專利名稱：電子虹吸式雨量計的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種雨量計，具體是一種電子虹吸式雨量計。
背景領域公知的虹吸式雨量計是機械自記鐘水平走紙、以浮子帶動浮子桿、記錄筆上下運動在記錄紙上劃線記錄降雨過程的液柱式雨量計，其背景技術從《ZBY158-83虹吸式雨量計技術條件》、中華人民共和國行業(yè)標準《降水量觀測規(guī)范SL21-2006》、中國氣象局《地面氣象觀測規(guī)范-2003》已知，包括承雨口、濾網(wǎng)、漏咀、集水漏斗、浮子室、浮子室蓋板(簡稱蓋板)、浮子、浮子桿、虹吸管、水平泡、調(diào)平裝置、殼體、浮子室支架(簡稱支架)、底座、筆檔、記錄筆、記錄紙、自記鐘走紙機構、儲水瓶、雨量量杯等，落入承雨口的降水經(jīng)濾網(wǎng)、漏咀、集水漏斗流入浮子室，使浮子室液柱升高驅(qū)動浮子上升帶動浮子桿、筆桿、筆尖上下運動，自記鐘旋轉(zhuǎn)帶動記錄紙作水平運動，筆尖在記錄紙上繪出降水過程曲線，當浮子室液柱高超過“自然虹吸點臨界點”(以下稱自然虹吸點)的高度Hz時產(chǎn)生自然虹吸效應，使浮子室液柱迅速降至虹吸零點H0，此時記錄筆在浮子帶動下也同步降至虹吸零點，重新開始記錄下一時段的降水過程，虹吸排放的降水注入到儲水瓶中，再用雨量杯人工計量儲水瓶中的水量考證降水量和測量誤差，填寫觀測記錄簿。
公知的虹吸式雨量計的分辨力是0.1mm、雨強范圍0.01～4mm/min、一次虹吸排水量為10mm、一次虹吸排水時間≤14s，是“規(guī)范”規(guī)定的降水過程標準量測裝備，裝備這種雨量計的雨量站為駐守型雨量測站，駐守站的降水過程記錄在方格紙上，降水量的測量、時段降水量、日降水量、降水強度的計算、測量誤差的考證、雨情報信等都是由人工完成的，當前公知的虹吸雨量計均為這種工作模式。
公知的虹吸式雨量計的構造原理、性能上的缺點與不足之處也很明顯(1)雨強小的時候在自然虹吸點易發(fā)生“滴流”現(xiàn)象，此時記錄線出現(xiàn)“波動”或呈“平頭”直線，產(chǎn)生記錄誤差。
(2)記錄紙不能記錄虹吸期間的降雨量、存在漏記問題。
(3)機械自記鐘記錄周期短，一般只能記錄1～7天就須換紙，除了定期換紙外，每發(fā)生一次虹吸之后也要換紙，即使在降水過程中該換紙時也要換紙。
(4)儀器安裝、調(diào)整復雜當虹吸線的傾斜度與縱坐標不平行時需注水檢查反復調(diào)整；記錄筆筆尖不潤滑、筆架軌道生銹、走紙機構傾斜會使記錄筆尖劃線阻力增大易造成記錄斷線也應作調(diào)整；虹吸作用不能恰在10mm發(fā)生時虹吸管的高度需多次試驗調(diào)整，還需經(jīng)常人工注水、校正虹吸零點等等。
(5)虹吸管必需經(jīng)常清洗、維護，否則將發(fā)生滴流、斷流、水氣混雜、虹吸排水時間過長或不發(fā)生虹吸等問題。
(6)公知虹吸雨量計必需用雨量量杯人工測量儲水瓶中的水量來考證降水量和測量誤差、填寫記載簿。
(7)裝備公知虹吸雨量記的測站必須有人駐守，其使用、維護成本很高。
(8)公知虹吸雨量計無電信號輸出，無法實現(xiàn)自動報信。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的任務在于克服現(xiàn)有技術的缺點與不足之處，提供一種電子自動測量、記錄降水過程并且在虹吸排水過程中無“滴流”現(xiàn)象、無漏記降水量、安裝、維護方便、可無人駐守且能與通信機連接實現(xiàn)自動報信的電子虹吸式雨量計。
本發(fā)明解決任務的方案是電子虹吸式雨量計，包括承雨口、濾網(wǎng)、漏咀、集水漏斗、浮子室、浮子室蓋板(簡稱蓋板)、浮子室支架、浮子、浮子桿、虹吸管、水平泡、調(diào)平裝置、殼體、底座，去掉了筆檔、記錄筆、記錄紙、自記鐘走紙機構和儲水瓶，在漏咀、浮子室之間有用于測量浮子室液柱高度(降水量)的水位傳感器(以下稱傳感器)、用于連接傳感器和浮子、浮子桿的水位測量機械耦合裝置(以下稱耦合裝置)、用于打壓浮子、浮子桿下沉的電動虹吸裝置、用于截斷水路通道的電動截流裝置、降水過程信息采集控制器(以下稱采集器)、用于記錄降水過程信息的固態(tài)存貯收集單元(以下稱記錄器)，傳感器安裝在蓋板上，并通過耦合裝置與浮子桿、浮子連接；電動虹吸裝置安裝在蓋板上，并且位于浮子、浮子桿的正上方，當浮子高度位于電動強制虹點高度范圍Hq時浮子、浮子桿處于電動虹吸裝置有效打壓范圍之內(nèi)；電動截流裝置安裝在漏咀、浮子室進水口之間；采集器安裝在蓋板上，并與電動截流裝置、電動虹吸裝置、傳感器電連接且與供電電源連接；記錄器安裝在蓋板上