一種可區(qū)分固態(tài)和液態(tài)降水的雨量計(jì)及其檢測方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種可檢測固態(tài)和液態(tài)降水的雨量計(jì)，包括外筒（1）、儲水筒（3）、承水器（7）、稱重臺（4）、用于檢測降水量及溫度的檢測部件（5），儲水筒中設(shè)置一漏斗（8），將儲水筒分割為上下兩層，所述承水器（7）內(nèi)置一環(huán)形容器，所述環(huán)形容器中儲有防凍液，其出液口對準(zhǔn)漏斗（8），儲水筒（3）的底部、漏斗底端、環(huán)形容器的出液口均設(shè)有電磁閥，控制防凍液及雨水的流通。本發(fā)明還公開了一種可區(qū)分固態(tài)和液態(tài)降水的雨量計(jì)的檢測方法，通過檢測排放后的剩余水量來判別固態(tài)降水，結(jié)合檢測電路判別是否釋放用于融化固態(tài)降水的防凍液。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是可自動判斷降水類型并根據(jù)需求來釋放防凍液，具有耗能低，精度高的特點(diǎn)。
【專利說明】—種可區(qū)分固態(tài)和液態(tài)降水的雨量計(jì)及其檢測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種檢測固態(tài)和液態(tài)降水的稱重式雨量計(jì)及其自動識別及檢測降水的方法，屬于氣象檢測【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]降水是氣象觀測的關(guān)鍵要素之一。降水的監(jiān)測、預(yù)測、分布對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有重要意義，特別對防汛抗旱有指導(dǎo)性作用。人們的日常生活，交通出行也都與降水密切相關(guān)。降水檢測通常有雨量器、翻斗式雨量計(jì)、虹吸式雨量計(jì)、稱重式雨量計(jì)、雙浮筒雨雪量計(jì)等。
[0003]雨量器，通過雨量筒承水并通過量杯來讀出雨量值。由于其需要依靠人工定時觀測，無法滿足自動化的要求。傳統(tǒng)的虹吸式雨量計(jì)測量精度較低，而翻斗式雨量計(jì)在強(qiáng)降水時精度較差，這些雨量計(jì)由于其結(jié)構(gòu)限制，一般無法檢測固態(tài)降水。
[0004]稱重式雨量計(jì)可以同時測量固態(tài)降水和液態(tài)降水，精度較高，但無法區(qū)分固態(tài)與液態(tài)降水，野外低溫環(huán)境下無法提供能量融雪而無法自動排水。有些雨量計(jì)也放置了防凍液，但長期置于雨量筒中而產(chǎn)生蒸發(fā)等誤差。
[0005]上述雨量計(jì)，其缺點(diǎn)還在于無法檢測降水狀態(tài)，因而目前仍是根據(jù)人工觀測來判斷，沒有定量檢測。自動氣象站采用人工觀測降水狀態(tài)受觀測時間以及地域影響，有較大局限性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明針對現(xiàn)有雨量計(jì)無法檢測降水狀態(tài)的問題，提出一種檢測固態(tài)和液態(tài)降水的稱重式雨量計(jì)及其自動識別和檢測降水的方法。該雨量計(jì)綜合了稱重式雨量計(jì)測量精度高的優(yōu)點(diǎn)，解決現(xiàn)有雨雪量計(jì)無法識別降水形態(tài)，自動化程度低的問題。
[0007]本發(fā)明解決其技術(shù)問題而采用的技術(shù)方案是:
一種可區(qū)分固態(tài)和液態(tài)降水的雨量計(jì)，包括外筒，設(shè)置于外筒內(nèi)部的儲水筒、稱重臺、檢測部件，在外筒的上方設(shè)置有收集雨雪的承水器，其中，儲水筒固定于稱重臺和檢測部件的上方，儲水筒的底部具有用于排放液態(tài)水的第一電磁閥，所述第一電磁閥與設(shè)置在外筒底部的排水口相連；所述儲水筒中設(shè)置一漏斗，將儲水筒分割為上下兩層，所述漏斗底端安裝有用于排放液態(tài)水的第二電磁閥。
