一種采用編碼激發(fā)的高準確性的雨量測量系統的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種采用編碼激發(fā)的高準確性的雨量測量系統，包括機械結構部分和測量控制電路部分，機械部分包括集雨器、和測量器，所述的集雨器設置在測量器的上端，并通過管道將收集的雨水送入所述的測量器的底部；所述的控制電路部分包括氣溫檢測單元，超聲波檢測單元，水溫檢測單元、控制單元、計算控制驅動單元和信息輸出單元。本實用新型的雨量測量結構簡單，安裝方便，便于用戶使用，同時通過采用遠程測量數據傳輸、自動化程度高、抗干擾性強、減少了維護，且連續(xù)降雨觀測量程大，理論上可達無限，相比其他同類超聲波雨量測量裝置體積小，能夠測量冬季的降雪水當量。
【專利說明】一種采用編碼激發(fā)的高準確性的雨量測量系統
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種雨量測量系統，特別涉及一種采用編碼激發(fā)的高準確性的雨量測量系統。
【背景技術】
[0002]目前，氣象、農業(yè)、水文等部門使用的雨量觀測設備一般都是傳統的翻斗式雨量計或者虹吸式雨量計，它們結構相對簡單，但是存在受雨水強度影響大、降雨量的測量精度不高、無法進行遠程數據傳輸等問題，特別是當暴雨天氣時，會經常漏測，不能提供準確的數據。此外，傳統的雨量計只能測量降雨量，沒有測量降雪水當量的功能。
實用新型內容
[0003]為解決上述問題，本實用新型公開了一種采用編碼激發(fā)的高準確性的雨量測量系統。
[0004]為了達到上述目的，本實用新型提供如下技術方案:一種采用編碼激發(fā)的高準確性的雨量測量系統，包括機械結構部分和測量控制電路部分，機械部分包括集雨器、和測量器，所述的集雨器設置在測量器的上端，并通過管道將收集的雨水送入所述的測量器的底部；所述的控制電路部分包括氣溫檢測單元，超聲波檢測單元，水溫檢測單元、控制單元、計算控制驅動單元和信息輸出單元。
[0005]作為本實用新型的一種改進，所述的集雨器下端設置有集雨器落水口，在所述的測量器內設置有錐筒結構，所述錐筒結構的錐底設置在在集雨器的下部出水口處，錐筒結構開口要浸沒在測量器底部的最低水位以下。
[0006]作為本實用新型的一種改進，集雨器出水口的設置有水嘴結構，水嘴與集雨器密封連接，水嘴出水口延伸至測量器壁附近垂直向下并連接有落水管，所述的落水管延伸至測量器底部的最低水位以下。
[0007]作為本實用新型的一種改進，在所述的測量器的底部設置有補水電磁閥和排水電磁閥，所述的補水電磁閥和排水電磁閥通過測量控制電路控制。
[0008]作為本實用新型的一種改進，在所述的集雨器內設置有濾網，并在所述的濾網上設置有網狀加熱絲。
[0009]本實用新型的有益效果:
[0010]本實用新型的雨量測量結構簡單，安裝方便，便于用戶使用，同時通過采用遠程測量數據傳輸、自動化程度高、抗干擾性強、減少了維護，且連續(xù)降雨觀測量程大，理論上可達無限，相比其他同類超聲波雨量測量裝置體積小，能夠測量冬季的降雪水當量。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1為本實用新型錐形筒狀結構的機械結構示意圖。
[0012]圖2為本實用新型的系統測量控制電路框圖。[0013]圖3為本實用新型的系統的工作過程流程圖。
[0014]圖4為信噪比SNR范圍為-1OdB?IOdB時，采用相關處理及自適應濾波技術進行測量誤差修正前后對比圖。
[0015]圖5為接收信號取不同持續(xù)時間時，采用誤差擬合曲線方法修正前后對比圖。
[0016]圖6為降雨量液位高度變化仿真圖。
[0017]圖7為降雨排水量變化仿真圖。
[0018]圖8為降雨量仿真圖。
[0019]圖9為接收信號幅度與時長同時變化時的測量結果表。
[0020]圖10為實際采集數據與修正后測量誤差數據結果對比表。
[0021]圖11為本實用新型另一實施例機械結構示意圖。
【具體實施方式】
[0022]以下將結合具體實施例對本實用新型提供的技術方案進行詳細說明，應理解下述【具體實施方式】僅用于說明本實用新型而不用于限制本實用新型的范圍。
[0023]實施例1:
[0024]如圖1所示，本實用新型的采用編碼激發(fā)的高準確性的雨量測量系統的機械結構示意圖，包括集雨器1、濾網2、連接桿4、錐筒結構8以及測量器9。集雨器I設置在測量器9的上端，錐筒結構8設置在所述的測量器9內并設置在集雨器落水口 3的下端，錐筒結構8通過連接桿4與集雨器落水口 3相連接，錐筒結構8的錐底設置在在集雨器落水口 3處，錐筒結構開口浸沒在測量器9底部的最低水位以下。集雨器I收集到的雨水經濾網2過濾后通過集雨器落水口 3從錐筒結構8以及測量器9的內壁之間流下去，錐形筒狀結構8的外壁與測量器9的內壁間的縫隙大小依據最大瞬時降雨量計算得出，由于錐筒結構開口浸沒在測量器9底部的最低水位11以下，這樣就能減小液面產生的波動，保證了測量的準確性。進一步地通過在濾網上設置網狀加熱絲21，可以用于冬季降雪水當量的測量。
