一種智能化室外人工模擬降雨裝置及人工模擬降雨方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及智能化室外人工模擬降雨裝置，包括控制端，輸水系統(tǒng)，降雨機(jī)以及一組布置在降雨機(jī)降雨范圍內(nèi)的雨量計(jì)，控制端用于設(shè)定降雨實(shí)驗(yàn)參數(shù)并發(fā)送控制指令至降雨機(jī)、輸水系統(tǒng)，同時(shí)采集雨量計(jì)的數(shù)據(jù)，輸水系統(tǒng)包括水箱，水泵和輸水管，輸水管的一端連接水泵，另一端連接降雨機(jī)，降雨機(jī)包括管架，管架由前、后各兩根鋼管立柱和四周的鋼管橫柱構(gòu)成立方體框架，立方體框架的上端四角安裝有降雨噴頭，降雨噴頭上安裝第一信號(hào)接收端，雨量計(jì)用于將采集的降雨數(shù)據(jù)傳送至控制端。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是組裝、拆卸方便，不僅使得降雨實(shí)驗(yàn)更加簡(jiǎn)潔，降低了實(shí)驗(yàn)成本，而且能夠?qū)崟r(shí)連續(xù)地測(cè)量、記錄與處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，保證了降雨實(shí)驗(yàn)的精確性和有效性。
【專利說(shuō)明】
一種智能化室外人工模擬降雨裝置及人工模擬降雨方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種人工降雨裝置，尤其是一種智能化室外人工模擬降雨裝置及人工模擬降雨方法，屬于水文學(xué)、環(huán)境科學(xué)及地質(zhì)學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]降雨、徑流、入滲等水文過(guò)程都伴隨著自然環(huán)境變化與物質(zhì)迀移現(xiàn)象，例如降雨對(duì)土壤的水蝕，改變地質(zhì)地貌;降雨入滲與徑流帶動(dòng)營(yíng)養(yǎng)元素的迀移，污染物進(jìn)入地表水或入滲到地下水造成水質(zhì)污染；降雨致水量的再分配，且不同下墊面具有不同的持水能力等。這些現(xiàn)象涉及到水文學(xué)、環(huán)境科學(xué)、農(nóng)業(yè)學(xué)以及林業(yè)學(xué)等，其中的水文過(guò)程、污染物迀移規(guī)律、水土流失、水資源再分配的研究等均是當(dāng)前重點(diǎn)研究課題，這些研究對(duì)于農(nóng)田耕作方式選擇、水土資源保護(hù)、污染防治、土地利用規(guī)劃等均具有重要參考意義，而對(duì)降雨過(guò)程及相應(yīng)的徑流、水土變化、污染物迀移等進(jìn)行監(jiān)測(cè)是展開相關(guān)研究的基礎(chǔ)工作。
[0003]傳統(tǒng)方法下，一般在天然降雨的情況下進(jìn)行觀察、監(jiān)測(cè)，這種方法所需周期很長(zhǎng)，受環(huán)境與氣候的影響比較大，且降雨條件與研究環(huán)境不可控，短期內(nèi)難以獲得理想效果，研究效率低下。因此，人工模擬降雨方法成為相關(guān)領(lǐng)域的重要研究手段。通過(guò)人工模擬降雨機(jī)的研制，可模擬出不同降雨特征的雨型，實(shí)驗(yàn)環(huán)境與下墊面條件均可根據(jù)自然特征及實(shí)驗(yàn)需求進(jìn)行人為控制，高效地縮短了實(shí)驗(yàn)周期，加快相關(guān)研究進(jìn)程，從而克服了天然降雨測(cè)定地表徑流的缺點(diǎn)。但是在野外進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，還需解決供水和供電等問(wèn)題，以保證模擬降雨機(jī)可在野外持續(xù)工作，因此進(jìn)行野外人工模擬降雨實(shí)驗(yàn)時(shí)，常伴有降雨水源不足與供電不足等風(fēng)險(xiǎn)，進(jìn)而導(dǎo)致模擬降雨的雨滴及雨強(qiáng)大小不穩(wěn)定。
[0004]據(jù)
