提高单翻斗雨量计测量精度及可靠性的装置及其使用方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种提高单翻斗雨量计测量精度及可靠性的装置及其使用方法。采用轻质合金材料取代传统的不锈钢制作翻斗，且在雨量计集水侧表面喷塗特氟龙；增设由微型阀门、阀门启闭装置、旁路导流管组成的消减器差系统；两支错位布置的单干簧管构成的双干簧管替代传统的单干簧管；采用两个双干簧管互校祘法处理干簧管输出的开关信号；数字雨量值通过组网方便的低功耗ZigBee无线方式传输。本发明专利技术减少了测量过程中的器差及湿润损失，解决了单干簧管易受环境磁干扰产生误动作的缺陷提升了雨量计的可靠性；数字雨量值通过低功耗ZigBee无线方式传输，组网方便。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属翻斗式雨量计技术范畴，特别是指立足现有单翻斗雨量计的架构、改进雨量计测量精度提高可靠性的技术和方法。
技术介绍
降雨量是水文、气象的基本要素，其测量值对エ农业生产、防汛减灾等均具有重要的指导意义。我国水资源总量28124亿m3，居世界第5位；人均拥有2163 m3，仅相当于世界人均量的1/4，全球排序表中位列100位以后。随着我国经济的高速发展和生活品质的持续提高，现有的水资源供给量难以支撑不断增长的需求量；降雨量是水资源评估的关键因素、也是水循环和水平衡的重要參数，水资源潜能的挖掘有赖于精确降雨量的測量数据。检测降雨量的专用仪器是雨量计，雨量计的准确度是检测精度的技术保证。·1953年，自动检测降雨量的国产虹吸式雨量计问世,迅速取代传统的人工雨量计而得到广泛应用；但虹吸式雨量计需经換算才能获得降雨強度、模拟量记录方式不适应水文、气象信息的自动化要求，另外测量精度有待提高。1983年，重庆水文仪器厂推出国内首台商品化翻斗式雨量计；目前，水文站通常配备单翻斗雨量计；出于测量精度的考量，气象站大多使用较单翻斗精度更高的双翻斗雨量计，但仪表的结构复杂度、运维工作量和费用均在单翻斗之上。翻斗式雨量计结构简单，以脉冲电信号形式呈现降雨量，便于远距离传输，为有线远传和无线遥测提供了方便；翻斗式雨量计诞生至今，始終占据着雨量计的主导地位。尽管不乏挑战者，即采用新原理的雨量传感器如基于电容、电阻、超声波、光学等感知雨量的传感器；皆因挑战者的综合指标(对环境的要求、电源的供给、測量精度、总体拥有成本(TCO)等)较翻斗式逊色，尚无法撼动翻斗式雨量计的主导地位。翻斗式雨量计由翻斗雨量传感器和数据采集处理传输单元两部分组成，数据采集处理传输单元简称数采单元。现有技术条件下，数采单元技术较为成熟度，能满足雨量观测的要求；问题在于翻斗雨量传感器的计量误差较大。翻斗式雨量计的传感器是一个翻斗式机械双稳态称重机构一采用中间隔板隔开的两个完全対称的三角形容器(斗室)，中间隔板可绕水平轴转动、类似于跷跷板的原理，经三十年的不断完善、翻斗式传感器的整体架构也已相当完美；雨水流入翻斗的过程实质上是传感器对雨强信号按一定面积进行积分的过程，积分值就是翻斗的容量，亦称雨量传感器的分辨率。雨水注入翻斗的左斗室，当所接雨水容积达到预定值时，借助重力左斗室在も时刻翻倒，并从接水状态向等待状态过渡，右斗室则从等待状态向接水状态过渡；t2时刻雨水注入右斗室，当接水量达到预定值时，右斗室翻倒，右斗室从接水状态进入重返等待状态的过渡，左斗室则从等待状态向接水状态过渡；周而复始。