并與供電電源連接、其輸入端與采集器的輸出接口電連接；采集器依照存貯程序自動采集傳感器輸出信號和對應的時間信號，并及時將采集到的信息傳送給記錄器；當采集器判斷傳感器測得浮子室水柱高(降雨量)到達“強制虹吸點高度”Hq時，采集器采集該信號后立即驅(qū)動電動截流裝置動作截斷浮子室進水水路通道，并同時驅(qū)動電動虹吸裝置動作打壓浮子桿和浮子驟然下沉迫使浮子室水柱突然升高超過臨界虹吸點高度Hz達到最高點Hmax，隨即產(chǎn)生強制虹吸排水效應，虹吸排水發(fā)生之后浮子室水柱高度會迅速下降，當浮子室水柱下降至虹吸“零點高度”H0時虹吸過程結(jié)束，浮子亦同步下降至“零點”，這時采集器采集傳感器輸出的對應虹吸“零點”水位高度值H0和對應時間t0，作為下一時段降水過程的起算值和起算時間，并將上述信息傳送給記錄器，然后采集器驅(qū)動電動截流裝置復位，使虹吸排水期間的被截流的降水注入浮子室，采集器采集該水位值H1(虹吸過程期間的降水量)及虹吸結(jié)束時刻t1，然后繼續(xù)測量降水過程直至降水過程結(jié)束。
顯然上述虹吸發(fā)生過程不是公知的“自然虹吸”過程而是“電動強制虹吸”過程，在強制虹吸發(fā)生之前，浮子室水柱高度Hq低于“臨界虹吸點”的高度Hz，因此強制虹吸發(fā)生時，浮子室水柱高Hmax高度明顯高于“臨界虹吸點”的高度Hq，虹吸過程會立即發(fā)生，強制虹吸過程發(fā)生時既不會產(chǎn)生“滴流”現(xiàn)象、“斷流”現(xiàn)象，也不會發(fā)生水氣混雜現(xiàn)象，而且在強制虹吸期間內(nèi)電動截流裝置受采集器控制截斷了浮子室進水通道，當虹吸過程結(jié)束后、采集器驅(qū)動電動截流裝置動作恢復水路暢通，使被截流的降水流入浮子室驅(qū)動浮子上升帶動傳感器動作，采集器即可采集到該水位值H1和對應時間t1，因此也不會發(fā)生漏測虹吸期間降水量的現(xiàn)象。
按照本發(fā)明對于每一個虹吸排水過程而言，其虹吸發(fā)生時水位值Hq和虹吸排水之后的零點水位值H0都是實時測量獲得的，因此在儀器安裝校對時無須校對虹吸點和虹吸零點，并且在上述測量過程中虹吸起始時間和虹吸終止時間也同時由中央處理單元進行了精準電子測量、計算，并由此獲得虹吸了排水時間數(shù)據(jù)，這是公知的機械式虹吸雨量計無法實現(xiàn)的。
本發(fā)明電子虹吸吸雨量計所述的傳感器是浮子室水柱高度(降雨量)感測/電信號轉(zhuǎn)換部件，其運動方式可以是旋轉(zhuǎn)運動式位移傳感器也可以是直線運動式位移傳感器，傳感器的類型可以是光電、磁感應、容柵類或電感、磁滯線、電容、電阻類；其輸出信號可以是數(shù)字全量型、脈沖增量型或電流、電壓型。傳感器安裝在浮子室蓋板上(以下稱蓋板)，并通過機械耦合裝置與浮子桿、浮子相連接、當浮子隨浮子室內(nèi)水柱高度升降變化時水位傳感裝置的運動感測部件亦同步運動，即可輸出與浮子室水柱高(降雨量)變化相對應的電信號。
本發(fā)明電子虹吸吸雨量計所述的機械耦合裝置是旋轉(zhuǎn)運動式或直線運動式，當傳感器為旋轉(zhuǎn)運動位移傳感器時，與傳感器轉(zhuǎn)動軸連接的水位測量耦合裝置為雙軌道測輪、測纜、重錘、重錘纜機構，雙軌測輪工作圓周上有兩個凹槽軌道(測量軌道、重錘軌道)，測輪安裝在傳感器的旋轉(zhuǎn)軸上、測纜繞在測輪的測量工作圓周的凹槽軌道內(nèi)，其端點固定在測輪上，測纜的另一端與浮子桿、浮子相連接；重錘纜繞在測輪的重錘軌道凹槽內(nèi)，其端點固定在測輪上，其繞向與測纜繞向相反，重錘纜從軌道凹槽內(nèi)引出后與重錘連接，在靜止狀態(tài)下，浮子浮于浮子室水面上，重錘的自重力拉直并張緊重錘纜和測纜；當浮子室水柱高度升降變化時，浮子會隨之同步升降變化，這時重錘拉緊重錘纜反方向同步運動帶動測輪旋轉(zhuǎn)并驅(qū)動傳感器的轉(zhuǎn)軸同步旋轉(zhuǎn)，傳感器即可輸出與浮子室水柱高度變化(降雨量)相對應的電信號；這種雙軌道構造的測輪和連接方式可以保障測纜和重錘纜不會在測輪圓周軌道的凹槽內(nèi)打滑(即使在電動虹吸裝置打壓浮子桿、浮子驟然下沉時，測纜和重錘纜不會在測輪圓周軌道的凹槽內(nèi)打滑)，避免了產(chǎn)生測量誤差；當傳感器的的運動部件是直線式運動方式時，其安裝方式為將傳感器的直線位移運動部件用鎖緊裝置(耦合裝置)與浮子桿相連接，當浮子隨浮子室水柱升降變化時，浮子桿即帶動傳感器的直線位移部件同步運動，完成水位變化(降雨量)測量、輸出對應的電信號。