【申請(qǐng)人】了解，人工模擬降雨機(jī)的研究與應(yīng)用至今已有100多年的歷史，目前國(guó)內(nèi)外對(duì)相關(guān)技術(shù)及裝置的設(shè)計(jì)研究較為成熟。降雨機(jī)的工作原理主要為:進(jìn)行模擬降雨實(shí)驗(yàn)時(shí)，通過(guò)終控端發(fā)出實(shí)驗(yàn)指令，包括輸水、降水和數(shù)據(jù)反饋等過(guò)程。輸水水源通過(guò)加壓栗的加壓抽取之后，流經(jīng)設(shè)有穩(wěn)壓裝置的管道，從設(shè)有一定高度的降雨噴頭中噴灑出來(lái)，形成與自然雨滴相似的模擬雨滴。雨滴降落在實(shí)驗(yàn)降雨區(qū)的表面后，一部分降雨滲入地下，一部分形成徑流，區(qū)內(nèi)的電子雨量計(jì)通過(guò)翻斗的轉(zhuǎn)動(dòng)，感應(yīng)脈沖記錄終端，形成雨強(qiáng)信號(hào)回饋到控制終端?？刂平K端根據(jù)實(shí)驗(yàn)需求進(jìn)行雨強(qiáng)調(diào)節(jié)，雨強(qiáng)的大小由流量閥及壓力調(diào)節(jié)儀器參數(shù)設(shè)定，雨滴由不同規(guī)格的噴頭或噴孔決定。
[0005]綜上可以看出，當(dāng)前的人工模擬降雨系統(tǒng)主要存在以下幾個(gè)問(wèn)題:
1.雨強(qiáng)精度低，整個(gè)模擬降雨過(guò)程可以視為一個(gè)反饋調(diào)節(jié)的過(guò)程，由終控儀器發(fā)出降雨指令，包括降雨強(qiáng)度及降雨歷時(shí)等參數(shù)，但是在供水水源的充足程度、管道的平仄度、供電能力等不確定因素的影響下，雨強(qiáng)大小是一個(gè)模糊數(shù)，在一定數(shù)值區(qū)間內(nèi)波動(dòng)，而且從當(dāng)前實(shí)時(shí)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)看，區(qū)間度較大，實(shí)驗(yàn)工作者可根據(jù)雨量計(jì)反饋的雨強(qiáng)大小進(jìn)行調(diào)整，但是一般難以精確達(dá)到實(shí)驗(yàn)需求；
2.當(dāng)前的終控儀器一般為控制箱，同時(shí)連接水栗與雨量計(jì)，實(shí)驗(yàn)工作時(shí)發(fā)出指令并接受反饋數(shù)據(jù)，作為實(shí)驗(yàn)的大腦，終控儀器的自動(dòng)化程度低，可調(diào)控能力差，指令較為單一，一般只有大、中、小三種雨強(qiáng)設(shè)定，且造價(jià)較高，保護(hù)要求也較高，對(duì)于野外實(shí)驗(yàn)需投入較大的成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于:針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點(diǎn)，提出一種智能化室外人工模擬降雨裝置，同時(shí)給出了智能化室外人工模擬降雨方法，可智能化輸入指令與接收反饋信息，并自動(dòng)實(shí)時(shí)連續(xù)地工作和記錄人工模擬降雨的各項(xiàng)參數(shù)，提升模擬雨滴的精度和控制精度，便于攜帶，操作方便，能夠適應(yīng)野外較為苛刻的實(shí)驗(yàn)條件。
[0007]為了達(dá)到以上目的，本發(fā)明的一種智能化室外人工模擬降雨裝置，包括控制端，輸水系統(tǒng)，降雨機(jī)以及一組布置在降雨機(jī)降雨范圍內(nèi)的雨量計(jì)；
所述控制端用于設(shè)定降雨實(shí)驗(yàn)參數(shù)，并發(fā)送控制指令至降雨機(jī)、輸水系統(tǒng)的水栗以控制降雨機(jī)、水栗的運(yùn)行，同時(shí)采集雨量計(jì)的數(shù)據(jù)；
所述輸水系統(tǒng)包括用于儲(chǔ)存人工模擬降雨所需水源的水箱，用于接收并執(zhí)行控制端發(fā)出控制指令的水栗和用于輸送人工模擬降雨所需水的輸水管，所述輸水管的一端連接水栗，另一端連接降雨機(jī)；
所述降雨機(jī)包括管架，所述管架由前、后各兩根鋼管立柱和四周的鋼管橫柱構(gòu)成立方體框架，在所述立方體框架的上端四角安裝有降雨噴頭，所述降雨噴頭上安裝用于接收控制端發(fā)出控制指令的第一信號(hào)接收端，方便降雨噴頭與控制端無(wú)限通信連接；
所述雨量計(jì)用于將采集的降雨數(shù)據(jù)傳送至控制端。
[0008]本發(fā)明的智能化室外人工模擬降雨裝置，能夠適應(yīng)野外較為苛刻的實(shí)驗(yàn)條件，便于攜帶，普遍應(yīng)用于水文過(guò)程、污染物迀移規(guī)律、水土流失、水資源再分配等研究，可進(jìn)行智能操控，無(wú)線信號(hào)傳輸以及高精度降雨模擬，能夠?yàn)榻涤戤a(chǎn)生的各種現(xiàn)象提供有效的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)支持。另外，降雨機(jī)由鋼管搭建而成，便于組裝和拆卸。
