一種實(shí)時(shí)重力式雨水計(jì)量傳感系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種實(shí)時(shí)重力式雨水計(jì)量傳感系統(tǒng)，屬于水利工程和市政工程城市防 澇災(zāi)害的降雨檢測(cè)領(lǐng)域，適用于實(shí)時(shí)記錄降雨數(shù)據(jù)。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著城市化水平的加快，城市不透水地表比例的加大，城市降雨峰值的增大和提 前致使城市內(nèi)澇災(zāi)害問(wèn)題開始突顯與加劇，城市安全問(wèn)題受到前所未有的挑戰(zhàn)，而解決城 市內(nèi)澇災(zāi)害問(wèn)題除了需要優(yōu)化城市排水管網(wǎng)系統(tǒng)，還需要掌握足夠的實(shí)時(shí)降雨資料來(lái)采取 必要的防御措施，如何獲取一定的實(shí)時(shí)降雨數(shù)據(jù)資料也成為當(dāng)前城市內(nèi)澇災(zāi)害預(yù)警領(lǐng)域的 重要研究可以。
[0003] 當(dāng)前市場(chǎng)上存在各式雨水傳感器，既有感應(yīng)式，也有計(jì)量式，其中感應(yīng)式主要是靠 雨水降落在濕度探頭上通過(guò)雨滴大小產(chǎn)生不同的電阻值發(fā)出降雨信號(hào)記錄降雨歷時(shí)，但無(wú) 法記錄降雨總量;計(jì)量式主要以翻斗式雨量計(jì)為主，雨水經(jīng)漏斗口流入翻斗，當(dāng)積水量達(dá)到 一定高度時(shí)，翻斗失去平衡翻倒使開關(guān)接通電路，向記錄器輸送一個(gè)脈沖信號(hào)，記錄器控制 自記筆將雨量記錄下來(lái)，因?yàn)樗锩娼Y(jié)構(gòu)決定了它是靠像天平秤一樣的平衡來(lái)計(jì)量的，所 以當(dāng)下大雨的時(shí)候它就誤差增大了，而且雨越大誤差也越大，遇到暴雨，它的誤差可能高達(dá) 20%、50%，所以對(duì)于有一定精度要求的場(chǎng)合
[0004] 如何掌握準(zhǔn)確的實(shí)時(shí)降雨資料用于城市內(nèi)澇災(zāi)害的預(yù)警，本套設(shè)備基于市場(chǎng)上傳 感器和雨量計(jì)的使用優(yōu)勢(shì)，它既可以精確記錄降雨時(shí)間、降雨總量和降雨強(qiáng)度，也可以作為 雨水收集器，將收集的雨水送進(jìn)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行檢測(cè)，為減少城市內(nèi)澇災(zāi)害具有積極的作用。
[0005] 根據(jù)我國(guó)氣象部門制定的《地面氣象觀測(cè)規(guī)范》，對(duì)于地面氣象觀測(cè)站使用的自動(dòng) 氣象站中雨量計(jì)的基本性能應(yīng)該符合如下要求：
[0006] ?降水強(qiáng)度測(cè)量范圍:0~4mm/min(毫米/分）（允許通過(guò)最大雨強(qiáng)8mm/min)
[0007] ?分辨力:0.1mm
[0008] ?測(cè)量準(zhǔn)確度：（在〇-4mm/min雨強(qiáng)范同）：
[0009] 降水量< 10mm，測(cè)量誤差：±0.4mm;
[0010]降水量>l〇mm，測(cè)量誤差：±(〇.4mm+l%F.S)
[0011] ·自動(dòng)采樣時(shí)間：1次/min
[0012] #環(huán)境溫度：-10〇C ~60〇C
[0013] 魯相對(duì)濕度：〈95% (40°C)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014] 本發(fā)明為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種實(shí)時(shí)重力式雨水計(jì)量傳感系統(tǒng)。
[0015] -種實(shí)時(shí)重力式雨水計(jì)量傳感系統(tǒng)，其特征在于，包括承雨口 1、篩網(wǎng)2、引水漏斗 3、不銹鋼體4、量筒、電子秤6、RS232接口端子7、電源輸入端子8、底座9、RS232接口線10;信 號(hào)控制模塊11、電流輸入導(dǎo)線12和電源插頭13;