本發(fā)明電子虹吸式雨量計所述的電動虹吸裝置包括電磁鐵、驅(qū)動桿、支承軸、驅(qū)動桿復位彈簧(以下稱彈簧)、電磁鐵通過支架安裝在蓋板上并與采集器電連接，電磁鐵位于驅(qū)動桿上方，驅(qū)動桿通過支承軸安裝在蓋板上并位于浮子、浮子桿的上方，彈簧安裝在驅(qū)動桿與蓋板之間，當浮子室水位上升至“強制虹吸點”高度Hq時(強制虹吸高度Hq低于自然虹吸高度Hz)浮子、浮子桿處于電磁鐵和驅(qū)動桿打壓范圍之內(nèi)。在降雨過程中，一但浮子室水位上升至強制虹吸點高度Hq時，采集器即可測得其高度并立即驅(qū)動電動虹吸裝置動作，使電磁鐵打壓驅(qū)動桿、驅(qū)動桿驅(qū)動浮子桿、浮子驟然下降，使浮子室水柱突然從Hq高度上升至最高點Hmax高度，Hmax高度高于臨界虹吸點高度Hz，這時即可瞬間發(fā)生強制性虹吸排水效應，當虹吸過程結(jié)束，采集器驅(qū)動電磁鐵斷電使驅(qū)動桿復位，之后儀器進入正常降水測量過程。顯然本發(fā)明電子虹吸式雨量計的虹吸過程是強制虹吸過程，它完全不同于公知的自然虹吸過程，強制虹吸過程發(fā)生前浮子室水柱高度低于臨界虹吸點高度Hz，而強制虹吸過程發(fā)生時浮子室水柱高度為Hmax，Hmax的高度高于臨界虹吸點高度Hz，因此虹吸現(xiàn)象會突然發(fā)生，從而避免了滴流、水氣混雜、斷流等現(xiàn)象，使儀器工作更可靠。
本發(fā)明電子虹吸式雨量計所述的電動截流裝置是獨立的電動閥門，安裝在電動虹吸裝置的驅(qū)動桿上的一端并正對浮子室進水口的截流軟膠墊，電動截流裝置是獨立的電動閥門時，它安裝在漏咀、集水漏斗之間；或安裝在集水漏斗、浮子室進水口之間。當電動閥門安裝在漏咀與集水漏斗之間時，電動閥門關閉后虹吸期間的降水被截流在承雨口內(nèi)；當電動閥門安裝在集水漏斗和浮子室進水口之間時，電動閥門關閉后，虹吸期間的降水被截流在集水漏斗之內(nèi)；當電動截流裝置與電動虹吸裝置為一體結(jié)構時，截流裝置為截流墊，截流墊是軟質(zhì)膠墊，它安裝在電動虹吸裝置的驅(qū)動桿上，位于驅(qū)動桿正對浮子室進水口的一端，并正對集水漏斗的的出水口。這時截流墊的運動驅(qū)動裝置是電動虹吸裝置的電磁鐵和驅(qū)動桿，采集控制器只需驅(qū)動電磁鐵就可以同時完成打壓浮子下沉產(chǎn)生強制虹吸排水和截斷浮子室進水口通道的任務，將虹吸期間的降水截流在集水漏斗內(nèi)。
本發(fā)明電子虹吸式雨量計所述的采集器包括中央處理單元——完成信息處理、驅(qū)動單元的控制，包括微處理器、內(nèi)存、內(nèi)部時鐘、固化程序等，采樣單元——信息采集輸入接口，完成傳感器輸出信號的變換，時鐘單元——降水信息的時標，驅(qū)動控制單元——接受中央處理單元的指令，完成驅(qū)動對象的功率驅(qū)動，輔助電路單元——信息采集器必備的其它功能電路，包括值守電路、電源變換、穩(wěn)壓電路、顯示單元電路、功能鍵電路等，輸出接口——將降水信息輸出至記錄、讀出裝置；中央處理單元內(nèi)部與采樣單元、時鐘單元、驅(qū)動控制單元、輔助電路單元、輸出接口連接；采樣單元與水位傳感器連接；驅(qū)動控制單元與電動截流裝置、電動虹吸裝置連接；輸出接口與固態(tài)記錄器連接。采集器是傳感器信息(降水過程信息)采集器又是電動虹吸裝置、電動截流裝置的驅(qū)動控制裝置。采集器按照存貯程序自動監(jiān)測浮子室水柱高度變化，當浮子室水柱高度達到強制虹吸高度打壓范圍時，采集器中央處理單元立即發(fā)出指令采集該高度值和對應時間值，并同時驅(qū)動電動截流裝置動作，截斷浮子室進水水路通道，并且同時驅(qū)動電動虹吸裝置的電磁鐵動作，使銜鐵打壓驅(qū)動桿帶動浮子桿、浮子驟然下沉，迫使浮子室水柱突然從原高度升高至Hmax高度，Hmax高度超過自然虹吸點高度的臨界值Hz，立即產(chǎn)生強制虹吸排水；當浮子室水柱下降至虹吸零點時，采集器立即采集虹吸零點水位值H0和對應時間值t0，以該水位值和對應時間值作為下一時段降水過程的起算值，此后采集器的中央處理單元指令驅(qū)動控制單元驅(qū)動電動截流裝置、電動虹吸裝置復位，使虹吸過程中被截流的降水流入浮子室，這部分流入到浮子室的降水量使浮子室水柱升高至H1，其對應時刻為t1，采集器采集該高度和時間，后進入下一時段降水過程的測量。
本發(fā)明電子虹吸雨量計所述的記錄器是半導體固態(tài)存貯器用于采集、存貯降水過程信息，其輸入端與采集器的輸出接口電連接，其輸出端可與外部通信機或移動存貯單元電連接。其性能參數(shù)從中華人民共和國行業(yè)標準《水文數(shù)字固態(tài)存貯器收集系統(tǒng)通用技術條件SL/T149-95》已知；當采集器的中央處理單元內(nèi)的存貯單元(內(nèi)存)容量足夠大時，也可以將降水過程信息存貯在內(nèi)存中，省略記錄器。