[0009]優(yōu)選地，所述控制端包括人工輸入模塊，通訊模塊，命令輸出模塊，信息采集模塊和數(shù)據(jù)儲(chǔ)存與處理模塊，所述人工輸入模塊用于輸入設(shè)定的降雨實(shí)驗(yàn)參數(shù)和指令信息，并將上述降雨實(shí)驗(yàn)參數(shù)和指令信息發(fā)送至命令輸出模塊;所述降雨實(shí)驗(yàn)參數(shù)包括雨強(qiáng)數(shù)值、實(shí)驗(yàn)時(shí)間，所述指令信息包括實(shí)驗(yàn)開始指令、實(shí)驗(yàn)暫停指令和實(shí)驗(yàn)停止指令；
所述通訊模塊與水栗、降雨噴頭的第一信號(hào)接收端無(wú)線通訊連接；
所述命令輸出模塊用于接收人工輸入模塊發(fā)送的降雨實(shí)驗(yàn)參數(shù)和指令信息并根據(jù)上述降雨實(shí)驗(yàn)參數(shù)和指令信息生成控制指令后，通過(guò)通訊模塊輸出控制指令到輸水系統(tǒng)的水栗、降雨噴頭的第一信號(hào)接收端；
所述信息采集模塊用于采集雨量計(jì)的數(shù)據(jù)信息并將采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送給數(shù)據(jù)儲(chǔ)存與處理模塊；
所述數(shù)據(jù)儲(chǔ)存與處理模塊用于儲(chǔ)存信息采集模塊發(fā)送的數(shù)據(jù)并根據(jù)儲(chǔ)存的數(shù)據(jù)生成降雨歷史記錄。
[0010]優(yōu)選地，所述降雨噴頭包括主體和安裝在主體上的端面，所述主體具有與降雨機(jī)管架連通的流體通道，所述端面上設(shè)有一組不同規(guī)格的噴孔，所述噴孔與流體通道連通;在所述噴孔的出水口設(shè)有用于開啟或封閉噴孔的蓋板，所述蓋板與驅(qū)動(dòng)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)軸連接，所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)與降雨噴頭的第一信號(hào)接收端連接。
[0011]采用上述結(jié)構(gòu)后，可根據(jù)降雨雨強(qiáng)的大小自動(dòng)選擇相應(yīng)規(guī)格的噴孔。
[0012]優(yōu)選地，所述端面上設(shè)有第一噴孔、第二噴孔和第三噴孔，所述第一噴孔的噴嘴直徑為1mm，所述第二噴孔的噴嘴直徑為2mm，所述第三噴孔的噴嘴直徑為3mm。
[0013]優(yōu)選地，所述水栗設(shè)有與控制端的通訊模塊相匹配的第二信號(hào)接收端。
[0014]優(yōu)選地，所述水栗上安裝用于保證水栗運(yùn)轉(zhuǎn)功率穩(wěn)定的穩(wěn)壓器。穩(wěn)壓器的使用，能夠防止野外工作時(shí)由于供電不足造成的送水不足，以保證水栗的輸水壓強(qiáng)穩(wěn)定。
[0015]優(yōu)選地，所述管架具有進(jìn)水口，所述管架的進(jìn)水口與輸水管的出水口連接，所述輸水管上位于管架進(jìn)水口處安裝有用于保證進(jìn)入降雨機(jī)管架的水流穩(wěn)定持續(xù)的修正器。輸水管采用軟管，易變形，通過(guò)在其出水口設(shè)置的修正器能夠保證進(jìn)入降雨機(jī)管架的輸水水流穩(wěn)定且持續(xù)。
[0016]本發(fā)明還提供了一種智能化室外人工模擬降雨方法，該方法包括以下步驟:
步驟I:根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求建立控制端，所述控制端包括人工輸入模塊，通訊模塊，命令輸出模塊，信息采集模塊和數(shù)據(jù)儲(chǔ)存與處理模塊，將人工輸入模塊與命令輸出模塊連接，將命令輸出模塊與通訊模塊連接，將信息采集模塊與數(shù)據(jù)儲(chǔ)存與處理模塊連接;轉(zhuǎn)至下一步；
步驟2:組裝降雨機(jī)，所述降雨機(jī)包括管架，管架由前、后各兩根鋼管立柱和四周的鋼管橫柱構(gòu)成立方體框架，在立方體框架的上端四角安裝有降雨噴頭，降雨噴頭具有若干個(gè)不同規(guī)格的噴孔，并在降雨噴頭上安裝第一信號(hào)接收端;轉(zhuǎn)至下一步；
步驟3:組裝輸水系統(tǒng)，所述輸水系統(tǒng)包括水箱，水栗和輸水管，其中水栗安裝在水箱中，輸水管的一端與水栗連接，另一端與降雨機(jī)管架的進(jìn)水口相通，水栗上安裝第二信號(hào)接收端;轉(zhuǎn)至下一步；