[0016] 不銹鋼體4與其連接的承雨口 1、篩網(wǎng)2、引水漏斗3、量筒和電子秤6位于室外，承雨 口 1位于不銹鋼體4的頂端，篩網(wǎng)2位于承雨口 1下方，位于篩網(wǎng)2下方處有一引水漏斗3,當(dāng)雨 水降落在承雨口 1里時(shí)經(jīng)過(guò)篩網(wǎng)2過(guò)濾進(jìn)入到引水漏斗3里，在不銹鋼體4底端的底座9上放 置一臺(tái)電子秤6，電子秤6上邊放置量筒5，量筒5正好位于引水漏斗3的正下方，電子秤6-端 通過(guò)電流輸入導(dǎo)線12與室內(nèi)插座連接，另一端通過(guò)RS232接口線10與信息控制模塊連接11， 信號(hào)控制模塊11再控制信號(hào)顯示屏。
[0017] 應(yīng)用所述系統(tǒng)的方法，其特征在于，當(dāng)雨水降落在承雨口 1上經(jīng)過(guò)篩網(wǎng)2進(jìn)入引水 漏斗，此時(shí)直徑大于篩孔的雜質(zhì)截留在篩網(wǎng)2的表面上，雨水進(jìn)入引水漏斗3流進(jìn)量筒5,量 筒5作用在電子秤6上產(chǎn)生壓力，電子秤6表面采用壓敏電阻組成的壓敏傳感器，產(chǎn)生的壓力 信號(hào)經(jīng)過(guò)電子秤6內(nèi)部的AD轉(zhuǎn)換芯片將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)中，單片機(jī) 對(duì)采集到的壓力數(shù)字信號(hào)進(jìn)行濾波和標(biāo)準(zhǔn)化處理后，計(jì)算出瞬時(shí)雨強(qiáng)，降雨時(shí)間以及累計(jì) 降雨量，將計(jì)算出的數(shù)值通過(guò)232電平轉(zhuǎn)換芯片轉(zhuǎn)換為RS232電平，通過(guò)RS232接口線10傳輸 給信號(hào)控制模塊11中的單片機(jī)，單片機(jī)接收到電子稱傳來(lái)的數(shù)據(jù)，進(jìn)行通訊協(xié)議的解析后 將數(shù)值傳輸?shù)斤@示屏，從而完成一次降雨數(shù)據(jù)的記錄。
[0018] 進(jìn)一步系統(tǒng)配備多種數(shù)據(jù)處理分析功能，同時(shí)系統(tǒng)可安放在任意位置如屋頂、道 路、廣場(chǎng)、陽(yáng)臺(tái)、草坪等地方。
[0019] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)勢(shì)：
[0020] (1)實(shí)現(xiàn)了雨水收集器和傳感器的有機(jī)結(jié)合，既可以作為雨水收集器，也可作為傳 感器記錄降雨數(shù)據(jù)；
[0021] (2)可以隨時(shí)隨地記錄降雨歷時(shí)、降雨總量以及l(fā)min的降雨強(qiáng)度；
[0022] (3)量筒和電子秤雙重記錄降雨量，確保誤差的最小化，提高數(shù)據(jù)的精確度。
【附圖說(shuō)明】
[0023]圖1傳感系統(tǒng)裝置簡(jiǎn)圖；
[0024]圖2室外采樣器結(jié)構(gòu)圖；
[0025]圖3引水漏斗結(jié)構(gòu)圖；
[0026] 圖4信號(hào)控制模塊流程圖。
[0027] 承雨口 1、篩網(wǎng)2、引水漏斗3;不銹鋼體4;量筒5;電子秤6、RS232接口端子7、電源輸 入端子8、底座9、RS232接口線10;信號(hào)控制模塊11、電流輸入導(dǎo)線12;電源插頭13
【具體實(shí)施方式】
[0028] 下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明，但本發(fā)明并不限于以下實(shí)施例。
[0029] 實(shí)施例1
[0030] 傳感器的裝置簡(jiǎn)圖見圖1，重力式雨水計(jì)量傳感器由承雨口、篩網(wǎng)、引水漏斗、不銹 鋼體、量筒(500ml)、電子秤、RS232接口端子、電源輸入端子、底座、RS232接口線、信號(hào)控制 模塊、電流輸入導(dǎo)線、電源插頭等幾部分組成。其傳感器裝置簡(jiǎn)圖、室外采樣器結(jié)構(gòu)圖、濾網(wǎng) 漏斗結(jié)構(gòu)圖、引水漏斗結(jié)構(gòu)圖、信號(hào)控制模塊流程圖。
[0031] 承雨口
[0032] 承雨口采用不銹鋼皮整體沖拉而成，光潔度高，滯水產(chǎn)生的誤差小。其口徑：0201 高度為150mm，刃口銳角:40°~45° .