翻斗式雨量计的翻斗侧壁上装有磁钢、它随翻斗翻动，翻斗翻倒时磁钢从干簧管旁扫过，使干簧管通断状态发生变化；即翻斗每翻倒一次，干簧管便接通一次，送出ー个开关信号(脉冲信号)，一个脉冲代表传感器一个分辨精度值的降雨量。翻斗雨量计在水文、气象站的长期使用过程中，由于计量原理和仪表结构方面的固有局限性，充分暴露出设计缺陷。首先，測量误差随雨强变化而变化强降雨时为正偏差、且偏差值随降雨強度的增强而増大；弱降雨时为负偏差，在小雨频繁的干旱地区负偏差甚至高达10%以上。其次，多年的雨量測量实践表明因传感器发信器件即干簧管的故障，造成的降雨量数据缺测虽属较小概率事件，但后果往往是灾难性的；面对环境的磁干扰，干簧管还存在误动作现象，从而产生降雨量的计量误差。翻斗雨量计的瑕疵直接影响了测量数据的质量。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术的不足，提供一种立足现有单翻斗雨量计架构、改进测量精度提高可靠性的技术和方法。针对现有翻斗雨量传感器的计量误差随雨强变化且精度欠佳强降雨时为正偏差，小雨频繁的干旱地区呈负偏差；雨量传感器发信器件(干簧管)的可靠性不能满足高可靠雨量测量的要求，发信器件易受环境的磁干扰产生误动作等缺陷；逐一提出相应的改进方案。提高单翻斗雨量计测量精度可靠性的装置，包括翻斗雨量传感器和信号采集处理 通信単元；翻斗雨量传感器包括阀门启闭装置、磁钢、簧管板、翻斗、双干簧管、调节螺钉、进水漏斗、圆水泡、翻斗支承轴承、微型阀门、旁路导流管；阀门启闭装置的上下端分别与翻斗、微型阀门相连；翻斗支承在轴承上，翻斗为中间隔板隔开的两个对称的左右斗室，左右斗室的侧壁分别设ー块磁钢，2个双干簧管分别安装在翻斗左右斗室的簧管板上、组成双干簧管的两个单簧管错位安放，双干簧管安装在翻斗斗室翻倒时磁钢运动划过的圆弧路径的中点，双干簧管的输出端与信号采集处理通信単元的输入端相连；翻斗侧壁上的磁钢随翻斗翻动，磁钢从干簧管旁扫过，使干簧管通断状态发生变化；翻斗每翻倒一次，双干簧管便接通一次，输出ー组开关信号至信号采集处理通信単元，代表一个分辨精度值的降雨量；翻斗的左、右两个斗室轮流处于进水漏斗出水管的出水ロ处承接雨水、称重、计量；微型阀门位于进水漏斗出水管底部向上2cm处，旁路导流管的上端与进水漏斗出水管顶部侧壁相通，旁路导流管的下端与进水漏斗出水管底部侧壁相通，调节螺钉和圆水泡安装在翻斗雨量传感器的底部，用于保证水平度；数据采集处理传输单元包括第一开关信号处理模块21、第二开关信号处理模块22、第三开关信号处理模块23、第四开关信号处理模块24、数据处理模块和射频模块。所述的数据处理模块和射频模块为CC2430数据处理模块和射频模块，结构如下集成芯片的引脚20、7、47、41相连后与数字电路电源DVDD_3. 3V、电容C411、电容C71的一端相连，电容C411及电容C71的另一端接地；引脚42与电容C421的一端相连，电容C421的另一端接地；引脚10与电容C678的一端、电阻R406、按键SI的一端相连，电容C678及按键SI的另一端接地，电阻R406的另一端与数字电路电源DVDD_3. 3V相连；引脚23与数字电路电源DVDD_3. 