本發(fā)明電子虹吸式雨量計還包括可以在集水漏斗和浮子室進水口之間可以增加感雨器，感雨器的信號輸出端與采集器電連接，其感雨形式可以是翻斗干簧管機構、電極感雨機構或者電感、電容式感雨機構，電子虹吸式雨量計安裝感雨器與不安裝感雨器的區(qū)別在于不安裝感雨器時即使在非降雨日也要不間斷地或頻繁的給儀器通電，采集器通過連續(xù)地(或頻繁地)監(jiān)測浮子室水柱是否升高來判斷降雨開始的時刻，并在降雨開始之后連續(xù)監(jiān)測浮子室水柱升高量來判斷時段降雨量，并且在虹吸期間也要始終給儀器通電不間斷地監(jiān)測浮子室水柱是否下降到虹吸零點；如果增加了感雨器，本發(fā)明電子虹吸雨量計的工作方式為“休眠/喚醒”制式，每當感雨器發(fā)出一次“通/斷”開關量信號，采集器即瞬間(約毫秒級)給傳感器加電并采集雨量傳感器信息和對應時間信息，以年降水量為2000mm、儀器工作電流最大為300mA計算，儀器全年累計工作時間(含虹吸排水時間)也不超過5400秒，年電耗約為0.45安時，如無感雨器則儀器常年工作或者每隔0.5～1秒就需給儀器加電1次才能保證采集器正常完成采集、控制、記錄任務，其年功耗可達40安時，因此加裝了感雨器后的節(jié)電有益效果很明顯。
本發(fā)明電子虹吸式雨量計的工作過程為未降水時，正常情況下儀器處于休眠狀態(tài)，浮子正常飄浮于固定的水位高度上、傳感器處于靜止狀態(tài)、其輸出電信號也不變化，當降雨開始后，承雨口承接的雨水經(jīng)濾網(wǎng)、漏咀、小漏斗注入感雨器，當降水量達到感雨器感量時，感雨器立即發(fā)出信號喚醒休眠狀態(tài)下的采集器、傳感器工作，并即刻采集傳感器輸出值作為降雨開始的起始值、同時采集對應時刻作為降雨開始時間；降水流入浮子室后推動浮子上升，浮子通過耦合裝置帶動傳感器同步運動輸出對應電信號，只要降水不停，感雨器就不間斷地工作，每當感雨器動作一次，就自動喚醒采集器、傳感器瞬間工作采集對應的傳感器輸出值Ht(浮子室水柱高)和對應時間值并且與設定的強制虹吸打壓高度值Hq相比較，判斷測量值Ht是否大于等于強制虹吸高度值Hq，直至傳感器輸出值Ht≥Hq，只要傳感器輸出值Ht未達到強制虹吸點高度Hq就反復執(zhí)行上述步驟，直至傳感器輸出值Ht大于等于Hq時采集器的中央處理單元立刻采集對應的Ht高度和對應時間，并指令驅(qū)動控制單元驅(qū)動電動截流裝置動作截斷浮子室進水通路，并同時驅(qū)動電動虹吸裝置的電磁鐵、驅(qū)動桿動作打壓浮子桿、浮子驟然下沉，使浮子室水柱高度驟然上升至最高點Hmax高度(Hmax＞Hz)，隨機產(chǎn)生強制虹吸排水效應，當虹吸排水發(fā)生后，中央處理單元連續(xù)地或每間隔0.5～1秒指令采樣單元采集傳感器輸出值，并將該值與虹吸零點值H0相比較判斷該值是否穩(wěn)定到達最低水位點(即判斷虹吸過程是否結(jié)束)，只要虹吸過程不結(jié)束就重復執(zhí)行上述步驟，直至虹吸過程結(jié)束；當虹吸過程結(jié)束后，采集器采集并記錄該水位值和對應時刻作為下一時段降水過程測量的起始值；上述過程結(jié)束后采集器驅(qū)動電動截流裝置、電動虹吸裝置復位，使被截流的降水流入浮子室，這部分降水量作為虹吸過程開始時刻之后的降水量計入到總降水量當中，此后儀器重復循環(huán)以上過程直至降水過程結(jié)束；上述過程中采集器不斷地將采集信息傳送給記錄器，實現(xiàn)了虹吸雨量計的電子自動測量、記錄。
本發(fā)明的有益效果是電子虹吸式雨量計以水位傳感器、耦合裝置、電動強制虹吸裝置、電動截流裝置、采集器、固態(tài)記錄器取代了公知技術的筆檔、記錄筆、記錄紙、自記鐘走紙機構、貯水瓶和雨量杯，實現(xiàn)了降水過程信息的電子自動測量、自動存貯收集，且本發(fā)明電子虹吸式雨量計的虹吸排水發(fā)生過程是強制虹吸排水過程，能有效地克服了“滴流”現(xiàn)象，也不會發(fā)生漏記虹吸期間降水量的問題，同時也克服了公知虹吸雨量計固有的虹吸不可靠、走紙記錄周期短、儀器安裝調(diào)整復雜、需反復調(diào)整虹吸管高度、校正零點和虹吸點、虹吸管需經(jīng)常清洗、維護、降水量測量準確度需人工考證，測站需有人駐守、無電信號輸出、不能自動報信等諸多缺點與不足之處。


本發(fā)明將通過其具體實施例和附圖加以詳細說明。
