專利名稱：雨量計(jì)自動(dòng)校驗(yàn)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種雨量校驗(yàn)裝置，尤其是一種能夠通過軟件設(shè)置各種雨量的便 攜式自動(dòng)雨量計(jì)校驗(yàn)裝置，能夠?qū)τ炅坑?jì)的精度給以檢定。
背景技術(shù)：
雨量計(jì)是氣象、水文、農(nóng)業(yè)等部門觀測(cè)降水量的重要儀器。新生產(chǎn)的雨量計(jì)需要進(jìn) 行檢定或校驗(yàn)，使用中的雨量計(jì)也需要經(jīng)常進(jìn)行檢定，以便對(duì)其精度和可靠性給出評(píng)估和 校正。目前有關(guān)雨量計(jì)校驗(yàn)或檢定方面的產(chǎn)品或?qū)＠欢?，已有的一些主要是利用?biāo)準(zhǔn)容 器進(jìn)行校驗(yàn)，或者應(yīng)用精度較高的翻斗式雨量計(jì)進(jìn)行校驗(yàn)，也有用手工方法通過量杯進(jìn)行 校驗(yàn)。標(biāo)準(zhǔn)容器法校驗(yàn)通常由若干容積不同的標(biāo)準(zhǔn)容器構(gòu)成，體積較大，適應(yīng)于固定在室內(nèi) 使用，利用翻斗式雨量計(jì)對(duì)其它雨量計(jì)進(jìn)行校驗(yàn)，其檢測(cè)精度受自身精度的影響，這些都是 通過手工調(diào)節(jié)出水孔大小來模擬雨量大小，實(shí)現(xiàn)對(duì)雨量計(jì)的校驗(yàn)，由于水壓的存在，無法保 證水流的均勻性，手工校驗(yàn)受個(gè)體經(jīng)驗(yàn)影響，不方便，精度難以保證。由于雨量計(jì)的校驗(yàn)需 要檢驗(yàn)不同雨量下雨量計(jì)的測(cè)量精度，因此需要控制不同的流量來模擬實(shí)際的降雨，均勻 的流量可以更準(zhǔn)確地對(duì)雨量計(jì)進(jìn)行校驗(yàn)。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型專利針對(duì)目前現(xiàn)有的技術(shù)狀況，提供一種可設(shè)置和自動(dòng)調(diào)節(jié)流速、流 量、用于現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)的便攜式雨量計(jì)校驗(yàn)裝置。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案如下一種雨量計(jì)自動(dòng)校驗(yàn)裝置，其特征是它包括總儲(chǔ)水室、計(jì)量?jī)?chǔ)水室、電磁閥、超聲 波液位測(cè)量單元、閥門、步進(jìn)電機(jī)、控制電路，其中總儲(chǔ)水室與計(jì)量?jī)?chǔ)水室之間通過帶有電 磁閥的管道相連，計(jì)量?jī)?chǔ)水室通過所述閥門與排水管道和外界相通，該閥門還與步進(jìn)電機(jī) 相連，超聲波液位測(cè)量單元包括安裝在計(jì)量?jī)?chǔ)水室底部的收發(fā)兩用換能器及發(fā)射和接收電 路，所述控制電路包括電源、微處理器及附屬電路、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路和電磁閥控制電路， 所述步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路和電磁閥控制電路分別連接微處理器的控制端。溫度傳感器用于對(duì) 超聲波的聲速進(jìn)行修正。超聲波液位測(cè)量單元包括安裝在計(jì)量?jī)?chǔ)水室底部的收發(fā)兩用換能器、發(fā)射電路、 接收電路和高電壓發(fā)生電路。步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)受微處理器控制，微處理器的兩個(gè)I/O接口，控制步進(jìn)電機(jī)控制 器，實(shí)現(xiàn)對(duì)步進(jìn)電機(jī)的控制，兩個(gè)I/O接口其中一個(gè)控制方向，另一個(gè)控制轉(zhuǎn)動(dòng)步數(shù)，每個(gè) 脈沖轉(zhuǎn)動(dòng)一步。電磁閥控制總儲(chǔ)水室中的水進(jìn)入計(jì)量?jī)?chǔ)水室，是一種常閉的電磁閥，電壓為 DC12V，電磁閥驅(qū)動(dòng)電路的輸入端受微處理器的一個(gè)I/O接口控制，當(dāng)為高電平時(shí)打開電磁閥。