转换模块处理后传送给所述计算机，计算机根据当前的光功率数 据计算得到当前雨量。
[0013]其中，所述计算机，用于预先确立光功率变化与水量变化之间的关系；以及，用于 接收所述A/D转换模块当前传送的光功率数据，并基于根据所述光功率变化与水量变化之 间的关系，得到当前水量变化，进而得到当前雨量。
[0014] -种雨量测量方法，所述方法包括：
[0015] 雨水通过雨水收集部收集并进入箱体；
[0016] 在箱体内雨水的浮力下，光纤浮子沿着滑杆向上浮动，光纤传感器的光纤末端随 着所述光纤浮子产生弯曲；
[0017] 通过D/A转换模块设置可调谐激光器的发射光的光强，可调谐激光器发射出的光 通过光环形器的第一接口进入光环形器，并经由所述光环形器的第二接口进入所述光纤传 感器；
[0018] 所述光纤传感器光纤末端的高反射率薄膜将大部分光再反射进入所述光环形器， 并经由所述光环形器的第三接口进入光电探测器；
[0019]所述光电探测器检测所述光环形器第三接口处的光功率数据并将检测的光功率 数据传送给A/D转换模块，由所述A/D转换模块处理后传送给计算机；
[0020] 计算机根据当前的光功率数据计算得到当前雨量。
[0021] 其中，所述方法还包括:所述箱体内的排水浮子在雨水的浮力作用下上浮；
[0022] 在所述箱体内的雨水超出预定量时，所述排水浮子将所述箱体底部的排水塞拉 起，将所述箱体内的雨水排出，停止雨量测量。
[0023] 其中，所述方法还包括:计算机预先确定光功率变化与水量变化之间的关系;所述 计算机根据当前的光功率数据计算得到当前雨量，包括:接收所述A/D转换模块当前传送的 光功率数据，并基于根据所述光功率变化与水量变化之间的关系，得到当前水量变化，进而 得到当前雨量。
[0024] 本发明实施例提供的雨量测量装置、系统及方法，基于塑料光纤弯曲特性进行雨 量测量，能够在恶劣环境下可靠的、精确的、经济的、自动定时采集并测量雨量。
【附图说明】
[0025] 在附图（其不一定是按比例绘制的）中，相似的附图标记可在不同的视图中描述相 似的部件。具有不同字母后缀的相似附图标记可表示相似部件的不同示例。附图以示例而 非限制的方式大体示出了本文中所讨论的各个实施例。
[0026] 图1为本发明实施例雨量测量装置的组成结构示意图；
[0027] 图2为本发明实施例雨量测量系统中雨量检测装置的组成结构示意图；
[0028] 图3为本发明实施例雨量测量方法的流程图。
【具体实施方式】
[0029] 本发明实施例提供一种雨量测量装置及方法，基于塑料光纤弯曲特性进行雨量测 量，能够在恶劣环境下可靠的、精确的、经济的、自动定时采集并测量雨量。
[0030]在光纤通信和传感系统中，塑料光纤中弯曲损耗对传输质量和功率预算等方面有 较大的影响，同时，利用塑料光纤弯曲状态下的传输特性可进行一些新应用领域的研究，如 光强调制型光纤传感器，可产生有使用价值的弯曲损耗。近年来对塑料光纤弯曲损耗的研 究引起了人们的高度重视。孟宪微等人在"塑料光纤弯曲损耗特性的测试与分析"（长春理 工大学学报（自然科学版）中提出，塑料光纤中弯曲损耗随弯曲半径的增加呈现指数下降趋 势。因此，可以基于塑料光纤弯曲损耗随弯曲半径变化的规律，基于该规律可基于塑料光纤 弯曲特性进行雨量测量，利用塑料光纤的弯曲特性对光传输的影响来制作光纤无源雨量测 量装置并给出相应的测量方法。光纤无源器件具有抗电磁干扰、尺寸小、重量轻、强度高、耐 高温、耐腐蚀等特点，特别地适用于恶劣环境中的测量。