圖1是本發(fā)明所述的電子虹吸雨量計的構造圖；圖2是本發(fā)明所述的電子虹吸雨量計的電原理方框圖；圖3是本發(fā)明所述的電子虹吸雨量計傳感器的耦合裝置為旋轉(zhuǎn)運動方式的構造圖；圖4是本發(fā)明所述的電子虹吸雨量計傳感器的耦合裝置為直線運動方式的構造的圖；圖5是本發(fā)明所述的電子虹吸雨量計電動虹吸裝置的構造圖；圖6是本發(fā)明所述電子虹吸雨量計電動截流墊與電動虹吸裝置驅(qū)動桿為一體的構造圖；圖7是本發(fā)明所述的電子虹吸雨量計的電動截流裝置為獨立式電動閥門、并且電動閥門裝置安裝在集水漏斗和浮子室進水口之間的構造圖；圖8是本發(fā)明所述的電子虹吸雨量計的電動截流裝置為獨立式電動閥門、并且電動閥門安裝在小漏斗和集水漏斗之間的構造圖；圖9是本發(fā)明所述的電子虹吸雨量計實施例(傳感器為旋轉(zhuǎn)運動、電動截流裝置、電動虹吸裝置為一體構造并且有感雨器)的構造圖；圖10是本發(fā)明所述的電子虹吸雨量計另一種實施例(傳感器為直線運動形式、電動截流裝置為電動閥門并且無感雨器)的構造圖。
具體實施例方式
實施例I如圖1、圖3、圖9所示，本發(fā)明所述的電子虹吸雨量計的傳感器16為旋轉(zhuǎn)運動、電動截流裝置、電動虹吸裝置為一體構造并且有感雨器，它包括公知技術的承雨口1、濾網(wǎng)2、漏咀3、集水漏斗4、浮子室5、浮子室蓋板(簡稱蓋板)6、浮子7、浮子桿8、虹吸管9、支架10、水平泡11、調(diào)平裝置12、殼體13、底座14，承雨口1水平安裝在殼體13的頂端；濾網(wǎng)2安裝在承雨口1的中心；漏咀3安裝在承雨口1的底部；集水漏斗4安裝在漏咀3和浮子室5的進水口15之間，浮子室5通過支架10安裝在底座14上；蓋板6水平安裝在浮子室5頂部；浮子7位于浮子室5內(nèi)、浮子桿8與浮子7相連接；虹吸管9安裝在浮子室5的側(cè)壁上；水平泡11、調(diào)平裝置12、殼體13安裝在底座14上，還包括在漏咀3、浮子室5之間增加了用于測量降水量的水位傳感器(以下稱傳感器)16、用于連接傳感器16和浮子7、浮子桿8的水位測量機械耦合裝置(以下稱耦合裝置)17、用于打壓浮子7、浮子桿8的電動虹吸裝置18、用于截斷水路通道的電動截流裝置19；降水過程信息采集控制器(以下稱采集器)20、用于記錄降水過程信息的固態(tài)存貯收集單元(以下稱記錄器)21，傳感器16安裝在蓋板6上，并通過耦合裝置17與浮子桿8、浮子7連接；電動虹吸裝置18安裝在蓋板6上，并且位于浮子7、浮子桿8的正上方，當浮子7、浮子桿8位于虹吸點高度時浮子7、浮子桿8處于電動虹吸裝置18有效打壓范圍之內(nèi)；電動截流裝置19安裝在漏咀3、浮子室進水口15之間；采集器20安裝在蓋板6上，并與傳感器16、電動虹吸裝置18、電動截流裝置19電連接且與供電電源連接。記錄器21安裝在蓋板6上并與采集器20、供電電源電連接。它的傳感器16的運動方式為旋轉(zhuǎn)運動式位移傳感器，傳感器16的類型可以是光電、磁感應、容柵類或電感、磁滯線、電容、電阻類；其輸出信號可以是數(shù)字全量型、脈沖增量型或電流、電壓型，它的耦合裝置17是是由雙軌道測輪17-1、測纜17-2、重錘17-3、重錘纜17-4組成的旋轉(zhuǎn)式水位測量耦合裝置，它的雙軌測輪工作圓周上有兩個凹槽軌道(測量軌道、重錘軌道)，測輪17-1安裝在傳感器16的旋轉(zhuǎn)軸上、測纜17-2繞在測輪17-1的測量工作圓周的凹槽軌道內(nèi)，其端點固定在測輪17-1上，測纜17-2的另一端與浮子桿8、浮子7相連接；重錘纜17-4繞在測輪17-1的重錘17-3軌道凹槽內(nèi)，其端點固定在測輪17-1上，其繞向與測纜17-2繞向相反，重錘纜17-4從軌道凹槽內(nèi)引出后與重錘17-3連接，在靜止狀態(tài)下，浮子7浮于浮子室5水面上，重錘17-3的自重力拉直并張緊重錘纜17-4和測纜17-2；當浮子室5水柱高度升降變化時，浮子7會隨之同步升降變化，這時重錘17-3拉緊重錘纜17-4反方向同步運動帶動測輪17-1旋轉(zhuǎn)并驅(qū)動傳感器16的轉(zhuǎn)軸同步旋轉(zhuǎn)，傳感器16即可輸出與浮子室5水柱高度變化(降雨量)相對應的電信號；這種雙軌道構造的測輪和連接方式可以保障測纜17-2和重錘纜17-4不會在測輪17-1圓周軌道的凹槽內(nèi)打滑(即使在電動虹吸裝置18打壓浮子桿8、浮子7驟然下沉時，測纜17-2和重錘纜17-4不會在測輪17-1圓周軌道的凹槽內(nèi)打滑)，避免了產(chǎn)生測量誤差。
