穿透式雨量积算仪制造技术

穿透式雨量积算仪，由穿透式雨量传感器及其信号调理电路、Ａ／Ｄ转换电路，微处理器和通信接口电路组成，雨量传感器及其信号调理电路输出接Ａ／Ｄ转换电路的输入，Ａ／Ｄ转换电路的输出和控制端接微处理器的Ｉ／Ｏ口，微处理器的Ｉ／Ｏ口和串行通讯口分别接通信接口电路的控制端和数据端；雨量传感器由相互并联的电容器极板构成。本发明专利技术微处理器把雨量数据上传至ＰＣ机或大型机，不仅可实时监测雨量，还能够完成２４小时雨量变化积算工作，测量误差小，积算功能强大。整套装置无运动件，具有灵敏度高，实时性好，结构简单，可靠性高，寿命长，价格低廉和功耗小等特点，非常适用于气象台（站），水文观测站，农林系统和铁路有关部门测量和预报液态降水量。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种穿透式雨量积算仪，尤其是用于测量液态降水量的雨量积算仪。
技术介绍
目前，国内外气象台(站)、水文观测站、农林系统和铁路有关部门用以测量液态降水量的装置多采用翻斗式雨量传感器或容栅式雨量传感器，相对传统的量雨筒(桶)，该类装置其主要优点是能够自动连续检测降雨量的大小，但结构复杂，以上海气象仪器厂生产的SL3型雨量测量装置的翻斗式传感器为例，其仪器结构由承水器、上翻斗、计量翻斗、计数翻斗和汇集漏斗调节螺丝、干簧管等构成，当雨水由承水口汇集进入上翻斗，随之雨水从上翻斗进入计量翻斗(计量翻斗每翻动一次相当于0.1mm降水量)其后雨水再从计量翻斗倒入计数翻斗，在计数翻斗中部装有一块磁铁，磁铁上边装有干簧管，当计数翻斗翻转一次时，磁铁磁力线切割干簧管，使干簧管接点因磁化而瞬间闭合一次，产生一个电脉冲，通过反向器输入到数据采集器监测。另外，温州生产的双阀容栅式雨量测量装置的传感器同样存在着运动件，所以易磨损，结构复杂，价格昂贵。
技术实现思路
本专利技术就是针对上述问题提供一种穿透式雨量积算仪，该雨量积算仪具有结构简单，可靠性高，寿命长，价格低廉和功耗小的优点。本专利技术提供的技术方案是穿透式雨量积算仪，由穿透式雨量传感器及其信号调理电路、A/D转换电路，微处理器和通信接口电路组成，雨量传感器及其信号调理电路输出端与A/D转换电路的输入端相连，A/D转换电路的输出端和控制端与微处理器的I/O口相接，微处理器的I/O口和串行通讯口分别与通信接口电路的控制端和数据端相连；穿透式雨量传感器由若干片相互并联且电绝缘的电容器极板构成，电容器极板之间的间隙为雨水通道，雨水通道的两端为进雨口和雨水出口。上述通信接口电路与上位计算机构成通信联接。上述穿透式雨量传感器信号及其调理电路主要由正弦波发生器电路，雨量传感器测量电路，正弦波90度移相器，移相正弦波幅度调整电路，正弦波/方波转换电路，模拟开关、有源低通滤波器、同相放大器和由运放器和乘法器组成的有效值/直流转换器电路构成，正弦波发生器电路输出端与正弦波90度移相器的输入端相连，正弦波90度移相器的输出端与移相正弦波幅度调整电路的输入端相连，移相正弦波幅度调整电路的输出端与正弦波/方波转换电路的输入端相连，正弦波/方波转换电路的输出端与模拟开关的控制端相连，模拟开关的输入端与雨量传感器测量电路输出端相连，模拟开关的输出端与有源低通滤波器输入端相连，有源低通滤波器的输出端与同相放大器的输入端相连，同相放大器的输出端接入由运放器和乘法器组成的有效值/直流转换器电路输入端。本专利技术设有实时时钟/日历电路，它的数据端和控制信号输入端与微处理器的I/O口相接。本专利技术还设有看门狗电路，它的控制脚和输出脚与微处理器I/O口相连。本专利技术灵敏度高，实时性好；微处理器通过有线或无线通信接口电路把雨量数据传至上位计算机以进行显示、预期分析和存储等处理，测量误差小，积算功能强大，不仅可实时进行雨量监测，还能够完成24小时雨量变化积算工作。整个装置无运动件，具有结构简单，可靠性高，寿命长，价格低廉和功耗小等特点。非常适用于气象台(站)，水文观测站，农林系统和铁路有关部门测量和预报液态降水量。附图说明图1是本专利技术总体结构系统图。图2是本专利技术穿透式雨量传感器信号调理及A/D转换电路原理图。图3是本专利技术微处理器及其看门狗电路、实时时钟/日历电路和通讯接口电路原理图。图4是本专利技术穿透式雨量传感器结构示意图；图5是图4的俯视图。