一种超声波式自校准高精度雨量计制造技术

一种超声波式自校准高精度雨量计，包括雨量桶、超声波换能器、校正量具、排 水系统和控制器，校正量具设于雨量桶内，换能器置于雨量桶内的底部，校正量具的 下方，排水系统包含排水阀门，设于雨量桶的底部。控制器包含CPU，CPU经发射输 出电路激励换能器发射超声波，超声波垂直传播至校正量具表面反射并被换能器接 收，经接收输入电路输入CPU进行数据处理，超声波垂直传播至雨量桶聚集的雨水表 面反射并被换能器接收，经接收输入电路输入CPU进行数据处理。通过分别检测超声 波至校正量具的发射接受时间，超声波至雨量桶内聚集雨水表面的发射接受时间，本 发明专利技术能精确测量雨量桶内雨水表面的高度，从而能精确测量降雨量。本发明专利技术还提供了 雨量测量方法。

【技术实现步骤摘要】

-本专利技术涉及一种用于小雨、中雨、大雨、暴雨降雨量测量的超声波式自校准高精度雨量计及其测量方法。
技术介绍
-现有技术中，雨量测量主要有翻斗式与虹吸式。翻斗式结构简单，但精度受雨强大小影响较大，大雨或暴雨时，误差较大；且其机械传动结构影响其寿命，需要定期维护。虹吸式有一定精度，但主要应用于现场读数，不利于数据远程传输；结构过于复杂不利于安装、维护；无损失降雨观测量程小。同时，雨量测量主要有以下两大特点 精度要求高。按国家降雨量规范要求，雨量测量应每分钟上报一次，即雨强每分钟的降雨量。精度不高，会造成年、月、日累计雨量相当大的误差。误差太大，将失去雨量测量的意义。 工作环境恶劣山区、库区等重要地区主要为野外环境。因此对于雨量测量设备有以下需求 精度高 安装方便，用户便于使用 人工干预少，数据能远程传输，自动化程序高 抗干扰能力强，适应野外工作环境 性能稳定，无故障不间断工作时间长，维护少 无损失降雨观测量程大。根据雨量测量的实际情况，当前主要的两种雨量测量方式均不能满足雨量测量的要求。
技术实现思路
本专利技术的目的就是克服现有技术的不足，提供一种精度高、性能稳定、抗干扰能力强、结构简单、安装方便、低功耗的超声波式自校准高精度雨量计及其测量方法。为实现上述目的，本专利技术的一个方案是提供一种超声波式自校准高精度雨量计，包括雨量桶，关键是还包括超声波换能器、校正量具、排水系统和控制器，校正量具设于雨量桶内，换能器置于雨量桶内的底部，校正量具的下方，排水系统包含控制排水的阔门，设于雨量桶的底部。上述控制器包含微处理器CPU、发射输出电路、接收输入电路、数据存储电路、阀门驱动电路和电源电路，微处理器CPU经阀门驱动电路驱动阀门工作，微处理器CPU通过发射输出电路激励换能器发射超声波，超声波垂直传播至校正量具表面反射并被换能器接收转化成电信号，再经接收输入电路输入微处理器CPU进行数据处理，超声波垂直传播至雨量桶聚集的雨水表面反射并被换能器接收转化成电信号，再经接收输入电路输入微处理器CPU进行数据处理，微处理器CPU经数据存储电路存储数据，电源电路向各部分电路提供所需的电源。在一种实施方式中，上述超声波换能器设有二个， 一个为校正用换能器，置于校正量具的正下方，校正换能器发射超声波至校正量具表面，并接收反射回来的超声波，另一个为测量用换能器，和校正换能器发射频率相同，处于同一水平面，偏离校正量具，测量换能器发射超声波至雨量桶聚集的雨水表面，并接收反射回来的超声波。所述校正量具可以为完全反射校正换能器发射超声波的宽不锈钢板。在另一种实施方式中，上述超声波换能器设有一个，该换能器发射的超声波，一部分至校正量具表面反射，并被换能器接收，另一部分穿过校正量具，至雨量桶聚集的雨水表面反射，并被换能器接收。所述校正量具可以为部分反射换能器发射超声波的窄不锈钢板。作为本专利技术的改进，还包括清洗系统，清洗系统包含正对换能器的喷嘴和抽水至喷嘴的水泵，控制器还包含水泵驱动电路，微处理器CPU经水泵驱动电路驱动水泵工作。以便定时自动清洗超声波换能器表面的淤积物，并在排水时一并将淤积物排出雨量桶。 ■通过微处理器CPU软件设计，可实现智能排水，当检测雨量桶内水位达到设定水位后，在检测到没有降雨时，自动开动清洗系统同时开启阀门，将经过清洗的雨量桶内雨水及时排出桶外，便于下一次降雨检测。还可以包括检测雨量桶内雨水温度的雨水温度传感器，设于雨量桶内的底部，控制器还包含雨水温度检测电路，微处理器CPU通过雨水温度检测电路读取雨水温度传感器的数值。还可以包括检测实时降雨雨温的降雨温度传感器，设于雨量桶的外部，控制器还包含降雨温度检测电路，微处理器CPU通过降雨温度检测电路读取降雨温度传感器的数值。设计专门检测雨量桶内雨水温度的雨水温度传感器和专门检测实时降雨雨温的降雨温度传感器，便于收集更多的降雨观测资料，便于信息融合。