[0033] 篩網(wǎng)
[0034] 篩網(wǎng)是承接過(guò)濾作用，篩網(wǎng)為圓形直徑為0200mm,為不銹鋼材質(zhì)，其距承雨口 100mm，距離引水漏斗50mm，可隨時(shí)取下與安裝，篩網(wǎng)的孔徑為4mm將空氣中大顆粒雜質(zhì)截 下，保證雨水正常流進(jìn)引水漏斗。
[0035]引水漏斗
[0036]漏斗外形為漏斗狀，用不銹鋼皮制成，其頂部為圓形直徑200mm，高度為150mm，其 中引水漏管直徑為l〇mm。
[0037] 量筒（500ML)
[0038] 量筒(500ml)為市場(chǎng)上所購(gòu)的玻璃材質(zhì)，為豎長(zhǎng)的圓筒形，上沿一側(cè)有嘴，便于傾 倒。下部有寬腳以保持穩(wěn)定。圓筒壁上刻有容積量程，供使用者讀取體積。筒壁自下而上印 有刻度。觀察讀數(shù)時(shí)，實(shí)驗(yàn)人員要注意視線需要與液體的凹液面的最低處相平。
[0039] 電子秤
[0040] 電子秤由調(diào)零電阻、壓敏傳感器、電壓比較器、AD轉(zhuǎn)換芯片、單片機(jī)、電平轉(zhuǎn)換芯片 和RS232接口等組成，其精度可達(dá)O.lg，其原理：電子秤表面采用壓敏電阻組成的壓敏傳感 器，產(chǎn)生的壓力信號(hào)經(jīng)過(guò)電子秤內(nèi)部的AD(模數(shù)轉(zhuǎn)換)芯片將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，傳 輸?shù)絾纹瑱C(jī)中，單片機(jī)對(duì)采集到的壓力數(shù)字信號(hào)進(jìn)行濾波和標(biāo)準(zhǔn)化處理后，將計(jì)算出的數(shù) 值通過(guò)TTL/232電平轉(zhuǎn)換芯片轉(zhuǎn)換為RS232電平。
[0041 ] 不銹鋼體
[0042] 不銹鋼體和承雨口都采用不銹鋼材質(zhì)，并且兩者之間是一整體無(wú)縫連接，不銹鋼 體其上口圓之間為0200 rM,下口圓之間06〇〇畫 :，在整個(gè)裝置中起保護(hù)鋼體內(nèi)電子秤和量筒 的作用。
[0043] 信號(hào)控制模塊
[0044]信號(hào)控制模塊包括電平轉(zhuǎn)換芯片、變壓器、穩(wěn)壓器、單片機(jī)和DGUS顯示屏。其原理： 通過(guò)232串口線傳輸給信號(hào)控制模塊中的單片機(jī)，單片機(jī)接收到電子稱傳來(lái)的數(shù)據(jù)，進(jìn)行通 訊協(xié)議的解析后得到相應(yīng)的數(shù)據(jù)，然后將數(shù)值傳輸?shù)斤@示屏(其中對(duì)迪文顯示屏進(jìn)行二次 開發(fā)一一導(dǎo)入界面圖片，通過(guò)定制的組態(tài)開發(fā)軟件進(jìn)行變量地址的分配)上進(jìn)行顯示(控制 電路板的單片機(jī)輸出為TTL電平，經(jīng)過(guò)TTL/232電平轉(zhuǎn)換芯片轉(zhuǎn)換為232電平，顯示屏為232 接口）。
[0045]重力式雨水計(jì)量傳感器的操作步驟
[0046] (1)首先將采樣裝置圖2放置在采樣點(diǎn)并加以固定；
[0047] (2)其次檢查電子秤電流輸入導(dǎo)線是否有破損，如果有破損要及時(shí)更換，在穿過(guò)機(jī) 動(dòng)車道、非機(jī)動(dòng)車道和人行道等位置是穿過(guò)空心鋼管加以保護(hù)；
[0048] (3)接著調(diào)整電子秤的四腳螺母，調(diào)整其處于平穩(wěn)狀態(tài)，并放置在底座上（不銹鋼 體內(nèi)部），電子秤上面放置500ml量筒，使量筒口正對(duì)引水漏斗的引水管，以保證雨水流出后 不會(huì)偏移。