步驟4:命令輸出模塊通過(guò)通訊模塊與第一、第二信號(hào)接收端通訊連接;轉(zhuǎn)至下一步；步驟5:通過(guò)人工輸入模塊輸入設(shè)定降雨參數(shù)，所述降雨參數(shù)包括雨強(qiáng)數(shù)值、實(shí)驗(yàn)時(shí)間，然后開始降雨實(shí)驗(yàn)，并收集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。
[0017]優(yōu)選地，步驟5中，降雨實(shí)驗(yàn)的具體過(guò)程如下:命令輸出模塊根據(jù)設(shè)定的降雨參數(shù)決定水栗的作用功率和作用時(shí)間以及降雨噴頭的工作噴孔規(guī)格，并將水栗的作用功率和作用時(shí)間傳輸給第二信號(hào)接收端，將降雨噴頭的工作噴孔規(guī)格傳輸給第一信號(hào)接收端，水栗根據(jù)第二信號(hào)接收端收到的工作參數(shù)開始工作，將水源從水箱通過(guò)輸水管輸送至降雨機(jī)的管架，再輸送至降雨噴頭，降雨噴頭根據(jù)第一信號(hào)接收端收到的信息選擇相應(yīng)規(guī)格的噴孔打開，產(chǎn)生降雨。
[0018]進(jìn)一步優(yōu)選地，還包括步驟6:在降雨機(jī)的立方體框架內(nèi)布置雨量計(jì)，將雨量計(jì)與控制端的信息采集模塊通訊連接，降雨實(shí)驗(yàn)過(guò)程中雨量計(jì)采集降雨信息并將降雨信息傳送給信息采集模塊，信息采集模塊將上述降雨信息傳輸給數(shù)據(jù)儲(chǔ)存與處理模塊，并生成降雨歷史記錄，以備查閱；所述降雨信息包括降雨雨量、降雨雨強(qiáng)、降雨時(shí)間、降雨起始時(shí)刻以及降雨終止時(shí)刻。
[0019]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，組裝、拆卸方便，便于攜帶，操控智能、靈敏，不僅使得降雨實(shí)驗(yàn)更加簡(jiǎn)潔，降低了實(shí)驗(yàn)成本，而且能夠?qū)崟r(shí)連續(xù)地測(cè)量、記錄與處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，保證了降雨實(shí)驗(yàn)的精確性和有效性。
【附圖說(shuō)明】
[0020]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。
[0021]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖2為本發(fā)明控制端的操作界面示意圖。
[0023]圖3為本發(fā)明方法的邏輯框圖。
[0024]圖4為本發(fā)明降雨噴頭的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025]實(shí)施例一
本實(shí)施例的智能化室外人工模擬降雨裝置，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括控制端，輸水系統(tǒng)，降雨機(jī)以及一組布置在降雨機(jī)降雨范圍內(nèi)的雨量計(jì)6。其中控制端用于設(shè)定降雨實(shí)驗(yàn)參數(shù)，并發(fā)送控制指令至降雨機(jī)、輸水系統(tǒng)的水栗2以控制降雨機(jī)、水栗2的運(yùn)行，同時(shí)采集雨量計(jì)6的數(shù)據(jù)，控制端為帶有藍(lán)牙或其它無(wú)線傳輸功能的筆記本電腦，筆記本電腦與電源或供電組件連接，供電組件可以為蓄電池，以防野外實(shí)驗(yàn)時(shí)供電不足;輸水系統(tǒng)包括用于儲(chǔ)存人工模擬降雨所需水源的水箱I，用于接收并執(zhí)行控制端發(fā)出控制指令的水栗2和用于輸送人工模擬降雨所需水的輸水管4，水栗2與電源或供電組件(供電組件可以為蓄電池，以防野外實(shí)驗(yàn)供電不足)連接并安裝在水箱I中，水栗2上安裝用于保證水栗2運(yùn)轉(zhuǎn)功率穩(wěn)定的穩(wěn)壓器3(穩(wěn)壓器采用征西牌SVC-B10KVA型穩(wěn)壓器)，水栗2上還設(shè)有與控制端相匹配的第二信號(hào)接收端，輸水管4的一端連接水栗2，另一端連接降雨機(jī)的進(jìn)水口 ；降雨機(jī)包括管架7，管架7由前、后各兩根鋼管立柱和四周的鋼管橫柱構(gòu)成立方體框架，在立方體框架的上端四角安裝有降雨噴頭8，降雨噴頭8上安裝用于接收控制端發(fā)出控制指令的第一信號(hào)接收端82;雨量計(jì)6具有信號(hào)發(fā)射器，用于將采集的降雨數(shù)據(jù)傳送至控制端。另外，管架7具有進(jìn)水口，管架7的進(jìn)水口與輸水管4的出水口連接，輸水管4上位于管架7進(jìn)水口處安裝有用于保證進(jìn)入降雨機(jī)管架7的水流穩(wěn)定持續(xù)的修正器5(修正器為萬(wàn)維博帆生產(chǎn)的RZ-90式水流控制器等)。