如圖5、圖6所示，本實施例的電動虹吸裝置18與電動截流裝置19為一體化構造，它包括電磁鐵18-1、驅(qū)動桿18-2、支承軸18-3、驅(qū)動桿復位彈簧(以下稱彈簧)18-4、電磁鐵18-1通過支架18-5安裝在蓋板6上并與采集器電20連接，電磁鐵18-1位于驅(qū)動桿18-2上方，驅(qū)動桿18-2通過支承軸18-3安裝在蓋板6上并位于浮子7、浮子桿8的上方，彈簧18-4安裝在驅(qū)動桿18-2與蓋板6之間，當浮子室5水位上升至“強制虹吸點”高度Hq時(強制虹吸高度Hq低于自然虹吸高度Hz)浮子7、浮子桿8處于電磁鐵18-1和驅(qū)動桿18-2打壓范圍之內(nèi)。安裝在電動虹吸裝置的驅(qū)動桿18-2上的一端并正對浮子室進水口的截流軟膠墊19-2，截流墊19-2是軟質(zhì)膠墊，它安裝在電動虹吸裝置18的驅(qū)動桿18-2上，位于驅(qū)動桿18-2正對浮子室進水口15的一端，并正對集水漏斗的的出水口22-5。這時截流墊19-2的運動驅(qū)動裝置是電動虹吸裝置18的電磁鐵18-1和驅(qū)動桿18-2，采集控制器20只需驅(qū)動電磁鐵18-1就可以同時完成打壓浮子7下沉產(chǎn)生強制虹吸排水和截斷浮子室進水口15通道的任務，將虹吸期間的降水截流在集水漏斗內(nèi)。
如圖2所示，本實施例的采集器20包括中央處理單元——完成信息處理、驅(qū)動單元的控制，包括微處理器、內(nèi)存、內(nèi)部時鐘、固化程序等，采樣單元——信息采集輸入接口，完成傳感器輸出信號的變換，時鐘單元——降水信息的時標，驅(qū)動控制單元——接受中央處理單元的指令，完成驅(qū)動對象的功率驅(qū)動，輔助電路單元——信息采集器必備的其它功能電路，包括值守電路、電源變換、穩(wěn)壓電路、顯示單元電路、功能鍵電路等，輸出接口——將降水信息輸出至記錄、讀出裝置；中央處理單元內(nèi)部與采樣單元、時鐘單元、驅(qū)動控制單元、輔助電路單元、輸出接口連接；采樣單元與水位傳感器連接；驅(qū)動控制單元與電動截流裝置、電動虹吸裝置連接；輸出接口與固態(tài)記錄器連接。采集器是傳感器信息(降水過程信息)采集器又是電動虹吸裝置、電動截流裝置的驅(qū)動控制裝置；本實施例的記錄器是半導體固態(tài)存貯器用于采集、存貯降水過程信息，其輸入端與采集器的輸出接口電連接，其輸出端可與外部通信機或移動存貯單元電連接。其性能參數(shù)從中華人民共和國行業(yè)標準《水文數(shù)字固態(tài)存貯器收集系統(tǒng)通用技術條件SL/T149-95》已知；當采集器的中央處理單元內(nèi)的存貯單元(內(nèi)存)容量足夠大時，也可以將降水過程信息存貯在內(nèi)存中，省略記錄器；本實施例安裝了翻斗式感雨器22，感雨器22由翻斗22-1、干簧管22-2、永磁體22-3組成，翻斗22-1通過支承軸22-4水平安裝在集水罐4的兩個直立臂上，集水罐4的出水口22-5正對截流墊19-2，干簧管的電觸點輸出端與采集器20的采樣單元20-2電連接，翻斗的感量小于等于0.1mm降水量，降水時雨水通漏咀3流入翻斗22-1，當降水量達到翻斗感量時翻斗即翻轉(zhuǎn)一次，通過干簧管22-2發(fā)出通、斷電信號，喚醒采集器20瞬間(毫秒級)通電工作。
本發(fā)明實施例的工作過程為未降水時，正常情況下儀器處于休眠狀態(tài)，浮子7正常飄浮于固定的水位高度上、傳感器16處于靜止狀態(tài)、其輸出電信號也不變化，當降雨開始后，承雨口1承接的雨水經(jīng)濾網(wǎng)2、漏咀3、小漏斗4注入感雨器，當降水量達到感雨器感量時，感雨器立即發(fā)出信號喚醒休眠狀態(tài)下的采集器20、傳感器16工作，并即刻采集傳感器16輸出值作為降雨開始的起始值、同時采集對應時刻作為降雨開始時間；降水流入浮子室5后推動浮子上升，浮子7通過耦合裝置17帶動傳感器16同步運動輸出對應電信號，只要降水不停，感雨器就不間斷地工作，每當感雨器動作一次，就自動喚醒采集器20、傳感器16瞬間工作采集對應的傳感器16輸出值Ht(浮子室水柱高)和對應時間值并且與設定的強制虹吸打壓高度值Hq相比較，判斷測量值Ht是否大于等于強制虹吸高度值Hq，直至傳感器輸出值Ht≥Hq，只要傳感器16輸出值Ht未達到強制虹吸點高度Hq就反復執(zhí)行上述步驟，直至傳感器輸出值Ht大于等于Hq時采集器20的中央處理單元立刻采集對應的Ht高度和對應時間，并指令驅(qū)動控制單元驅(qū)動電動截流裝置動作截斷浮子室進水通路，并同時驅(qū)動電動虹吸裝置18的電磁鐵18-1、驅(qū)動桿18-2動作打壓浮子桿8、浮子7驟然下沉，使浮子室5水柱高度驟然上升至最高點Hmax高度(Hmax＞Hz)，隨機產(chǎn)生強制虹吸排水效應，當虹吸排水發(fā)生后，中央處理單元連續(xù)地或每間隔0.5～1秒指令采樣單元采集傳感器輸出值，并將該值與虹吸零點值H0相比較判斷該值是否穩(wěn)定到達最低水位點(即判斷虹吸過程是否結(jié)束)，只要虹吸過程不結(jié)束就重復執(zhí)行上述步驟，直至虹吸過程結(jié)束；當虹吸過程結(jié)束后，采集器20采集并記錄該水位值和對應時刻作為下一時段降水過程測量的起始值；上述過程結(jié)束后采集器20驅(qū)動電動截流裝置19、電動虹吸裝置18復位，使被截流的降水流入浮子室5，這部分降水量作為虹吸過程開始時刻之后的降水量計入到總降水量當中，此后儀器重復循環(huán)以上過程直至降水過程結(jié)束；上述過程中采集器不斷地將采集信息傳送給記錄器21，實現(xiàn)了虹吸雨量計的電子自動測量、記錄。