[0049] (4)最后將不銹鋼體安裝在底座上，此時(shí)電子秤和量筒已放置在不銹鋼體內(nèi)，開啟 室內(nèi)的電源插座、信號(hào)控制模塊及顯示屏，在室內(nèi)讀取顯示屏上記錄降雨時(shí)間、降雨總量和 瞬時(shí)降雨量即可。同時(shí)可計(jì)算量筒里面收集的雨水總量即為降雨總量和雨水水質(zhì)情況。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種實(shí)時(shí)重力式雨水計(jì)量傳感系統(tǒng)，其特征在于，包括承雨口（1)、篩網(wǎng)（2)、引水漏 斗（3)、不銹鋼體(4)、量筒、電子秤(6)、RS232接口端子(7)、電源輸入端子(8)、底座（9)、 RS232接口線（10);信號(hào)控制模塊(11)、電流輸入導(dǎo)線（12)和電源插頭(13); 不銹鋼體(4)與其連接的承雨口（1)、篩網(wǎng)（2)、引水漏斗（3)、量筒和電子秤(6)位于室 外，承雨口（1)位于不銹鋼體(4)的頂端，篩網(wǎng)（2)位于承雨口（1)下方，位于篩網(wǎng)（2)下方處 有一引水漏斗（3)，當(dāng)雨水降落在承雨口（1)里時(shí)經(jīng)過(guò)篩網(wǎng)（2)過(guò)濾進(jìn)入到引水漏斗（3)里， 在不銹鋼體(4)底端的底座(9)上放置一臺(tái)電子秤(6)，電子秤(6)上邊放置量筒(5)，量筒 (5)正好位于引水漏斗（3)的正下方，電子秤(6) -端通過(guò)電流輸入導(dǎo)線（12)與室內(nèi)插座連 接，另一端通過(guò)RS232接口線（10)與信息控制模塊連接(11)，信號(hào)控制模塊（11)再控制信號(hào) 顯示屏。2. 應(yīng)用如權(quán)利要求1所述的一種實(shí)時(shí)重力式雨水計(jì)量傳感系統(tǒng)的方法，其特征在于，當(dāng) 雨水降落在承雨口（1)上經(jīng)過(guò)篩網(wǎng)（2)進(jìn)入引水漏斗，此時(shí)直徑大于篩孔的雜質(zhì)截留在篩網(wǎng) (2)的表面上，雨水進(jìn)入引水漏斗（3)流進(jìn)量筒(5)，量筒（5)作用在電子秤(6)上產(chǎn)生壓力， 電子秤(6)表面采用壓敏電阻組成的壓敏傳感器，產(chǎn)生的壓力信號(hào)經(jīng)過(guò)電子秤(6)內(nèi)部的AD 轉(zhuǎn)換芯片將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)中，單片機(jī)對(duì)采集到的壓力數(shù)字信號(hào) 進(jìn)行濾波和標(biāo)準(zhǔn)化處理后，計(jì)算出瞬時(shí)雨強(qiáng)，降雨時(shí)間以及累計(jì)降雨量，將計(jì)算出的數(shù)值通 過(guò)232電平轉(zhuǎn)換芯片轉(zhuǎn)換為RS232電平，通過(guò)RS232接口線（10)傳輸給信號(hào)控制模塊（11)中 的單片機(jī)，單片機(jī)接收到電子稱傳來(lái)的數(shù)據(jù)，進(jìn)行通訊協(xié)議的解析后將數(shù)值傳輸?shù)斤@示屏， 從而完成一次降雨數(shù)據(jù)的記錄。
【專利摘要】一種實(shí)時(shí)重力式雨水計(jì)量傳感系統(tǒng)，屬于水利工程和市政工程城市防澇災(zāi)害的降雨檢測(cè)領(lǐng)域，適用于實(shí)時(shí)記錄降雨數(shù)據(jù)。其特征在于，包括承雨口(1)、篩網(wǎng)(2)、引水漏斗(3)、不銹鋼體(4)、量筒、電子秤(6)、RS232接口端子(7)、電源輸入端子(8)、底座(9)、RS232接口線(10)；信號(hào)控制模塊(11)、電流輸入導(dǎo)線(12)和電源插頭(13)。此套設(shè)計(jì)可適應(yīng)中遠(yuǎn)距離的數(shù)據(jù)記錄和降雨檢測(cè)，在室內(nèi)隨時(shí)隨地檢測(cè)到某一時(shí)刻的累計(jì)降雨量和降雨時(shí)間以及此時(shí)的降雨量，同時(shí)降雨量可以在量筒和電子秤雙測(cè)量下進(jìn)行準(zhǔn)確地記錄，保證誤差達(dá)到最小化，提高數(shù)據(jù)檢測(cè)的精度。
【IPC分類】G01W1/14
【公開號(hào)】CN105549122
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510885996
【發(fā)明人】趙樹旗, 盧興超, 周玉文, 王中正, 高琳, 楊偉明, 劉原, 吳獻(xiàn)平, 婁富豪
【申請(qǐng)人】北京工業(yè)大學(xué)
【公開日】2016年5月4日
【申請(qǐng)日】2015年12月6日