[0026]具體而言，控制端包括人工輸入模塊，通訊模塊，命令輸出模塊，信息采集模塊和數(shù)據(jù)儲(chǔ)存與處理模塊，其中人工輸入模塊用于輸入設(shè)定的降雨實(shí)驗(yàn)參數(shù)和指令信息，并將上述降雨實(shí)驗(yàn)參數(shù)和指令信息發(fā)送至命令輸出模塊，降雨實(shí)驗(yàn)參數(shù)包括雨強(qiáng)數(shù)值、實(shí)驗(yàn)時(shí)間，指令信息包括實(shí)驗(yàn)開始指令、實(shí)驗(yàn)暫停指令和實(shí)驗(yàn)停止指令;通訊模塊與水栗2的第二信號(hào)接收端、降雨噴頭8的第一信號(hào)接收端82無(wú)線通訊連接;命令輸出模塊用于接收人工輸入模塊發(fā)送的降雨實(shí)驗(yàn)參數(shù)和指令信息并根據(jù)上述降雨實(shí)驗(yàn)參數(shù)和指令信息生成控制指令后，通過(guò)通訊模塊輸出控制指令到水栗2的第二信號(hào)接收端、降雨噴頭8的第一信號(hào)接收端82;信息采集模塊與雨量計(jì)6的信號(hào)發(fā)射器無(wú)限通訊連接，用于采集雨量計(jì)6的數(shù)據(jù)信息并將采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送給數(shù)據(jù)儲(chǔ)存與處理模塊;數(shù)據(jù)儲(chǔ)存與處理模塊用于儲(chǔ)存信息采集模塊發(fā)送的數(shù)據(jù)并根據(jù)儲(chǔ)存的數(shù)據(jù)生成降雨歷史記錄，且數(shù)據(jù)儲(chǔ)存與處理模塊與命令輸出模塊連接?？刂贫说牟僮鹘缑嫒鐖D2所示。
[0027]如圖4所示，降雨噴頭8包括噴頭主體81和安裝在主體81上的端面83，主體81上還安裝第一信號(hào)接收端82，主體81具有與降雨機(jī)管架7連通的流體通道，端面83上設(shè)有第一噴孔84(小孔)、第二噴孔85(中孔)和第三噴孔86(大孔)，三噴孔噴頭的大小規(guī)格以美國(guó)Spaying System公司生產(chǎn)的Full jet噴頭為例，其中小孔的噴嘴直徑為1mm，中孔的噴嘴直徑為2mm，大孔的噴嘴直徑為3mm。第一噴孔84、第二噴孔85、第三噴孔86與主體81的流體通道連通。在第一噴孔84的出水口設(shè)有用于開啟或封閉第一噴孔84的第一蓋板，第一蓋板與第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)軸連接，第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)與降雨噴頭8的第一信號(hào)接收端82連接;在第二噴孔85的出水口設(shè)有用于開啟或封閉第二噴孔85的第二蓋板，第二蓋板與第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)軸連接，第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)與降雨噴頭8的第一信號(hào)接收端82連接;在第三噴孔86的出水口設(shè)有用于開啟或封閉第三噴孔86的第三蓋板，第三蓋板與第三驅(qū)動(dòng)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)軸連接，第三驅(qū)動(dòng)電機(jī)與降雨噴頭8的第一信號(hào)接收端82連接。
[0028]本實(shí)施例的人工模擬降雨裝置，其工作原理如下:將水箱I中貯滿足夠人工降雨所需的水源，并放置水栗2入內(nèi)，水栗2接入電源，然后將筆記本電腦以無(wú)限通信方式連接降雨噴頭8的第一信號(hào)接收端82，水栗2的第二信號(hào)接收端以及雨量計(jì)6的信號(hào)發(fā)射器，在筆記本電腦人工輸入雨強(qiáng)數(shù)值、實(shí)驗(yàn)時(shí)間等參數(shù)，再輸入開始實(shí)驗(yàn)指令，開始進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。設(shè)定的雨強(qiáng)大小(即水流或雨滴大小)可以通過(guò)改變水栗2的輸水壓強(qiáng)和選擇噴孔的規(guī)格進(jìn)行控制。水栗2接收指令后開始運(yùn)行，通過(guò)穩(wěn)壓器3和修正器5的作用，保證進(jìn)入降雨機(jī)管架7的水流穩(wěn)定且持續(xù)一致。