[0008]進(jìn)一步的，本發(fā)明的一種可區(qū)分固態(tài)和液態(tài)降水的雨量計(jì)，所述承水器內(nèi)置一環(huán)形容器，所述環(huán)形容器中儲有防凍液，其出液口對準(zhǔn)漏斗，并且在防凍液的出液口處設(shè)置有第三電子閥。
[0009]進(jìn)一步的，本發(fā)明的一種可區(qū)分固態(tài)和液態(tài)降水的雨量計(jì)，所述漏斗上方具有過濾固態(tài)降水的網(wǎng)狀篩子。
[0010]進(jìn)一步的，本發(fā)明的一種可區(qū)分固態(tài)和液態(tài)降水的雨量計(jì)，所述檢測部件包括稱重檢測電路、溫度檢測電路、微處理器、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路以及用于供電的電源，其中稱重檢測電路與稱重臺相連，溫度檢測電路用于檢測降水溫度，稱重檢測電路、溫度檢測電路分別通過模數(shù)轉(zhuǎn)換電路與微處理器連接，所述微處理器分別連接第一至第三電磁閥，用于控制第一至第三電磁閥的開啟和關(guān)閉。
[0011]進(jìn)一步的，本發(fā)明的一種可區(qū)分固態(tài)和液態(tài)降水的雨量計(jì)，所述檢測部件還包括一個與微處理器連接的無線通信模塊，在所述外筒的側(cè)壁上設(shè)置有天線，微處理器將檢測結(jié)果通過無線通信模塊以及天線發(fā)送到外部無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。
[0012]進(jìn)一步的，本發(fā)明的一種可區(qū)分固態(tài)和液態(tài)降水的雨量計(jì)，所述檢測部件還包括一個與微處理器連接的報警單元。
[0013]一種可區(qū)分固態(tài)和液態(tài)降水的雨量計(jì)的檢測方法，包括如下步驟:
步驟A:設(shè)置排水閾值Dth、固態(tài)降水閾值Sth、和溫度閾值Tth ;采用檢測部件及稱重臺測量儲水筒的初始重量；
步驟B:實(shí)際檢測時，開啟第二電磁閥，利用檢測部件及稱重臺采集儲水筒總重量W和溫度T ;如重量W和初始重量相比有明顯增大，則表示有降水，并記錄重量增加部分作為降水量，進(jìn)入步驟C ;如重量W和初始重量相比無明顯變化，則繼續(xù)監(jiān)測；
步驟C，每隔一段時間進(jìn)入步驟D進(jìn)行一次排水以監(jiān)測固態(tài)降水；如W>Dth，則立即進(jìn)入步驟D以排放降水，否則重新執(zhí)行步驟B繼續(xù)采集儲水筒重量及溫度；
步驟D:關(guān)閉第二電磁閥，打開第一電磁閥排水一段時間直至重量沒有明顯降低時再關(guān)閉；檢測儲水筒總重量W，并與固態(tài)降水閾值Sth相比較，如W>STH，且再次打開第二電磁閥后，重量仍未減小，則表示有固態(tài)降水，并進(jìn)入下一步驟；否則返回步驟B繼續(xù)執(zhí)行操作；步驟E:檢測當(dāng)前溫度T并與溫度閾值Tth比較，若溫度Τ>ΤΤΗ，則不進(jìn)行融雪處理，返回步驟B繼續(xù)執(zhí)行操作；若溫度Τ〈ΤΤΗ，則關(guān)閉第二電磁閥，控制承水器上第一電磁閥排放防凍液融化固態(tài)降水，融化一定時間后，微控制器控制第二電磁閥排水以分離液態(tài)水后關(guān)閉，同時控制第三電磁閥排盡液態(tài)水；
步驟F，檢測儲水筒重量W，并再次與固態(tài)降水閾值Sth相比較，如W>STH時，則重復(fù)步驟E，否則返回步驟B。
[0014]進(jìn)一步的，一種可區(qū)分固態(tài)和液態(tài)降水的雨量計(jì)的檢測方法，排水閾值Dth、固態(tài)降水閾值Sth和溫度閾值Tth的設(shè)定原則如下:
排水閾值Dth指儲水筒的總重量超過該值時,應(yīng)及時釋放液態(tài)水以防止溢出；
固態(tài)降水閾值Wth指液態(tài)水排盡后，超出無降水時儲水筒初始重量的一個閾值；
溫度閾值Tth指允許釋放防凍液來輔助融化固態(tài)降水的溫度上限值，大于該溫度時依靠環(huán)境溫度來融化固態(tài)降水。