3V及电容C231的一端相连，电容C231的另一端接地；引脚24与模拟电路电源ソ01.8及电容0241的一端相连，电容C241的另一端接地；引脚26与电阻R261的一端相连，电阻R261的另一端接地；引脚22与电阻R221的一端相连，电阻R221的另一端接地；引脚19与晶振Xl及电容C191的一端相连，晶振Xl的另一端与引脚21及电容C121的一端相连，电容C191及电容C121的另一端均接地；引脚44与晶振X2及电容C441的一端相连，晶振X2的另一端与引脚43及电容C431的一端相连，电容C441及电容C431的另ー端均接地；引脚34与电感L2及电感L5的一端相连，电感L4及电感LI的一端和电感L5的另一端相连，引脚33与电感LI的另一端相连，引脚32与电感L2及电感L4的另一端相连，电感L3的一端与电容C63的一端相连，电容C63的另一端与天线ANTl相连；引脚25、27、28、29、30、31、35、36、37、38、39、40 与模拟电路电源 VCC1. 8、电容 C11、电容 C101、电容 C371的一端相连，电容C11、电容C101、电容C371的另一端接地。所述的翻斗雨量传感器由铝镁轻质合金材料制作，所述的进水漏斗和翻斗的集水侧表面喷塗10微米的特氟龙涂层。所述的微型阀门、阀门启闭装置、旁路导流管组成消减器差系统；阀门启闭装置是一个带弹簧的机械本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种提高单翻斗雨量计测量精度可靠性的装置，其特征在于，它包括翻斗雨量传感器和信号采集处理通信单元（13）；翻斗雨量传感器包括阀门启闭装置（1）、双干簧管（2）、簧管板（3）、翻斗（4）、磁钢（5）、调节螺钉（6）、进水漏斗（7）、圆水泡（8）、翻斗支承轴承（9）、微型阀门（10）、旁路导流管（11）；阀门启闭装置（1）的上下端分别与翻斗（4）、微型阀门（10）相连；翻斗（4）支承在轴承（9）上，翻斗（4为中间隔板隔开的两个对称的左右斗室，左右斗室的侧壁分别设一块磁钢（5），2个双干簧管（2）分别安装在翻斗（4）左右斗室的簧管板（3）上、组成双干簧管的两个单簧管错位安放，双干簧管（2）安装在翻斗（4）斗室翻倒时磁钢（5）运动划过的圆弧路径的中点，双干簧管（2）的输出端与信号采集处理通信单元（13）的输入端相连；翻斗（4）侧壁上的磁钢（5）随翻斗翻动，磁钢从干簧管旁扫过，使干簧管通断状态发生变化；翻斗（4）每翻倒一次，双干簧管（2）便接通一次，输出一组开关信号至信号采集处理通信单元（13），代表一个分辨精度值的降雨量；翻斗（4）的左、右两个斗室轮流处于进水漏斗（7）出水管的出水口处承接雨水、称重、计量；微型阀门（10）位于进水漏斗（7出水管底部向上2cm处，旁路导流管（11）的上端与进水漏斗（7）出水管顶部侧壁相通，旁路导流管（11）的下端与进水漏斗（7）出水管底部侧壁相通，调节螺钉（6）和圆水泡（8）安装在翻斗雨量传感器的底部，用于保证水平度；信号采集处理通信单元（13）包括第一开关信号采集模块（21）、第二开关信号采集模块（22）、第三开关信号采集模块（23）、第四开关信号采集模块（24）、数据处理模块和射频通信模块；4个单干簧管输出的开关信号分别与4个开关信号采集模块相连、信号采集模块与数据处理模块和射频通信模块相连。...