水流經(jīng)輸水管4進(jìn)入降雨機(jī)的管架7，并輸送至降雨噴頭8，再根據(jù)雨強(qiáng)大小的設(shè)定自動(dòng)選擇打開相應(yīng)規(guī)格的噴孔，雨滴從相應(yīng)規(guī)格的噴孔中噴出。以人工模擬降雨的雨強(qiáng)區(qū)間為10?220mm/h為例，當(dāng)10mm/h<設(shè)定雨強(qiáng)數(shù)值<70mm/h時(shí)，雨滴從第一噴孔84(小孔)噴出；當(dāng)設(shè)定雨強(qiáng)數(shù)值為70?140mm/h時(shí)，雨滴從第二噴孔85(中孔)噴出；當(dāng)140mm/h<設(shè)定雨強(qiáng)數(shù)值<220mm/h時(shí)，雨滴從第三噴孔86(大孔)噴出。這樣通過(guò)調(diào)整水栗2的功率和選擇相應(yīng)規(guī)格的噴孔，能夠進(jìn)行各種雨型的模擬，并使模擬雨滴與實(shí)際降雨一致。
[0029]降雨機(jī)的覆蓋區(qū)域?yàn)閷?shí)驗(yàn)有效區(qū)，該區(qū)內(nèi)設(shè)置雨量計(jì)6對(duì)降雨的各項(xiàng)參數(shù)如雨強(qiáng)大小、雨量、降雨時(shí)間、降雨開始時(shí)刻及降雨終止時(shí)刻等進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并在一定時(shí)間間隔后將降雨參數(shù)信息傳送至控制端的信息采集模塊，并在數(shù)據(jù)儲(chǔ)存與處理模塊生成降雨歷史記錄如時(shí)間一雨強(qiáng)曲線、時(shí)間一雨量曲線等。這樣就能夠?qū)崟r(shí)記錄與處理數(shù)據(jù)，并實(shí)時(shí)記錄實(shí)驗(yàn)狀態(tài)，避免了人工記錄存在的實(shí)驗(yàn)誤差，得到實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，利用人工智能設(shè)定和實(shí)際實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)反饋的方式進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)定和實(shí)際記錄，保證實(shí)驗(yàn)精確、有效。
[0030]本實(shí)施例的智能化室外人工模擬降雨方法，如圖3所示，包括以下步驟:
步驟I:根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求建立控制端，控制端包括人工輸入模塊，通訊模塊，命令輸出模塊，信息采集模塊和數(shù)據(jù)儲(chǔ)存與處理模塊，將人工輸入模塊與命令輸出模塊連接，將命令輸出模塊與通訊模塊連接，將信息采集模塊與數(shù)據(jù)儲(chǔ)存與處理模塊連接;轉(zhuǎn)至下一步；
步驟2:組裝降雨機(jī)，降雨機(jī)包括管架7，管架7由前、后各兩根鋼管立柱和四周的鋼管橫柱構(gòu)成立方體框架，在立方體框架的上端四角安裝有降雨噴頭8，降雨噴頭8具有若干個(gè)不同規(guī)格的噴孔，并在降雨噴頭8上安裝第一信號(hào)接收端82;轉(zhuǎn)至下一步；
步驟3:組裝輸水系統(tǒng)，輸水系統(tǒng)包括水箱I，水栗2和輸水管4，其中水栗2安裝在水箱I中，輸水管4的一端與水栗2連接，另一端與降雨機(jī)管架7的進(jìn)水口相通，水栗2上安裝第二信號(hào)接收端;轉(zhuǎn)至下一步；
步驟4:命令輸出模塊通過(guò)通訊模塊與第一、第二信號(hào)接收端通訊連接;轉(zhuǎn)至下一步；步驟5:通過(guò)人工輸入模塊輸入設(shè)定降雨參數(shù)，降雨參數(shù)包括雨強(qiáng)數(shù)值、實(shí)驗(yàn)時(shí)間，然后開始降雨實(shí)驗(yàn)，并收集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，降雨實(shí)驗(yàn)的具體過(guò)程如下:命令輸出模塊根據(jù)設(shè)定的降雨參數(shù)決定水栗2的作用功率和作用時(shí)間以及降雨噴頭8的工作噴孔規(guī)格，并將水栗2的作用功率和作用時(shí)間傳輸給第二信號(hào)接收端，將降雨噴頭8的工作噴孔規(guī)格傳輸給第一信號(hào)接收端82，水栗2根據(jù)第二信號(hào)接收端收到的工作參數(shù)開始工作，將水源從水箱I通過(guò)輸水管4輸送至降雨機(jī)的管架7，再輸送至降雨噴頭8，降雨噴頭8根據(jù)第一信號(hào)接收端82收到的信息選擇相應(yīng)規(guī)格的噴孔打開，產(chǎn)生降雨；