具体实施例方式下面结合附图及实施例，对本专利技术作进一步详细的描述参见图1，本专利技术由以下几部分构成穿透式雨量传感器及其信号调理电路1、A/D转换电路2，实时时钟/日历电路3，微处理器4及其看门狗电路5和通信接口电路6组成。图4和图5中所示本专利技术的雨量传感器7的核心部件是8组电容器，电容器极板8是16片0.5mm厚度的不锈钢板，多片电容器极板8相互并联以增大承雨量。四根与电容器极板8电绝缘的螺栓9固定8组电容器成一整体，结构排列成直通式(即极板8之间的间隙13为雨水通道，雨水通道13的两端为进雨口10和出雨口11)并与雨量传感器外壳12连接，流进电容器的雨水可穿过直通式电容器极板流走。由电容器原理可知，电容量与电容器极板间介质的介电常数有关，即其电容量CAa的大小与雨量的大小有关。本专利技术利用介质(雨量)组成的电容传感器结构能有效地解决雨量大小的量测，并具有灵敏度高、响应快、易于冲洗等特点。图2中，本专利技术的雨量传感器信号调理电路1包括了ICL8038正弦波发生器电路，雨量传感器7中电容量CAa的测量电路U4，正弦波90度移相器U1A，移相正弦波幅度调整电路U1B，正弦波/方波转换电路U2A。如出现降雨，雨量的大小实时地转换为CAa电容量的变化，U4输出的正弦交流电压幅度正比于CAa。ICL8038正弦波发生器电路的输出信号既是CAa的测量电路U4的激励源，又是正弦波90度移相器的参考信号源，该输出一路接电容CAa的测量电路输入端，一路接正弦波90度移相器U1A输入端。正弦波90度移相器U1A输出至正弦波幅度调整电路U1B，再经正弦波/方波转换电路U2A完成波形转换后输出至模拟开关4066A的开关控制端，模拟开关4066A的输入端与电容CAa测量电路U4输出端相连，所以CAa测量电路输出的正弦信号与移相90度后的同频方波通过模拟开关4066A实现相关运算，运算结果输出至有源低通滤波器U6，CAa越大，有源低通滤波器U6输入信号的幅度越大，把该输入信号转换成电平信号输出的电平幅度就越大，而有源低通滤波器U6的输出经同相放大器U7接入由运放器U8、U9、U10和乘法器RC4200组成的有效值/直流转换器电路，最后由运放器U8、U9、U10和乘法器RC4200组成的有效值/直流转换器电路输出直流电平也越大，从而雨量信号检测及调理电路就有效把CAa的大小变化转化成直流电平的大小变化。有效值/直流转换器电路的输出端与A/D转换器U21(AD574)输入端相连，U21的输出端和相应控制端与微处理器AT89C55的P2P3 I/O口相接，微处理器AT89C55可通过I/O口读入U21转换结果以便对这些雨量数据作出相应算法处理，完成实时雨量监测和24小时雨量变化积算的工作。图3中，为确保微处理器可靠工作，本装置还采用了看门狗电路U13，该电路以微处理器监控芯片MAX813L为核心搭建，该芯片的控制脚与微处理器AT89C55的P1.7 I/O脚相连，输出脚与微处理器AT89C55的REST脚相连，如由于各种干扰使微处理器AT89C55控制程序跑飞或发生掉电情况，微处理器监控芯片MAX813L将输出复位信号以使微处理器AT89C55恢复正常运行。本装置采用PHILIP公司的内含I2C总线接口功能的、具有极低功耗的多功能时钟/日历工业级芯片PCF8563组成实时时钟/日历电路3，该芯片控制端和数据端与微处理器AT89C55的P1.3 P1.4 P1.5 P1.6脚相连。通信接口电路6采用了RS-422/RS-485通信接口芯片MAX489，微处理器AT89C55的P1.0 P1.1 I/O脚和串行通讯口分别与芯片MAX489的控制端和输入端相连，MAX489输出端可经双绞线或通信电缆连至监控室上位计算机本文档来自技高网...

【技术保护点】
穿透式雨量积算仪，其特征在于：由穿透式雨量传感器及其信号调理电路、Ａ／Ｄ转换电路，微处理器和通信接口电路组成，雨量传感器及其信号调理电路输出端与Ａ／Ｄ转换电路的输入端相连，Ａ／Ｄ转换电路的输出端和控制端与微处理器的Ｉ／Ｏ口相接，微处理器的Ｉ／Ｏ口和串行通讯口分别与通信接口电路的控制端和数据端相连；穿透式雨量传感器由若干片相互并联且电绝缘的电容器极板构成，电容器极板之间的间隙为雨水通道，雨水通道的两端为进雨口和雨水出口。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：熊昌仑，邓华，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：83[中国|武汉]