[0031] 如图1所示，本发明实施例的雨量测量装置可以包括:塑料光纤传感器1、光纤浮子 2、滑杆3、排水塞4、排水浮子5、拉线6、漏水口 7、雨水收集部8、箱体9。
[0032] 塑料光纤传感器1末端镀有高反射率薄膜，安装在光纤浮子2上，光纤浮子2安装在 滑杆3上，所述光纤浮子2在所述箱体9内水的浮力作用下沿着所述滑杆3上下滑动，塑料光 纤传感器1的光纤末端固定在光纤浮子2上，随着所述光纤浮子2的滑动而产生弯曲；塑料光 纤传感器1的光纤末端镀有高反射率薄膜。
[0033] 所述箱体9的底部设置有排水口（图中未示），排水塞4与该排水口相匹配并设置在 所述排水口上。实际应用中，还可以在箱体内设置排水浮子5，将排水浮子5与排水塞4连接， 在箱体9的雨水量水量越来越高，雨水的浮力将排水浮子5浮起，雨水达到预定值时，排水浮 子5将雨水的浮力传递给排水塞4并将排水塞4拉起，箱体9内收集的雨水即可排出。实际应 用中，可以通过拉线6将排水塞4与排水浮子5连接。
[0034] 其中，雨水收集部8呈桶状，底部桶口通过箱体9上部的漏水口 7进入箱体9内部，与 箱体9相通，将收集到的雨水送入箱体9内。这里，雨水收集部8的上方桶口还设有筛状过滤 网（图中未示），以防止杂物掉进雨水收集部8内进而造成漏水口 7堵塞。
[0035] 现场雨量采集无需动力电源提供，在环境恶劣的区域也能适应给后期的维护工作 和成本也降低。镀有反射膜的塑料光纤传感器1的光纤端部贴在光纤浮子2的一端，光纤浮 子2固定在两根滑杆3之间，随着水量的升高光纤浮子2将会跟着升高，塑料光纤传感器1的 光纤端部随着光纤浮子2的升高将产生弯曲，而塑料光纤传感器1光纤的弯曲程度将改变其 光功率，通过检测塑料光纤传感器1的光功率变化，根据预先确定的光功率变化与水量变化 之间的关系即可计算得到当前的雨量。
[0036] 本发明还提供了一种雨量测量系统，所述雨量测量系统包括如图1所示的雨量测 量装置以及如图2所示的雨量检测装置。
[0037] 如图2所示，雨量检测装置包括:D/A转换模块10、可调谐激光器11、光环形器12、光 电探测器13、A/D转换模块14和计算机14。其中，由D/A转换模块10设置可调谐激光器11发射 光的光强，可调谐激光器11发射的光通过光环形器12的第一接口进入光环形器12,并由经 光环形器12的第二接口进入塑料光纤传感器1，塑料光纤传感器1的光纤末端镀有高反射率 薄膜，高反射率薄膜将大部分光再反射进入光环形器12,并经由光环形器12的第三接口进 入光电探测器13,光电探测器13检测光环形器12第三接口处的光功率并将检测的光功率数 据传送给A/D转换模块14,再由A/D转换模块14处理后传送给计算机15进行计算处理，最终 得到当前雨量。
[0038]本发明实施例的雨量测量系统由D/A转换模块10设置可调谐激光器11发射光的光 强，光通过光环形器12后进入塑料光纤传感器1，塑料光纤传感器1的光纤末端镀有高反射 率薄膜，光进入塑料光纤传感器1后经由光纤末端的高反射率薄膜反射后产生反射光，反射 光通过塑料光纤传感器1回到光环形器12,并进入光电探测器13,光电探测器13检测反射光 的光功率，再由A/D转换模块14处理后交给计算机15进行计算处理。
[0039] 随着水量的升高光纤浮子跟着升高，不同的水量