自动化水面蒸发量监测装置制造方法及图纸

本发明专利技术属于水利技术领域，特别是自动化水面蒸发量监测装置，其适用于湖泊、河流等水面蒸发量监测场景，能够实现非结冰状态下的单日蒸发量的准确监测。在标准蒸发器旁侧设置称重水桶与磁致伸缩水位计，称重水桶与蒸发器通过倾斜连通水管连接，并在其底部设置有排水口。连接管道上安装有电磁流量阀，排水口处安装电磁阀。测量过程中，通过控制器采集水位计、称重水桶、地理位置信息、海拔高度信息、气象信息等关键参数，根据气象信息，如有无降水，以整日为监测周期，通过不同方法进行蒸发量的监测与计算。并通过物联网数据传输模块（DTU）与服务器相连，通过MQTT协议传输监测数据，实现远程、分布式水面蒸发量检测。布式水面蒸发量检测。布式水面蒸发量检测。

【技术实现步骤摘要】
自动化水面蒸发量监测装置


[0001]本专利技术涉及水利
，特别是基于远程与自动化操作的水面蒸发量监测方法与装置—自动化水面蒸发量监测装置。
技术背景
[0002]随着物联网、边缘计算技术的不断发展，对于水利领域的水面蒸发量自动监测的需求越来越迫切，目前，多数仍然采用人工检测的方式进行，效率与准确性与现代化需求严重不符。水面蒸发量是水利、生态、气象领域的重要监测参数，是水资源调查、评估过程的重要依据。为进一步提升水面蒸发量的监测精度，利用物联网技术，对水面蒸发量进行自动化准确监测，对于水力资源的综合利用与保护具有重要意义。
[0003]现有的水面蒸发量监测装置在整个监测过程的自动化、智能化方面还存在很大不足，多数仅实现了数据测量部分的自动化，而在长期无人值守的自动化监测方面依旧较为薄弱。并且监测参数多数较为单一，未能将水面蒸发量的监测过程与地理环境参数相结合，从而形成更加丰富的水文信息。同时，水面蒸发的关键技术在于精确监测蒸发器水位的变化，尽管目前磁致伸缩、红外、超声波等类型的位移传感器理论精度非常高，但收到环境影响，单一的传感器与测量方式依旧无法实现准确测量。因此，以物联网技术为基础，全面采用自动化的方式，将水面蒸发量监测与外部环境参数传感器进行有机结合，针对监测周期内是否含有降水过程，采用不同的监测方法，通过分布式架构，实现水面蒸发量的自动监测，将是一种行之有效的技术路线。