超聲波的發(fā)射受微處理器的I/O接口控制，當(dāng)為高電平脈沖時(shí)，發(fā)射一個(gè)很窄的超聲波脈沖，當(dāng)遇到介面反射后，經(jīng)放大、整流后，B的電平發(fā)生變化，輸入到微處理器的I/ 0接口，通過微處理器中的定時(shí)器計(jì)算出時(shí)間。超聲波的發(fā)射需要一個(gè)較高的電壓，在一百 伏左右，視測(cè)量距離不同會(huì)有變化，圖7給出了高電壓的發(fā)生電路。 光電定位器包括安裝在步進(jìn)電機(jī)軸上的一個(gè)同心圓盤及其測(cè)量電路，測(cè)量電路包 括紅外發(fā)射與接收電路，發(fā)射電路的輸入端受微處理器的I/O接口控制，當(dāng)為高電平時(shí)，發(fā) 射紅外光，當(dāng)定位孔處于發(fā)射管和接收管之間時(shí)，接收電路的輸出端C變?yōu)楦唠娖?，定位?的位置對(duì)應(yīng)了開度可控閥門的關(guān)閉狀態(tài)。 開度可控閥門通過一個(gè)步進(jìn)電機(jī)控制，可調(diào)節(jié)水的流量，超聲波液位測(cè)量單元，可 以測(cè)量液位的高度，通過控制電路和步進(jìn)電機(jī)控制水的流速和流量，流速和流量可以通過 控制電路及相關(guān)軟件進(jìn)行設(shè)定。電源部分包括市電的整流、濾波、穩(wěn)壓電路，可包含有可充電電池，以方便現(xiàn)場(chǎng)校 驗(yàn)使用，控制電路含有與通用雨量計(jì)的輸出接口電路。水通常儲(chǔ)存在總儲(chǔ)水室內(nèi)，需要時(shí)打開電磁閥注入計(jì)量?jī)?chǔ)水室。本實(shí)用新型相比現(xiàn)有技術(shù)具有如下優(yōu)點(diǎn)1、可以通過軟件設(shè)置，模擬實(shí)際降水，實(shí)現(xiàn)對(duì)雨量計(jì)的自動(dòng)校驗(yàn)，避免了人工手動(dòng) 操作帶來的不確定因素。2、通過反饋的方式控制水的流量，可以保持水流量的均勻。3、體積小，操作方便，可以用可充電電池供電，便于現(xiàn)場(chǎng)對(duì)雨量計(jì)進(jìn)行較驗(yàn)。

圖1為系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖。圖2為測(cè)量控制電路原理圖。圖3為定位圓盤。圖4為紅外發(fā)射/接收位置圖。圖5為超聲波發(fā)射電路圖。圖6為超聲波接收電路。圖7為高壓發(fā)生器。圖8為紅外發(fā)射與接收電路。圖9為電磁閥驅(qū)動(dòng)電路。圖10為雨量校驗(yàn)的程序流程框圖。其中1.總儲(chǔ)水室，2.管道，3.電磁閥，4計(jì)量?jī)?chǔ)水室，5開度可控閥門，6.排水口， 7.超聲波換能器，8.步進(jìn)電機(jī)，9.定位圓盤，10光電定位器，11排氣孔，12.注水及排氣孔， 13.定位孔，14.紅外發(fā)射管，15.紅外接收管，16轉(zhuǎn)軸。圖5中禮、R2根據(jù)測(cè)量距離的不同變化，大小在幾十Ω至1ΚΩ之間。C1根據(jù)發(fā) 射脈沖的長(zhǎng)短變化，約為幾十nF。圖6中(2、(3、(；均為1^量級(jí)，(5在幾百個(gè)“？左右。R3= 10KQ，R4、R5、R7、R8 的
值需要根據(jù)測(cè)量范圍和信號(hào)的大小調(diào)整，改變放大倍數(shù)。圖7中C8為高壓電容，其值較大時(shí)，濾波效果較好。
具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型新型作進(jìn)一步的描述如圖1所示，本實(shí)用新型中總儲(chǔ)水室1用于儲(chǔ)存校驗(yàn)用水，其容積可以在2500ml 左右，或更大一些，能滿足最大雨量時(shí)的校驗(yàn)要求?？們?chǔ)水室1通過管道2和電磁閥3與計(jì) 量?jī)?chǔ)水室4相連，計(jì)量?jī)?chǔ)水室4容積在1000ml左右，直徑應(yīng)適當(dāng)，以便于超聲波測(cè)量，這里 直徑取10cm，高度取20cm左右。通過電磁閥3將總儲(chǔ)水室1中的水放入計(jì)量?jī)?chǔ)水室4，控 制水到一定高度。