實施例II如圖10、圖4所示，本發(fā)明所述的電子虹吸雨量計另一種實施例，其傳感器為直線運動形式、電動截流裝置為電動閥門并且無感雨器，實施例II與實施例I的區(qū)別在于實施例II的傳感器是直線運動式位移傳感器16-2，傳感器16-2直立安裝在蓋板6上，連接傳感器16-2和浮子桿8的水位測量機械耦合裝置是浮子桿8的延長桿17-5，延長桿17-5通過鎖緊裝置17-6與直線運動傳感器的垂直滑動桿相連接，當浮子室5的水位升降變化時浮子7帶動浮子桿8和直線機械耦合裝置延長桿17-5和傳感器16-2的直線運動部件同步升降變化，即可輸出與浮子室水位高(降水量)相對應的電信號；本實施例的電動強制虹吸驅(qū)動器是電磁鐵18-1，電磁鐵18-1通過支架18-5安裝在傳感器的上方，并位于延長桿17-5和直線運動傳感器的滑動部分的正上方，電磁鐵18-5與采集器20的驅(qū)動控制單元20-4電連接。如圖7、圖8所示，本實施例的電動截流裝置為獨立的電動閥門19-1，閥門19-1安裝在集水漏斗4與蓋板6之間，閥門19-1的出水口正對浮子室進水口15，閥門19與采集器20的驅(qū)動控制單元20-4電連接，閥門19-1為常開狀態(tài)保持水路暢通，當強制虹吸發(fā)生時，采集器20驅(qū)動閥門19-1關閉，將虹吸排水期間截流的降水截流在集水漏斗4內(nèi)。本實施例II與實施例I的工作流程基本相同，其區(qū)別在于傳感器的運動方式不同、電動截流裝置的形式不同、并且不安裝感雨器。因本實施例不安裝感雨器，應當給儀器長期充電或給儀器頻繁地、不間斷地加電(至少每0.5秒要自動加電1次)，即使在非降水日也要采取這種供電方式，因此所需供電電源的容量較大，才能保證儀器長年正常工作。
綜上所述，本發(fā)明電子虹吸式雨量計的實施例I、實施例II以水位傳感器16、耦合裝置17、電動強制虹吸裝置18、電動截流裝置19、采集器20、固態(tài)記錄器21取代了公知技術的筆檔、記錄筆、記錄紙、自記鐘走紙機構、貯水瓶和雨量杯，實現(xiàn)了降水過程信息的電子自動測量、自動存貯收集，且本發(fā)明電子虹吸式雨量計的虹吸排水發(fā)生過程是強制虹吸排水過程，能有效地克服了“滴流”現(xiàn)象，也不會發(fā)生漏記虹吸期間降水量的問題，同時也克服了公知虹吸雨量計固有的虹吸不可靠、走紙記錄周期短、儀器安裝調(diào)整復雜、需反復調(diào)整虹吸管高度、校正零點和虹吸點、虹吸管需經(jīng)常清洗、維護、降水量測量準確度需人工考證，測站需有人駐守、無電信號輸出、不能自動報信等諸多缺點與不足之處。
權利要求
1.一種電子虹吸式雨量計，包括承雨口(1)、濾網(wǎng)(2)、漏咀(3)、集水漏斗(4)、浮子室(5)、浮子室蓋板(簡稱蓋板)(6)、浮子(7)、浮子桿(8)、虹吸管(9)、支架(10)、水平泡(11)、調(diào)平裝置(12)、殼體(13)、底座(14)，承雨口(1)水平安裝在殼體(13)的頂端；濾網(wǎng)(2)安裝在承雨口(1)的中心；漏咀(3)安裝在承雨口(1)的底部；集水漏斗(4)安裝在漏咀(3)和浮子室(5)的進水口(15)之間，浮子室(5)通過支架(10)安裝在底座(14)上；蓋板(6)水平安裝在浮子室(5)頂部；浮子(7)位于浮子室(5)內(nèi)、浮子桿(8)與浮子(7)相連接；虹吸管(9)安裝在浮子室(5)的側(cè)壁上；水平泡(11)、調(diào)平裝置(12)、殼體(13)安裝在底座(14)上；其特征在于還包括在漏咀(3)、浮子室(5)之間設有用于測量降水量的水位傳感器(以下稱傳感器)(16)、用于連接傳感器(16)和浮子(7)、浮子桿(8)的水位測量機械耦合裝置(以下稱耦合裝置)(17)、用于打壓浮子(7)、浮子桿(8)的電動虹吸裝置(18)、用于截斷水路通道的電動截流裝置(19)；降水過程信息采集控制器(以下稱采集器)(20)、用于記錄降水過程信息的固態(tài)存貯收集單元(以下稱記錄器)(21)，傳感器(16)安裝在蓋板(6)上，并通過耦合裝置(17)與浮子桿(8)、浮子(7)連接；電動虹吸裝置(18)安裝在蓋板(6)上，并且位于浮子(7)、浮子桿(8)的正上方，當浮子(7)、浮子桿(8)位于虹吸點高度時浮子(7)、浮子桿(8)處于電動虹吸裝置(18)有效打壓范圍之內(nèi)；電動截流裝置(19)安裝在漏咀(3)、浮子室進水口(15)之間；采集器(20)安裝在蓋板(6)上，并與傳感器(16)、電動虹吸裝置(18)、電動截流裝置(19)電連接且與供電電源連接；記錄器(21)安裝在蓋板(6)上并與采集器(20)、供電電源電連接。