技术实现思路

[0004]针对现有技术方案存在的不足和需要，本专利技术提供一种水面蒸发量自动监测装置的基础系统架构，即面向全过程的自动化水面蒸发量监测装置。
[0005]本专利技术提出的水面蒸发量自动监测装置包含标准蒸发器、连通管、电磁阀、流量计、磁致伸缩水位计、称重水桶，称重器、控制器、北斗卫星模块、电源模块、排水管、4G数据传输模块、系统服务器及软件等。
[0006]本专利技术使用的标准蒸发器（E601，φ80）通过连通管与磁致伸缩水位计相连，基于连通器原理，水位计的中的测量组件始终与蒸发桶中的水位保持一致。磁致伸缩水位计通过RS485总线与控制器进行通信，控制器能够准确得出当前蒸发器内的水位高度。同时，磁致伸缩水位计外侧设置带有隔热层的屏蔽罩，对仪器进行保护，保持系统的检测精度。
[0007]本专利技术提出的标准蒸发器安装于测量井内部，器口高出测量井平面约10cm，蒸发器内部水体与被测处水体高度保持一致，并保证蒸发器内的水面处接收到的光照条件与被监测位置水面（被测水域水面位置）保持一致。以此消除监测装置与被测位置的环境差异如高度差、光照条件等造成的监测结果不准确，进一步提升监测结果的准确性。
[0008]本专利技术提出的标准蒸发器最高水位线（系统标定最高水位线）位于器口下方约5cm处，最低水位线位于标准蒸发器底部与磁致伸缩水位计相连的连通管上方约5cm处，具体标
定的数值存储于控制器内的数据存储器中。在进行测量任务之前，在控制器的控制下，进水电磁阀打开，保证初始水位线（蒸发量检测初始水位线）位于蒸发器最高与最低水位线（系统标定最低水位线）中间约2/3处，并以此时水位作为测量基准。
[0009]本专利技术提出的标准蒸发器底部设置带有程控电磁截止阀的排水管，在蒸发量检测周期内，若降水量较大，使蒸发器内的液面逼急最高水位时，通过打开排水管上的电磁阀，使过多的液体排出，保证蒸发器内的液面始终位于最低与最高水位之间，以避免水位溢出对测量结果造成的影响。
[0010]采用自动化水面蒸发量监测装置对蒸发量进行测量的方法（本专利技术提出的蒸发量测量方法）为间接式测量法，按设定的间隔（如1天）进行检测，按照测量周期起始和结束两个时间节点的蒸发桶水位高度变换量进行蒸发量计算。
[0011]本专利技术提出的标准蒸发器旁侧设置与蒸发器直径相同的降水收集装置（自然降水收集装置），用以测量在蒸发量检测周期内出现降水时的蒸发器器口直径范围内的降水量，从而对蒸发量结果进行修正，以提高测量精度。降水回收装置底部通过排水管（自然降水收集装置排水管）与称重水桶相连接，例如：排水管可采用DN50或DN65的标准通用输水管件，即DN50或DN65的标准通用输水管件公称直径（近似或接近其管体内径）对应约为50mm或65mm，通过对排水管进行一定角度的倾斜保证降水收集装置中的液体能够彻底排放指称重水桶中，避免影响测量精度。
[0012]本专利技术提出的降水收集装置的排水管设置有第三程控电磁截止阀，在不存在降水情况时，电磁阀处于关闭状态，仅当存在自然降水的情况时，电磁阀打开，使雨水收集装置（自然降水收集装置）内的液体能够迅速排放至称重水桶中，降低雨水收集装置中的水分蒸发对测量结果造成的影响。
[0013]本专利技术提出的称重水桶与精密称重器相连，与降水收集装置的排水管不接触，并在竖直方向保留一定的上下往复移动的行程。蒸发量检测周期开始时，通过控制器对称重器度数进行标定与归零。并且，在称重水桶外侧设置带有隔热层的称重水桶屏蔽罩，避免称重水桶中的液体蒸发对降水量的测量结果造成影响。
[0014]本专利技术提出的称重水桶底部带有排水管，并且排水管设置有第四程控电磁截止阀，在蒸发量检测周期结束的时刻，对称重器内的液体进行排空，为下一个测量周期做好准备。
[0015]采用自动化水面蒸发量监测装置对蒸发量进行检测的方法（本专利技术提出的蒸发量检测方法）为间接检测法，主要通过监测周期内的标准蒸发器内的液面变换量计算所测水体的蒸发量。当测量周期内不存在自然降水情况时，通过标准蒸发器的液位差即可计算得出检测周期内的蒸发量。当检测周期内存在降水情况时，通过称重水桶测量得到监测周期内的自然降水量，再通过计算可得到自然降水情况造成的标准蒸发器内的水位上升数值，随后对整个检测周期的液位变化量进行修正，进而得到准确的蒸发量数值。
[0016]本专利技术提出的控制器采用ARM架构处理器搭建，运行嵌入式Linux系统，通过RS485总线与电磁阀、流量计与称重器进行数据交换，并通过北斗卫星模块与4G数据传输模块与系统服务器进行通信，对分布式的多个测点数据进行集中记录，进而进行数据分析与挖掘，该监测装置采用太阳能板+内置在控制箱内的可充电蓄电池的结构方式给控制箱（控制器）、电磁阀、磁致伸缩水位计、精密称重器及液位/水位传感器等持续有线供电，实现野外
长期无人值守分布式测量。