用于測(cè)量液位高度的超聲波液位測(cè)量單元7位于計(jì)量?jī)?chǔ)水室4的底部，收發(fā)兩用， 其頻率在2-lOMHz范圍內(nèi)，頻率低，精度會(huì)降低些，頻率高可以有更高的精度，但需要稍大 的發(fā)射功率。本實(shí)用新型的微處理器為ARM，這里采用飛利浦公司的LPC2214微處理器，其 定時(shí)器計(jì)時(shí)頻率可以達(dá)到50MHz以上。超聲波液位測(cè)量單元7通過測(cè)量其往返時(shí)間差來 實(shí)現(xiàn)，距離s = ct/2，其中c為超聲波在水中的速度，t為時(shí)差。測(cè)量的時(shí)間分辨率可達(dá)到 0. 02微秒，距離分辨率達(dá)0. 005mm，超聲波的速度隨溫度變化稍有變化，其表達(dá)式約為c = 1492. 2+4.6T-0.055T2，T為溫度(°C )。為了提高測(cè)量精度，需要測(cè)量溫度，通過溫度對(duì)超聲 波的速度加以修正。所用溫度傳感器為數(shù)字傳感器LM92，溫度誤差小于1°C，該溫度傳感器 為I2C接口，使用方便，也可以用精度更高的溫度傳感器。圖5和圖6中給出了超聲波液位測(cè)量單元的發(fā)射和接收電路。圖5中的M0S管 IRF730通過脈沖控制導(dǎo)通與截止，從而激勵(lì)超聲波發(fā)生器產(chǎn)生超聲波脈沖。超聲波發(fā)射與 接收采用單探頭，因此圖5和圖6中的A點(diǎn)相連。圖5中的與圖6中的A均與微處理器 的I/O引腳相連。圖7給出了高壓發(fā)生電路。由于超聲波發(fā)射需要較高電壓，圖7是通過控制M0S 管的導(dǎo)通與截止將直流變?yōu)榻涣骱笸ㄟ^1 10的變壓器將12V的直流變?yōu)?00V左右的直 流電壓。圖7中的T2與微處理器的I/O引腳相連。微處理器控制步進(jìn)電機(jī)8旋轉(zhuǎn)，從而控制開度可控閥門5的開度，步進(jìn)電機(jī)8的軸 上固定一定位圓盤9或桿，通過光電定位器10反射或透射確定閥門的起始位置，這一位置 通常指向關(guān)閉狀態(tài)。步進(jìn)電機(jī)8控制閥門的開合程度，從而控制流速的大小，流速通過超聲 波液位測(cè)量來實(shí)現(xiàn)。根據(jù)設(shè)定的雨量大小，經(jīng)過換算和實(shí)驗(yàn)確定閥門的開合度，開合時(shí)間根 據(jù)設(shè)定的要求確定。步進(jìn)電機(jī)8可以利用帶有細(xì)分的控制器，能夠達(dá)到很高的分辨率。圖 8中的T3與微處理器的I/O引腳相連。定位圓盤有兩種結(jié)構(gòu)，一種是透射式，一種是反射式，圖3給出了透射式的結(jié)構(gòu) 圖。圓盤上有一小孔(縫)即定位孔13，光電定位器10的紅外發(fā)射管14和紅外接收管15 分別位于定位孔13的兩側(cè)，只有當(dāng)孔旋轉(zhuǎn)到發(fā)射接收管所在的位置時(shí)，接收管才能收到發(fā) 射管發(fā)出的光。圖9為電磁閥控制電路，微控制器的I/O引腳控制T4，從而控制電磁的開與合。電源部分為整個(gè)系統(tǒng)提供電能，通常可以采用將市電進(jìn)行降壓整流濾波的形式， 為了方便可以帶有可充電池。鍵盤和顯示部分，可以包含復(fù)位，雨量大小設(shè)定、總雨量設(shè)定，以及儀器自檢等。本實(shí)用新型的使用過程如下校驗(yàn)時(shí)，將本實(shí)用新型的裝置置于待校驗(yàn)雨量計(jì)的盛水口上方，總儲(chǔ)水室1中加入適量的水，設(shè)定好雨量大小和總的雨量。系統(tǒng)讀取設(shè)定的雨量大小和總雨量，換算為單位 時(shí)間內(nèi)液面下降速度和總放水時(shí)間，并計(jì)算出步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的步數(shù)，啟動(dòng)超聲波換能器7， 發(fā)出超聲波脈沖，測(cè)量當(dāng)前液位高度，并根據(jù)當(dāng)前溫度進(jìn)行修正，判斷計(jì)量?jī)?chǔ)水室中的水量 多少，若水量較少，打開電磁閥3將總儲(chǔ)水室1中的水放入計(jì)量?jī)?chǔ)水室4，通過測(cè)量和計(jì)算， 當(dāng)水量達(dá)到一定高度時(shí)停止放水?？刂撇竭M(jìn)電機(jī)8轉(zhuǎn)動(dòng)，打開開度可控閥門5，控制轉(zhuǎn)動(dòng)已 計(jì)算出的步數(shù)。測(cè)量液面高度，根據(jù)液面下降速度和設(shè)定的雨量，調(diào)整開度可控閥門5開 度，使雨量更準(zhǔn)確，判斷是否已到總雨量，若是控制步進(jìn)電機(jī)8轉(zhuǎn)動(dòng)，關(guān)閉閥門，否則繼續(xù)放 水并測(cè)量液面高度，至到達(dá)到設(shè)定的雨量。對(duì)比雨量計(jì)讀數(shù)是否符合規(guī)定的精度要求。