上述控制器还包含通讯接口，微处理器CPU通过通讯接口和外部设备通信，比如和上位机通信，实现数据远程传输。可见，本专利技术控制器起到协调、管理整个工作过程的作用。其微处理器CPU可实现超声波发射、接收、数据处理、数据存储、雨量测量、自动清洗、自动排水、通讯等的智能控制。本专利技术的另一方案是提供一种超声波式自校准高精度雨量测量方法，它包含下列歩骤 '确定超声波换能器发射超声波，到从校正量具返回，所经历的时间tl;和所述换能器同一水平面、具有同一发射功率的同一或另一换能器发射超声波，到从雨量桶聚集的雨水表面返回，所经历的时间t2;再按照公式 ，H二^h 其中h为换能器表面到校正量具的垂直距离，。获取当前换能器表面到雨量桶聚集雨水表面的垂直距离H;然后比较当前换能器表面到雨量桶聚集雨水表面的垂直距离H和上一次换能器表面到雨量桶聚集雨水表面的垂直距离Hl，若当前垂直距离H大于上一次垂直距离Hl，则按公式D=H-Hl 求出降雨量D;若当前垂直距离H不大于上一次垂直距离Hl，则降雨量D二0。本专利技术的超声波换能器用于产生与接收超声波信号，通过分别检测超声波至校正量具的发射一接受时间tl，超声波至雨量桶内聚集雨水表面的发射一接受时间t2，若校正量具的高度为h厘米，则雨水表面到底部的高度为H二hXt2/tl。可见，因校正量具的高度h固定不变，故雨量桶内雨水表面的高度仅与两个检测时间的精度有关，与其他温度、介质粘度、比重、气压等因素无关。6由于本专利技术能精确测量雨量桶内雨水表面的高度，从而能精确测量降雨量。附图说明图l(a)为本专利技术实施例一的结构示意图l(b)为本专利技术实施例二的结构示意图2(a)为本专利技术实施例一的控制器电路原理框图图2(b)为本专利技术实施例二的控制器电路原理框图3为本专利技术实施例的电源电路原理图4为本专利技术实施例的数据存储电路原理图5为本专利技术实施例的通讯接口电路原理图6为本专利技术实施例的高压电路原理图7为本专利技术实施例的发射电路原理图8为本专利技术实施例的接收放大电路原理图9为本专利技术实施例的电压比较电路原理图IO为本专利技术实施例的光电耦合电路原理图11为本专利技术实施例的水泵驱动电路原理图12为本专利技术实施例的阀门驱动电路原理图13为本专利技术实施例的温度检测电路原理图14为本专利技术实施例的主程序流程图15为本专利技术实施例的雨量测量子程序流程图16为本专利技术实施例的水泵清洗子程序程序流程图17为本专利技术实施例的阀门排水子程序流程具体实施例方式以下结合附图详细描述本专利技术的实施例。实施例一如图l(a)所示，本专利技术实施例一，包括集雨器l、雨量桶2、校正用超声波换能器3、测量用超声波换能器4、校正量具5、控制器6、雨水温度传感器7、降雨温度传感器8、排水系统和清洗系统。校正量具5设于雨量桶2内，校正换能器3和测量换能器4发射频率相同，均置于雨量桶2内的底部，处于同一水平面，校正换能器3置于校正量具5的正下方，测量换能器4偏离校正量具5。校正量具5为完全反射校正换能器3发射超声波的宽不锈钢板，取宽25mm，长90mnu厚1.5mm。雨水温度传感器7设于雨量 桶2内的底部，用于检测雨量桶2内的雨水温度，降雨温度传感器8设于雨量桶2的外部， 用于检测实时降雨雨温。排水系统包含控制排水的阀门9，设于雨量桶2的底部，清洗 系统包含正对校正换能器3、测量换能器4的喷嘴10和抽水至喷嘴的水泵1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超声波式自校准高精度雨量计，包括雨量桶（２），其特征在于：还包括超声波换能器、校正量具（５）、排水系统和控制器（６），校正量具（５）设于雨量桶（２）内，换能器置于雨量桶（２）内的底部，校正量具（５）的下方，排水系统包含控制排水的阀门（９），设于雨量桶（２）的底部；　所述控制器（６）包含微处理器ＣＰＵ、发射输出电路、接收输入电路、数据存储电路、阀门驱动电路和电源电路，微处理器ＣＰＵ经阀门驱动电路驱动阀门（９）工作，微处理器ＣＰＵ通过发射输出电路激励换能器发射超声波，超声波垂直传播至校正量具（５）表面反射并被换能器接收转化成电信号，再经接收输入电路输入微处理器ＣＰＵ进行数据处理，超声波垂直传播至雨量桶（２）聚集的雨水表面反射并被换能器接收转化成电信号，再经接收输入电路输入微处理器ＣＰＵ进行数据处理，微处理器ＣＰＵ经数据存储电路存储数据，电源电路向各部分电路提供所需的电源。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：郑贵林，
申请(专利权)人：郑贵林，
类型：发明
国别省市：81