【技术特征摘要】
1.一种提高单翻斗雨量计测量精度可靠性的装置，其特征在于，它包括翻斗雨量传感器和信号采集处理通信单元(13);翻斗雨量传感器包括阀门启闭装置(I)、双干簧管(2)、 簧管板(3)、翻斗(4)、磁钢(5)、调节螺钉(6)、进水漏斗(7)、圆水泡(8)、翻斗支承轴承(9)、微型阀门(10)、旁路导流管(11);阀门启闭装置(I)的上下端分别与翻斗(4)、微型阀门(10)相连；翻斗(4)支承在轴承(9)上，翻斗(4为中间隔板隔开的两个对称的左右斗室， 左右斗室的侧壁分别设一块磁钢(5)，2个双干簧管(2)分别安装在翻斗(4)左右斗室的簧管板(3)上、组成双干簧管的两个单簧管错位安放，双干簧管(2)安装在翻斗(4)斗室翻倒时磁钢(5)运动划过的圆弧路径的中点，双干簧管(2)的输出端与信号采集处理通信单元 (13)的输入端相连；翻斗(4)侧壁上的磁钢(5)随翻斗翻动，磁钢从干簧管旁扫过，使干簧管通断状态发生变化；翻斗(4)每翻倒一次，双干簧管(2)便接通一次，输出一组开关信号至信号采集处理通信单元(13)，代表一个分辨精度值的降雨量；翻斗(4)的左、右两个斗室轮流处于进水漏斗(7)出水管的出水口处承接雨水、称重、计量；微型阀门(10)位于进水漏斗(7出水管底部向上2cm处，旁路导流管(11)的上端与进水漏斗(7)出水管顶部侧壁相通，旁路导流管(11)的下端与进水漏斗(7)出水管底部侧壁相通，调节螺钉(6)和圆水泡 (8)安装在翻斗雨量传感器的底部，用于保证水平度；信号采集处理通信单元(13)包括第一开关信号采集模块(21)、第二开关信号采集模块(22)、第三开关信号采集模块(23)、第四开关信号采集模块(24)、数据处理模块和射频通信模块；4个单干簧管输出的开关信号分别与4个开关信号采集模块相连、信号采集模块与数据处理模块和射频通信模块相连。2.根据权利要求1所述的提高单翻斗雨量计测量精度可靠性的装置，其特征在于，所述的数据处理模块和射频模块为CC2430数据处理模块和射频模块，结构如下集成芯片的引脚20、7、47、41相连后与数字电路电源DVDD_3. 3V、电容C411、电容C71的一端相连，电容C411及电容C71的另一端接地；引脚42与电容C421的一端相连，电容C421的另一端接地；引脚10与电容C678的一端、电阻R406、按键SI的一端相连，电容C678及按键SI的另一端接地，电阻R406的另一端与数字电路电源DVDD_3. 3V相连；引脚23与数字电路电源DVDD_3. 3V及电容C231的一端相连，电容C231的另一端接地；引脚24与模拟电路电源乂01.8及电容0241的一端相连，电容C241的另一端接地；引脚26与电阻R261的一端相连，电阻R261的另一端接地；引脚22与电阻R221的一端相连，电阻R221的另一端接地； 引脚19与晶振Xl及电容C191的一端相连，晶振Xl的另一端与引脚21及电容C121的一端相连，电容C191及电容C121的另一端均接地；引脚44与晶振X2及电容C441的一端相连，晶振X2的另一端与引脚43及电容C431的一端相连，电容C441及电容C431的另一端均接地；引脚34与电感L2及电感L5的一端相连，电感L4及电感LI的一端和电感L5的另一端相连，引脚33与电感LI的另一端相连，引脚32与电感L2及电感L4的另一端相连，电感L3的一端与电容C63的一端相连，电容C63的另一端与天线ANTl相连；引脚25、27、28、29、30、31、35、36、37、38、39、40 与模拟电路电源 VCC1. 8、电容 C11、电容 C101、电容 C371 的一端相连，电容C11、电容C101、电容C371的另一端接地。3.根据权利要求1所述的一种提高单翻斗雨量计测量精度可靠性的装置，其特征在于，所述的翻斗雨量传感器由铝镁轻质合金材料制作，所述的进水漏斗(7)和翻斗(4)的集水侧表面喷涂10微米的特氟龙涂层(12)。4.根据权利要求1所述的一种提高单翻斗雨量计测量精度可靠性的装置，其特征在于，所述的阀门启闭装置(I)、微型阀门(10)、旁路导流管(11)组成消减器差系统；阀门启闭装置(I)是一个带弹簧的机械连杆机构，当翻斗(4)翻倒时，翻斗(4)利用自身的重量带动机械连杆机抅关闭阀门；当翻斗(4)翻倒后再转过Φ角，Φ角为翻斗雨量传感器翻斗(4)的左右斗室状态转换时间At所转过的角度，阀门启闭装置(I)因弹簧的回复特性再次开启阀门t时间内暂存在进水漏斗内的雨水、后续承接的雨水，汇总导入另一个斗室、直至该斗室的雨水量达设计感量，复现第一个斗室的翻倒过程，周而复始；阀门启闭装置(I)和微型阀门(10)正常工作时，旁路导流管(11)不起作用；一旦阀门启闭装置(I)失效或微型阀门(1...

【专利技术属性】
技术研发人员：王展宏，王树乾，王史春，吴明光，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：