權(quán)利要求一種雨量計(jì)自動(dòng)校驗(yàn)裝置，其特征是它包括總儲(chǔ)水室、計(jì)量?jī)?chǔ)水室、電磁閥、超聲波液位測(cè)量單元、閥門、步進(jìn)電機(jī)、控制電路，其中總儲(chǔ)水室與計(jì)量?jī)?chǔ)水室之間通過帶有電磁閥的管道相連，計(jì)量?jī)?chǔ)水室通過所述閥門與排水管道和外界相通，該閥門還與步進(jìn)電機(jī)相連，超聲波液位測(cè)量單元包括安裝在計(jì)量?jī)?chǔ)水室底部的收發(fā)兩用換能器及發(fā)射和接收電路，所述控制電路包括電源、微處理器及附屬電路、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路和電磁閥控制電路，所述步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路和電磁閥控制電路分別連接微處理器的控制端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雨量計(jì)自動(dòng)校驗(yàn)裝置，其特征是該裝置還設(shè)有溫度傳感器， 該溫度傳感器與微處理器相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雨量計(jì)自動(dòng)校驗(yàn)裝置，其特征是該裝置還設(shè)有光電定位器， 它包括安裝在步進(jìn)電機(jī)軸上的一個(gè)同心圓盤及其測(cè)量電路，該圓盤上設(shè)有定位孔，光電定 位器的紅外發(fā)射管和紅外接收管分別位于同心圓盤兩側(cè)相對(duì)位置，光電定位器的信號(hào)輸出 端與微處理器的輸入端相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雨量計(jì)自動(dòng)校驗(yàn)裝置，其特征是該裝置還包括液晶屏和按 鍵，它們分別與微處理器的輸入和輸出電路相連。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雨量計(jì)自動(dòng)校驗(yàn)裝置，其特征是所述控制電路還設(shè)有與通 用雨量計(jì)的輸出接口電路。
專利摘要本實(shí)用新型雨量計(jì)自動(dòng)校驗(yàn)裝置，它包括總儲(chǔ)水室、計(jì)量?jī)?chǔ)水室、電磁閥、超聲波液位測(cè)量單元、閥門、步進(jìn)電機(jī)、控制電路，其中總儲(chǔ)水室與計(jì)量?jī)?chǔ)水室之間通過帶有電磁閥的管道相連，計(jì)量?jī)?chǔ)水室通過所述閥門與排水管道和外界相通，該閥門還與步進(jìn)電機(jī)相連，超聲波液位測(cè)量單元包括安裝在計(jì)量?jī)?chǔ)水室底部的收發(fā)兩用換能器及發(fā)射和接收電路，所述控制電路包括電源、微處理器及附屬電路、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路和電磁閥控制電路，所述步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路和電磁閥控制電路分別連接微處理器的控制端。該裝置可設(shè)置和自動(dòng)調(diào)節(jié)流速、流量，是一種可用于現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)使用的便攜式雨量計(jì)校驗(yàn)裝置。
文檔編號(hào)G01W1/14GK201628777SQ20102012183
公開日2010年11月10日 申請(qǐng)日期2010年3月3日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月3日
發(fā)明者張自嘉, 歸金娟, 徐向明, 葛志鑫, 陳嘯曉 申請(qǐng)人:南京信息工程大學(xué)