附图说明
[0017]图1为本专利技术的总体结构示意图。
[0018]附图标记：在图中，1
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被测水域水面位置；2
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标准蒸发器取水管（蒸发量检测装置取水管）；3
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第一程控电磁截止阀；4
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磁致伸缩水位计屏蔽罩；5
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磁致伸缩水位计；6
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标准蒸发器（E601，φ80）；7
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系统标定最高水位线；8
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蒸发量检测初始水位线；9
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系统标定最低水位线；10
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自然降水收集装置（自然降水收集容器）；1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种自动化水面蒸发量监测装置，其特征在于：该监测装置包含标准蒸发器、连通管、电磁阀、流量计、磁致伸缩水位计、称重水桶，称重器、控制器、北斗卫星模块、电源模块、排水管、4G数据传输模块、系统服务器；标准蒸发器通过连通管与磁致伸缩水位计相连，基于连通器原理，水位计的中的测量组件始终与蒸发桶中的水位保持一致；磁致伸缩水位计通过RS485总线与控制器进行通信，控制器能够准确得出当前蒸发器内的水位高度；同时，磁致伸缩水位计外侧设置带有隔热层的磁致伸缩水位计屏蔽罩，对仪器进行保护，保持系统的检测精度；磁致伸缩水位计、磁致伸缩水位计屏蔽罩、标准蒸发器、自然降水收集装置、称重水桶、称重水桶屏蔽罩、太阳能电池板固定支杆等固装在地面上，太阳能电池板固装在太阳能电池板固定支杆上；标准蒸发器取水管主体水平穿过围挡被测水体的水坝，标准蒸发器取水管总体设置在磁致伸缩水位计的下方，标准蒸发器取水管的进水管口没入被测水体，标准蒸发器取水管的出水管口不但从磁致伸缩水位计底部连通磁致伸缩水位计，并且贯穿标准蒸发器的下部周壁密封连通标准蒸发器，在标准蒸发器取水管靠近磁致伸缩水位计底部且位于标准蒸发器外和磁致伸缩水位计屏蔽罩内的管段安装有第一程控电磁截止阀，标准蒸发器排水管主体埋设嵌置在地面以下且设置在标准蒸发器、自然降水收集装置及称重水桶的下方，标准蒸发器排水管的进水管口从标准蒸发器的倒锥形底部经标准蒸发器的倒锥形底部最下端出水口连通标准蒸发器，在标准蒸发器排水管靠近标准蒸发器的倒锥形底部最下端出水口且位于标准蒸发器外的管段上安装有第二程控电磁截止阀，标准蒸发器排水管的出水管口以敞开的状态最终连通外界/户外大气，自然降水收集装置排水管固定倾斜设置，自然降水收集装置排水管的进水管口高于其出水管口，自然降水收集装置排水管的进水管口从自然降水收集装置的倒锥形底部经自然降水收集装置的倒锥形底部最下端出水口连通自然降水收集装置，在自然降水收集装置排水管位于称重水桶屏蔽罩和自然降水收集装置之间和称重水桶屏蔽罩和自然降水收集装置外的管段上安装有第三程控电磁截止阀，称重水桶设置在称重水桶屏蔽罩内，称重水桶屏蔽罩周壁贯穿开设有穿管孔，称重水桶周壁上部中对应接近穿管孔的部位贯穿开始有进水孔，自然降水收集装置排水管的出水管口经穿管孔和进水口伸入称重水桶并固定置于称重水桶内，称重水桶排水管的进水管口从称重水桶的倒锥形底部经称重水桶的倒锥形底部最下端出水口连通称重水桶，在称重水桶排水管上位于称重水桶屏蔽罩内的内置管段上安装有第四程控电磁截止阀，称重水桶排水管的出水管口嵌置埋设在地面以下并密封连通标准蒸发器排水管位于称重水桶下方的管段；标准蒸发器安装于测量井内部，器口高出测量井平面10cm，蒸发器内部水体与被测处水体高度保持一致，并保...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘锋，魏光辉，范文晓，马亮，何玉春，张靓，
申请(专利权)人：新疆农业大学，
类型：发明
国别省市：