[0015]進(jìn)一步的，一種可區(qū)分固態(tài)和液態(tài)降水的雨量計(jì)的檢測方法，步驟E中所述防凍液根據(jù)固態(tài)降水量來排放，其重量不計(jì)入降水量的重量變化之內(nèi)。
[0016]本發(fā)明采用上述技術(shù)方案，與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)是:
由于目前仍是根據(jù)人工觀測來判斷降水狀態(tài)，本發(fā)明可以增加雨量計(jì)判斷降水狀態(tài)的功能，根據(jù)需求融雪，所需能耗較低，且在排水期間仍可以保證降水收集的準(zhǔn)確性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1是本發(fā)明的雨量計(jì)的示意圖。
[0018]圖中標(biāo)號:1_由雨量計(jì)外筒,2，6，9-電磁閥，3-儲水筒，4-稱重臺，5-檢測部件，7-承水器，8-漏斗，10-排水口，11-天線。
[0019]具體實(shí)施方案:
下面結(jié)合附圖對技術(shù)方案的實(shí)施例作進(jìn)一步說明。
[0020]本雨量計(jì)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示，包括外筒1，設(shè)置于外筒I內(nèi)部的儲水筒3、稱重臺4、檢測部件5、承水器7，漏斗8，以及三個電磁閥2，6，9。
[0021]其中，儲水筒3是一雙層結(jié)構(gòu)，上層用于存儲固態(tài)降水，下層用于存儲液態(tài)水，中間通過一帶有電磁閥6的低坡度漏斗8分開，漏斗上方具有過濾固態(tài)降水的網(wǎng)狀篩子，電磁閥6用于液態(tài)水的排放。儲水筒3固定于稱重臺4上方，儲水筒3、漏斗8和電磁閥6構(gòu)成
一整體。
[0022]電磁閥9安裝于儲水筒3底部的排水口 10上，排水口略微傾斜，由其排放儲水筒3中的降水。檢測部件5測出的重量為稱重臺4、儲水筒3、電磁閥9和降水的總重量。外筒I上方設(shè)計(jì)有環(huán)形承水器7，并由電磁閥2控制防凍液的排放。
[0023]承水器7設(shè)置于外筒I的上方，在收集雨雪的同時，所述承水器7內(nèi)置環(huán)形容器中儲有防凍液，其出液口對準(zhǔn)漏斗8，可根據(jù)需要通過電磁閥2來釋放防凍液以融化固態(tài)降水。
[0024]檢測部件5包括稱重檢測電路、溫度檢測電路、微處理器、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路以及用于供電的電源，其中稱重檢測電路與稱重臺相連，溫度檢測電路用于檢測降水溫度，稱重檢測電路、溫度檢測電路分別通過模數(shù)轉(zhuǎn)換電路與微處理器連接，所述微處理器分別連接上述三個電磁閥。本實(shí)施例中,稱重檢測電路主要由量程為5Kg的電阻應(yīng)變式稱重傳感器構(gòu)成，模數(shù)轉(zhuǎn)換電路為24位模數(shù)轉(zhuǎn)換器，溫度檢測電路由高精度溫度傳感器構(gòu)成。稱重傳感器的模擬量通過放大后進(jìn)入模數(shù)轉(zhuǎn)換器，經(jīng)轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量送入微控制器。
[0025]本實(shí)施例微處理器采用STM32L151RBT6。檢測部件5還包括一個與微處理器連接的無線通信模塊，在所述外筒I的外壁上設(shè)置有天線11，微處理器將檢測結(jié)果通過無線通信模塊以及天線11發(fā)送到外部無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，無線通信模塊的芯片采用的是CC2530。輔助檢測電路溫度傳感元件PT100鉬電阻。微處理器通過串口將數(shù)據(jù)送給CC2530進(jìn)行無線傳輸，并控制上述三個電磁閥。
[0026]本實(shí)施例設(shè)置電磁閥排水閾值Dth為4.5kg、固態(tài)降水閾值Sth為lg、和溫度閾值Tth 為 5。。。