2.根據(jù)權利要求1的電子虹吸雨量計，其特征在于所述的傳感器(16)的運方式是旋轉(zhuǎn)運動式位移傳感器(16-1)，或是直線運動式位移傳感器(16-2)，傳感器(16)的類型是光電、磁感應、容柵類或電感、磁滯線、電容、電阻類；其輸出信號是數(shù)字全量型、脈沖增量型或電流、電壓型。
3.根據(jù)權利要求1的電子虹吸雨量計，其特征在于所述的耦合裝置(17)是由雙軌道測輪(17-1)、測纜(17-2)、重錘(17-3)、重錘纜(17-4)組成的旋轉(zhuǎn)式水位測量耦合裝置，或是與浮子桿(8)連接的垂直運動式水位測量耦合裝置(17-5、17-6)。
4.根據(jù)權利要求1的電子虹吸雨量計，其特征在于所述的電動虹吸裝置(18)包括電磁鐵(18-1)、驅(qū)動桿(18-2)，支承軸(18-3)、復位彈簧(18-4)、電磁鐵(18-1)通過支架(18-5)安裝在蓋板(6)上并與采集器(20)電連接，驅(qū)動桿(18-2)通過支承軸(18-3)安裝在蓋板(6)上并位于浮子(7)、浮子桿(8)的上方，復位彈簧(18-4)安裝在驅(qū)動桿(18-2)與蓋板(6)之間，當浮子室水位上升至“強制打壓高度范圍”Hq時浮子(7)、浮子桿(8)處于電磁鐵(18-1)、驅(qū)動桿(18-2)打壓范圍之內(nèi)。
5.根據(jù)權利要求1的電子虹吸雨量計，其特征在于所述的電動截流裝置(19)是獨立的電動閥門(19-1)，或是安裝在電動虹吸裝置的驅(qū)動桿(18-2)的一端并正對浮子室進水口(15)的截流軟膠墊(19-2)，當電動截流裝置(19)是獨立的電動閥門(19-1)時，它安裝在漏咀(3)、集水漏斗(4)之間，或者安裝在集水漏斗(4)、浮子室進水口(15)之間。
6.根據(jù)權利要求1的電子虹吸雨量計，其特征在于所述的采集器(20)包括中央處理單元(20-1)、采樣單元(20-2)、時鐘單元(20-3)、驅(qū)動控制單元(20-4)、輔助電路單元(20-5)、輸出接(20-6)；中央處理單元(20-1)內(nèi)部與采樣單元(20-2)、時鐘單元(20-3)、驅(qū)動控制單元(20-4)、輔助電路單元(20-5)、輸出接口(20-6)電連接；采樣單元(20-2)與傳感器(16)電連接；驅(qū)動控制單元(20-4)與電動虹吸裝置(18)、電動截流裝置(19)電連接；輸出接口(20-6)與記錄器(21)電連接。
7.根據(jù)權利要求1的電子虹吸雨量計，其特征在于所述的記錄器(21)是半導體固態(tài)存貯器，其輸入端與采集器的輸出接口(20-6)電連接、輸出端與外部通信機或移動存貯單元電連接，當采集器(20)的中央處理單元(20-1)內(nèi)的存貯單元(內(nèi)存)容量足夠大時，或者將降水過程信息存貯在內(nèi)存中省略記錄器(21)。
8.根據(jù)權利要求1的電子虹吸雨量計，其特征在于在漏咀(3)和浮子室進水口(15)之間安裝用于感測降水有無的感雨器(22)，感雨器(22)的信號輸出端與采集器(20)電連接，其感雨形式是翻斗干簧管式、或電極式或電感、電容式，其感量≤0.1mm降雨量。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種電子虹吸式雨量計，它由承雨口、浮子室、浮子、虹吸管、水位傳感器、電動虹吸裝置、電動截流裝置、采集器、固態(tài)記錄器等組成，它以水位傳感器測量降水量；以采集器采集降水信息、驅(qū)動電動虹吸裝置動作產(chǎn)生強制虹吸效應、控制電動截流裝置在虹吸期內(nèi)切斷浮子室進水通路；以固態(tài)記錄器記錄降水過程，虹吸過程無“滴流”現(xiàn)象、無需人工考證測量誤差，實現(xiàn)了降水過程信息電子自動測量、記錄，使用維護方便。
文檔編號G01W1/14GK101059566SQ200710022618
公開日2007年10月24日 申請日期2007年5月16日 優(yōu)先權日2007年5月16日
發(fā)明者張敏 申請人:張敏