[0025]系統還包括換能器支架5、氣溫傳感器6、超聲換能器7、水溫傳感器12，超聲換能器7用換能器支架5固定在測量器9頂部，超聲換能器7發(fā)射超聲波至測量器9聚集的雨水表面，并接收反射回來的超聲波；測量器9內測量大氣溫度的氣溫傳感器6和檢測水溫的溫度傳感器12 ;氣溫傳感器6置于換能器支架5上,根據溫度查表,確定超聲波的傳播速度；水溫傳感器12置于測量器底部，檢測水溫溫度，避免冬季雨水結凍。
[0026]更近一步地，在所述的測量器9的底部設置有補水電磁閥13以及排水電磁閥15。補水電磁閥13和排水電磁閥15都置于測量器9錐頂出口處，補水電磁閥13在長時間不下雨，測量器內雨水完全蒸發(fā)時實現自動補水功能。
[0027]如圖2所示，測量控制電路包括:氣溫檢測單元，超聲波檢測單元，水溫檢測單元、控制單元、計算控制驅動單元和信息輸出單元等。氣溫檢測單元用于檢測測量器內大氣溫度，以便修正超聲波速度，其另一作用是與水溫檢測單元一并用于水溫控制，防止冬天測量器桶內雨水結冰，氣溫和水溫檢測單元的組成包括溫度傳感器、信號調理電路、ADC等模塊；超聲波檢測電路是測量的主要部分，用于測量降雨增量、最低水位和最高水位等，其組成部分包括超聲換能器、波形產生電路、發(fā)射電路、接收電路、信號調理與處理電路、ADC等；控制單元主要用于控制氣溫、水溫、最高最低水位、雨量測量和參數計算，用于加熱、排水和補水的控制，包括加熱器、排水和補水開關、驅動電路、電加熱器(絲)和排水補水電磁閥等；計算控制驅動單元主要由單片機或邏輯控制器件構成(CPLD或FPGA);信息輸出單元主要用于將測量信息(雨量)和狀態(tài)信息按要求傳遞到自動氣象站，進行信息綜合，主要是由RS-485數據接口構成。
[0028]如圖3所示，本實用新型的工作流程包括:
[0029]I)系統上電后，系統啟動自檢程序，完成對系統的自檢過程；
[0030]2)每次測量時，首先檢測測量器桶內的大氣溫度，計算超聲波速度修正值；
[0031]3)發(fā)射、接收Barker碼編碼超聲波，經過信號調理和信號處理單元，并經過ADC采樣后送入計算控制單元，計算水位高度和雨量增量；
[0032]4)測量結果可以經過液晶顯示屏顯示,顯示I分鐘降雨量、I小時降雨量、12小時、24小時降雨量，輸出數據通過RS-485輸入至自動氣象站；
[0033]5)當檢測水位達到或者超過系統設定的最高水位時，系統啟動排水電磁閥，進行雨水排放；
[0034]6)當檢測水位達到或超過系統設定的最低水位時，系統關閉排水電磁閥；
[0035]7)當檢測水位出現負增長時，表明無降雨，雨水被蒸發(fā)，當水位連續(xù)出現負增長至低于最低水位一定值，系統啟動補水電磁閥，進行補水值最低水位線；
[0036]8)當大氣溫度等于或低于O度時，系統開始對測量器桶內的雨水進行加溫，以保證桶內雨水不結冰，當達到設計溫度時，停止加溫；
[0037]9)當大氣溫度等于或低于O度時，系統提示是否進行降雪水當量的測定，如果需要，人為啟動降雪水當量監(jiān)測程序，網狀電熱絲進行加熱以便融雪，系統測定融雪水當量；
[0038]采用的巴克碼編碼發(fā)射信號的公式為:
[0039]
【權利要求】
1.一種采用編碼激發(fā)的高準確性的雨量測量系統，包括機械結構部分和測量控制電路部分，其特征在于:機械部分包括集雨器、和測量器，所述的集雨器設置在測量器的上端，并通過管道將收集的雨水送入所述的測量器的底部；所述的控制電路部分包括氣溫檢測單元，超聲波檢測單元，水溫檢測單元、控制單元、計算控制驅動單元和信息輸出單元。
2.根據權利要求1所述的一種采用編碼激發(fā)的高準確性的雨量測量系統，其特征在于:所述的集雨器下端設置有集雨器落水口，在所述的測量器內設置有錐筒結構，所述錐筒結構的錐底設置在在集雨器的下部出水口處，錐筒結構開口浸沒在測量器底部的最低水位以下。
3.根據權利要求1所述的一種采用編碼激發(fā)的高準確性的雨量測量系統，其特征在于:集雨器出水口的設置有水嘴結構，水嘴與集雨器密封連接，水嘴出水口延伸至測量器壁附近垂直向下并連接有落水管，所述的落水管延伸至測量器底部的最低水位以下。
4.根據權利要求2或3所述的一種采用編碼激發(fā)的高準確性的雨量測量系統，其特征在于:在所述的測量器的底部設置有補水電磁閥和排水電磁閥，所述的補水電磁閥和排水電磁閥通過測量控制電路控制。
5.根據權利要求1所述的一種采用編碼激發(fā)的高準確性的雨量測量系統，其特征在于:在所述的集雨器內設置有濾網，并在所述的濾網上設置有網狀加熱絲。
【文檔編號】G01W1/14GK203732742SQ201420074515
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年2月21日 優(yōu)先權日:2014年2月21日
【發(fā)明者】李鵬, 王銀娟, 尹杰 申請人:南京信息工程大學