[0027]當(dāng)降水發(fā)生時，降水通過承水口 7進(jìn)入漏斗8，電磁閥6處于常開狀態(tài)。若為液態(tài)降水，雨水經(jīng)過漏斗8進(jìn)入儲水筒3內(nèi)，由稱重檢測電路稱出實(shí)時降水量。如檢測到降水，則定時進(jìn)行稱重，并關(guān)閉電磁閥6，開啟電磁閥9排水，開啟時間設(shè)置為2Min。如稱重檢測部件判斷降水量達(dá)到排水閾值4.5kg時，隨時進(jìn)行排水。待排放時間結(jié)束后，關(guān)閉電磁閥9，稱重剩余水量。如剩余降水量小于lg。再次開啟電磁閥6，如此循環(huán)，直到降水過程結(jié)束。
[0028]剩余降水量大于lg，則結(jié)合以前數(shù)據(jù)，可判別為具有固態(tài)降水，固態(tài)降水積覆在漏斗上方。此時，若氣溫高于5°C,則依靠環(huán)境溫度融化。若低于5°C,則關(guān)閉電磁閥6和電磁閥9，開啟電磁閥2，根據(jù)剩余的固態(tài)降水量倒入防凍液融化漏斗中的固態(tài)降水。等待20分鐘后，開啟電磁閥6,融化儲水筒3內(nèi)的固態(tài)降水，最后混合溶液由電磁閥9排出。排放完后再次判斷剩余降水是否小于lg，小于則說明固態(tài)降水融化成功，繼續(xù)進(jìn)行循環(huán)等待狀態(tài)。如若仍大于lg，則和前一次未倒入防凍液時相比較，若重量沒有減少，則由微處理器控制報警模塊發(fā)出報警，進(jìn)入異常狀態(tài)。若重量減少，則判斷融雪不充分，再次倒入防凍液融雪。最后把檢測的重量換算成承水器口徑對應(yīng)的毫米降水量。
[0029]上述實(shí)施例表明，本發(fā)明一種區(qū)分固態(tài)和液態(tài)降水的檢測方法能夠有效判斷降水狀態(tài)?；谠摲椒ǖ挠炅坑?jì)具有稱重式雨量計(jì)測量精度高的優(yōu)點(diǎn)，同時解決了現(xiàn)有雨雪量計(jì)無法識別降水，自動化程度差的問題。
[0030]除上述實(shí)施例外，本發(fā)明還可以有其他實(shí)施方式。凡本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明原理的前提下，通過改進(jìn)和潤飾所形成的等同替換或等效變換，均在本發(fā)明要求的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種可區(qū)分固態(tài)和液態(tài)降水的雨量計(jì)，包括外筒(1)，設(shè)置于外筒(I)內(nèi)部的儲水筒(3)、稱重臺(4)、檢測部件(5)，在外筒(I)的上方設(shè)置有收集雨雪的承水器(7)，其中，儲水筒(3)固定于稱重臺(4)和檢測部件的上方，儲水筒(3)的底部具有用于排放液態(tài)水的第一電磁閥(9)，所述第一電磁閥(9)與設(shè)置在外筒底部的排水口(10)相連；其特征在于:所述儲水筒中設(shè)置一漏斗(8)，將儲水筒分割為上下兩層，所述漏斗底端安裝有用于排放液態(tài)水的第二電磁閥(6)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可區(qū)分固態(tài)和液態(tài)降水的雨量計(jì)，其特征在于:所述承水器(7)內(nèi)置一環(huán)形容器，所述環(huán)形容器中儲有防凍液，其出液口對準(zhǔn)漏斗(8)，并且在防凍液的出液口處設(shè)置有第三電子閥(2 )。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可區(qū)分固態(tài)和液態(tài)降水的雨量計(jì)，其特征在于:所述漏斗(8)上方具有過濾固態(tài)降水的網(wǎng)狀篩子。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種可區(qū)分固態(tài)和液態(tài)降水的雨量計(jì)，其特征在于:所述檢測部件(5)包括稱重檢測電路、溫度檢測電路、微處理器、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路以及用于供電的電源，其中稱重檢測電路與稱重臺相連，溫度檢測電路用于檢測降水溫度，稱重檢測電路、溫度檢測電路分別通過模數(shù)轉(zhuǎn)換電路與微處理器連接；所述微處理器分別連接第一至第三電磁閥，用于控制第一至第 三電磁閥的開啟和關(guān)閉。