步驟6:在降雨機(jī)的立方體框架內(nèi)布置雨量計(jì)6，將雨量計(jì)6與控制端的信息采集模塊通訊連接，降雨實(shí)驗(yàn)過(guò)程中雨量計(jì)6采集降雨信息并將降雨信息傳送給信息采集模塊，信息采集模塊將上述降雨信息傳輸給數(shù)據(jù)儲(chǔ)存與處理模塊，并生成降雨歷史記錄，以備查閱，其中降雨信息包括降雨雨量、降雨雨強(qiáng)、降雨時(shí)間、降雨起始時(shí)刻以及降雨終止時(shí)刻。
[0031]本實(shí)施例采用筆記本電腦及軟件代替昂貴的終控儀器，避免了實(shí)驗(yàn)過(guò)程中存在的儀器受損風(fēng)險(xiǎn)，搬運(yùn)方便，并采用無(wú)限通信方式替代有限連接方式，最重要的是采用具體的雨強(qiáng)數(shù)值輸入方式取代傳統(tǒng)終控端只有大、中、小三種狀態(tài)的雨強(qiáng)模式，使得實(shí)驗(yàn)更為精確。
[0032]除上述實(shí)施例外，本發(fā)明還可以有其他實(shí)施方式。凡采用等同替換或等效變換形成的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明要求的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種智能化室外人工模擬降雨裝置，其特征是，包括控制端，輸水系統(tǒng)，降雨機(jī)以及一組布置在降雨機(jī)降雨范圍內(nèi)的雨量計(jì)； 所述控制端用于設(shè)定降雨實(shí)驗(yàn)參數(shù)，并發(fā)送控制指令至降雨機(jī)、輸水系統(tǒng)的水栗以控制降雨機(jī)、水栗的運(yùn)行，同時(shí)采集雨量計(jì)的數(shù)據(jù)； 所述輸水系統(tǒng)包括用于儲(chǔ)存人工模擬降雨所需水源的水箱，用于接收并執(zhí)行控制端發(fā)出控制指令的水栗和用于輸送人工模擬降雨所需水的輸水管，所述輸水管的一端連接水栗，另一端連接降雨機(jī)； 所述降雨機(jī)包括管架，所述管架由前、后各兩根鋼管立柱和四周的鋼管橫柱構(gòu)成立方體框架，在所述立方體框架的上端四角安裝有降雨噴頭，所述降雨噴頭上安裝用于接收控制端發(fā)出控制指令的第一信號(hào)接收端； 所述雨量計(jì)用于將采集的降雨數(shù)據(jù)傳送至控制端。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種智能化室外人工模擬降雨裝置，其特征是，所述控制端包括人工輸入模塊，通訊模塊，命令輸出模塊，信息采集模塊和數(shù)據(jù)儲(chǔ)存與處理模塊，所述人工輸入模塊用于輸入設(shè)定的降雨實(shí)驗(yàn)參數(shù)和指令信息，并將上述降雨實(shí)驗(yàn)參數(shù)和指令信息發(fā)送至命令輸出模塊;所述降雨實(shí)驗(yàn)參數(shù)包括雨強(qiáng)數(shù)值、實(shí)驗(yàn)時(shí)間，所述指令信息包括實(shí)驗(yàn)開始指令、實(shí)驗(yàn)暫停指令和實(shí)驗(yàn)停止指令； 所述通訊模塊與水栗、降雨噴頭的第一信號(hào)接收端無(wú)線通訊連接； 所述命令輸出模塊用于接收人工輸入模塊發(fā)送的降雨實(shí)驗(yàn)參數(shù)和指令信息并根據(jù)上述降雨實(shí)驗(yàn)參數(shù)和指令信息生成控制指令后，通過(guò)通訊模塊輸出控制指令到輸水系統(tǒng)的水栗、降雨噴頭的第一信號(hào)接收端； 所述信息采集模塊用于采集雨量計(jì)的數(shù)據(jù)信息并將采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送給數(shù)據(jù)儲(chǔ)存與處理模塊； 所述數(shù)據(jù)儲(chǔ)存與處理模塊用于儲(chǔ)存信息采集模塊發(fā)送的數(shù)據(jù)并根據(jù)儲(chǔ)存的數(shù)據(jù)生成降雨歷史記錄。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種智能化室外人工模擬降雨裝置，其特征是，所述降雨噴頭包括主體和安裝在主體上的端面，所述主體具有與降雨機(jī)管架連通的流體通道，所述端面上設(shè)有一組不同規(guī)格的噴孔，所述噴孔與流體通道連通;在所述噴孔的出水口設(shè)有用于開啟或封閉噴孔的蓋板，所述蓋板與驅(qū)動(dòng)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)軸連接，所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)與降雨噴頭的第一信號(hào)接收端連接。