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種可區(qū)分固態(tài)和液態(tài)降水的雨量計(jì)，其特征在于:所述檢測部件(5)還包括一個與微處理器連接的無線通信模塊，在所述外筒(I)的側(cè)壁上設(shè)置有天線(11 )，微處理器將檢測結(jié)果通過無線通信模塊以及天線(11)發(fā)送到外部無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種可區(qū)分固態(tài)和液態(tài)降水的雨量計(jì)，其特征在于:所述檢測部件(5)還包括一個與微處理器連接的報警單元。
7.一種基于權(quán)利要求1至6任一所述的可區(qū)分固態(tài)和液態(tài)降水的雨量計(jì)的檢測方法，其特征在于，包括如下步驟: 步驟A:設(shè)置排水閾值Dth、固態(tài)降水閾值Sth、和溫度閾值Tth ;采用檢測部件及稱重臺測量儲水筒的初始重量； 步驟B:實(shí)際檢測時，開啟第二電磁閥(6)，利用檢測部件及稱重臺采集儲水筒總重量W和溫度T ;如重量W和初始重量相比有明顯增大，則表示有降水，并記錄重量增加部分作為降水量，進(jìn)入步驟C ;如重量W和初始重量相比無明顯變化，則繼續(xù)監(jiān)測； 步驟C，每隔一段時間進(jìn)入步驟D進(jìn)行一次排水以監(jiān)測固態(tài)降水；如W>Dth，則立即進(jìn)入步驟D以排放降水，否則重新執(zhí)行步驟B繼續(xù)采集儲水筒重量及溫度； 步驟D:關(guān)閉第二電磁閥(6)，打開第一電磁閥(9)排水一段時間直至重量沒有明顯降低時再關(guān)閉；檢測儲水筒總重量W，并與固態(tài)降水閾值Sth相比較，如W>STH，且再次打開第二電磁閥(6)后，重量仍未減小，則表示有固態(tài)降水，并進(jìn)入下一步驟；否則返回步驟B繼續(xù)執(zhí)行操作； 步驟E:檢測當(dāng)前溫度T并與溫度閾值Tth比較，若溫度Τ>ΤΤΗ，則不進(jìn)行融雪處理，返回步驟B繼續(xù)執(zhí)行操作；若溫度Τ〈ΤΤΗ，則關(guān)閉第二電磁閥(6)，控制承水器上第一電磁閥(2)排放防凍液融化固態(tài)降水，融化一定時間后，微控制器控制第二電磁閥(6 )排水以分離液態(tài)水后關(guān)閉，同時控制第三電磁閥(9)排盡液態(tài)水；步驟F，檢測儲水筒重量W，并再次與固態(tài)降水閾值Sth相比較，如W>STH時，則重復(fù)步驟E，否則返回步驟B。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種可區(qū)分固態(tài)和液態(tài)降水的雨量計(jì)的檢測方法，其特征在于，排水閾值Dth、固態(tài)降水閾值Sth和溫度閾值Tth的設(shè)定原則如下: 排水閾值Dth指儲水筒的總重量超過該值時,應(yīng)及時釋放液態(tài)水以防止溢出； 固態(tài)降水閾值Wth指液態(tài)水排盡后，超出無降水時儲水筒初始重量的一個閾值； 溫度閾值Tth指允許釋放防凍液來輔助融化固態(tài)降水的溫度上限值，大于該溫度時依靠環(huán)境溫度來融化固態(tài)降水。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種可區(qū)分固態(tài)和液態(tài)降水的雨量計(jì)的檢測方法，其特征在于，步驟E中所述防凍液 根據(jù)固態(tài)降水量來排放，其重量不計(jì)入降水量的重量變化之內(nèi)。
【文檔編號】G01W1/14GK103472505SQ201310379806
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年8月28日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月28日
【發(fā)明者】唐慧強(qiáng), 匡亮, 唐琦, 劉鉦江, 李全月 申請人:南京信息工程大學(xué)