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種智能化室外人工模擬降雨裝置，其特征是，所述端面上設(shè)有第一噴孔、第二噴孔和第三噴孔，所述第一噴孔的噴嘴直徑為1mm，所述第二噴孔的噴嘴直徑為2mm，所述第三噴孔的噴嘴直徑為3mm。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種智能化室外人工模擬降雨裝置，其特征是，所述水栗設(shè)有與控制端的通訊模塊相匹配的第二信號(hào)接收端。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種智能化室外人工模擬降雨裝置，其特征是，所述水栗上安裝用于保證水栗運(yùn)轉(zhuǎn)功率穩(wěn)定的穩(wěn)壓器。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種智能化室外人工模擬降雨裝置，其特征是，所述管架具有進(jìn)水口，所述管架的進(jìn)水口與輸水管的出水口連接，所述輸水管上位于管架進(jìn)水口處安裝有用于保證進(jìn)入降雨機(jī)管架的水流穩(wěn)定持續(xù)的修正器。8.—種智能化室外人工模擬降雨方法，其特征是，包括以下步驟: 步驟1:根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求建立控制端，所述控制端包括人工輸入模塊，通訊模塊，命令輸出模塊，信息采集模塊和數(shù)據(jù)儲(chǔ)存與處理模塊，將人工輸入模塊與命令輸出模塊連接，將命令輸出模塊與通訊模塊連接，將信息采集模塊與數(shù)據(jù)儲(chǔ)存與處理模塊連接;轉(zhuǎn)至下一步； 步驟2:組裝降雨機(jī)，所述降雨機(jī)包括管架，管架由前、后各兩根鋼管立柱和四周的鋼管橫柱構(gòu)成立方體框架，在立方體框架的上端四角安裝有降雨噴頭，降雨噴頭具有若干個(gè)不同規(guī)格的噴孔，并在降雨噴頭上安裝第一信號(hào)接收端;轉(zhuǎn)至下一步； 步驟3:組裝輸水系統(tǒng)，所述輸水系統(tǒng)包括水箱，水栗和輸水管，其中水栗安裝在水箱中，輸水管的一端與水栗連接，另一端與降雨機(jī)管架的進(jìn)水口相通，水栗上安裝第二信號(hào)接收端;轉(zhuǎn)至下一步； 步驟4:命令輸出模塊通過(guò)通訊模塊與第一、第二信號(hào)接收端通訊連接;轉(zhuǎn)至下一步； 步驟5:通過(guò)人工輸入模塊輸入設(shè)定降雨參數(shù)，所述降雨參數(shù)包括雨強(qiáng)數(shù)值、實(shí)驗(yàn)時(shí)間，然后開始降雨實(shí)驗(yàn)，并收集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種智能化室外人工模擬降雨方法，其特征是，步驟5中，降雨實(shí)驗(yàn)的具體過(guò)程如下:命令輸出模塊根據(jù)設(shè)定的降雨參數(shù)決定水栗的作用功率和作用時(shí)間以及降雨噴頭的工作噴孔規(guī)格，并將水栗的作用功率和作用時(shí)間傳輸給第二信號(hào)接收端，將降雨噴頭的工作噴孔規(guī)格傳輸給第一信號(hào)接收端，水栗根據(jù)第二信號(hào)接收端收到的工作參數(shù)開始工作，將水源從水箱通過(guò)輸水管輸送至降雨機(jī)的管架，再輸送至降雨噴頭，降雨噴頭根據(jù)第一信號(hào)接收端收到的信息選擇相應(yīng)規(guī)格的噴孔打開，產(chǎn)生降雨。10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種智能化室外人工模擬降雨方法，其特征是，還包括步驟6:在降雨機(jī)的立方體框架內(nèi)布置雨量計(jì)，將雨量計(jì)與控制端的信息采集模塊通訊連接，降雨實(shí)驗(yàn)過(guò)程中雨量計(jì)采集降雨信息并將降雨信息傳送給信息采集模塊，信息采集模塊將上述降雨信息傳輸給數(shù)據(jù)儲(chǔ)存與處理模塊，并生成降雨歷史記錄，以備查閱；所述降雨信息包括降雨雨量、降雨雨強(qiáng)、降雨時(shí)間、降雨起始時(shí)刻以及降雨終止時(shí)刻。
【文檔編號(hào)】G01N33/00GK105929116SQ201610498201
【公開日】2016年9月7日
【申請(qǐng)日】2016年6月29日
【發(fā)明人】朱乾德, 孫金華, 王思如, 奚旭, 潘海蓉
【申請(qǐng)人】朱乾德