本發(fā)明屬于氣象監(jiān)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于應(yīng)力-應(yīng)變-電信號(hào)關(guān)系的水面蒸發(fā)量測(cè)量方法，該方法適用于農(nóng)業(yè)、林業(yè)、氣象、科研等有關(guān)部門(mén)。

背景技術(shù)：

水面蒸發(fā)量是大多氣象站監(jiān)測(cè)的主要?dú)庀髤?shù)之一，指在一定時(shí)段內(nèi)水分經(jīng)蒸發(fā)而散布到空氣中的量，它表征了陸面水分蒸發(fā)的特性，是水循環(huán)的重要組成。近年來(lái)，隨著溫室效應(yīng)等全球性氣候惡化現(xiàn)象的加劇，引起了人們的普遍關(guān)注，特別是對(duì)影響氣候狀況重要因素之一的蒸發(fā)量的研究也變得越來(lái)越重要，而準(zhǔn)確測(cè)量蒸發(fā)量是開(kāi)展蒸發(fā)量研究的前提基礎(chǔ)。目前針對(duì)水面蒸發(fā)量的測(cè)量裝置主要有小型蒸發(fā)器、大型蒸發(fā)桶和蒸發(fā)皿等幾種。其中，小型蒸發(fā)器以其簡(jiǎn)單廉價(jià)、操作簡(jiǎn)便、模擬蒸發(fā)情況接近實(shí)際以及測(cè)量精度滿(mǎn)足大多數(shù)工況需求的優(yōu)點(diǎn)而備受關(guān)注。而目前主流的小型蒸發(fā)器裝置的測(cè)量原理主要有稱(chēng)重原理和超聲波原理，它們均存在一定的局限性。其中，超聲波原理主要存在以下局限性：(1)人為操作引起的誤差大，且測(cè)量精度低；(2)在零下溫度環(huán)境下測(cè)量不準(zhǔn)確；(3)裝置內(nèi)空載時(shí)(沒(méi)有水)，容易損壞傳感器。而稱(chēng)重原理盡管克服了超聲波原理的局限，但仍存在測(cè)量原理上的局限性，即大多防禽罩(如器口上部套一個(gè)向外張成喇叭狀的金屬絲網(wǎng)圈)不能完全避免飛禽等對(duì)稱(chēng)重傳感器的觸碰而引起測(cè)量的不準(zhǔn)確。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，提供一種基于應(yīng)力-應(yīng)變-電信號(hào)關(guān)系的水面蒸發(fā)量測(cè)量方法。

具體步驟為：

(1)設(shè)置一種水面蒸發(fā)量的測(cè)量裝置，由蒸發(fā)皿、電阻應(yīng)變片和信號(hào)采集系統(tǒng)組成；蒸發(fā)皿采用不銹鋼材料加工制成，內(nèi)徑為20.0mm，高度為10.0mm，壁厚2.6mm；電阻應(yīng)變片設(shè)置在蒸發(fā)皿的中心位置，其阻值為350Ω，結(jié)構(gòu)形式采用單軸應(yīng)變片，應(yīng)變片絲柵長(zhǎng)為1.0mm；信號(hào)采集系統(tǒng)由通訊連接線(xiàn)和電腦末端組成。

(2)對(duì)步驟(1)設(shè)置的測(cè)量裝置進(jìn)行標(biāo)定校正，具體步驟為：每天晚上8點(diǎn)用雨量桶量取20mm的水倒入蒸發(fā)皿中，然后套上防禽罩，同時(shí)對(duì)信號(hào)采集系統(tǒng)進(jìn)行歸零，第二天晚上8點(diǎn)用雨量桶測(cè)量一下蒸發(fā)皿內(nèi)剩余的水位高度，同時(shí)對(duì)信號(hào)采集系統(tǒng)再次歸零，同樣方法連續(xù)實(shí)施一星期，一星期后用人工測(cè)量的結(jié)果對(duì)信號(hào)采集系統(tǒng)監(jiān)測(cè)出的數(shù)據(jù)進(jìn)行校正。

(3)將步驟(2)校正后的測(cè)量裝置投入使用，在第一天晚上8點(diǎn)用雨量桶量取20.0mm的水倒入蒸發(fā)皿中，然后套上防禽罩，此時(shí)整個(gè)裝置便對(duì)水面蒸發(fā)量進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)并將蒸發(fā)引起蒸發(fā)皿內(nèi)水位變化的量轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，最后返回電信號(hào)到電腦末端，即實(shí)現(xiàn)基于應(yīng)力-應(yīng)變-電信號(hào)關(guān)系的水面蒸發(fā)量測(cè)量。

所述將蒸發(fā)引起蒸發(fā)皿內(nèi)水位變化的量轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的實(shí)現(xiàn)原理為：基于電阻應(yīng)變片的原理，即應(yīng)力-應(yīng)變-電信號(hào)關(guān)系，將蒸發(fā)引起蒸發(fā)皿內(nèi)水位變化的量轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，該基于應(yīng)力-應(yīng)變-電信號(hào)關(guān)系的測(cè)量方法的驗(yàn)證演算過(guò)程如下：

電阻應(yīng)變片工作原理：即將應(yīng)變轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。

式中，R為電阻值，能夠測(cè)得，K_S為材料的靈敏系數(shù)，為已知，ε為測(cè)點(diǎn)處的應(yīng)變。

材料的胡克定律：σ＝E·ε

式中，σ為材料所受應(yīng)力，E為材料的彈性模量。

蒸發(fā)量＝蒸發(fā)皿中水面高度差值Δh(mm)＝測(cè)試值-初始值＝ho-h1。

測(cè)試值:經(jīng)一定時(shí)間蒸發(fā)后，蒸發(fā)皿中剩余水位高度。

初始值:初始時(shí)刻蒸發(fā)皿中水位高度。

前后兩次水面高度值之差即為這一時(shí)間段的蒸發(fā)量。

則，

本發(fā)明方法的優(yōu)點(diǎn)：

(1)有效解決了飛禽等對(duì)測(cè)量傳感器的干擾，測(cè)量結(jié)果更為準(zhǔn)確。

(2)該方法基于應(yīng)變片的原理，測(cè)量的性能穩(wěn)定、可靠。

(3)適應(yīng)性強(qiáng)，可在高溫、高壓、水下以及強(qiáng)磁場(chǎng)等惡劣環(huán)境下使用，同時(shí)通過(guò)信號(hào)采集系統(tǒng)的集成能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)、連續(xù)的自動(dòng)測(cè)量，能夠有效提高工作效率。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明所使用裝置的主視圖。

圖2是本發(fā)明所使用裝置的俯視圖。

圖中標(biāo)記：1-蒸發(fā)皿；2-溢流孔；3-電阻應(yīng)變片；4-信號(hào)采集系統(tǒng)。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例：

(1)設(shè)置一種水面蒸發(fā)量的測(cè)量裝置，由蒸發(fā)皿、電阻應(yīng)變片和信號(hào)采集系統(tǒng)組成；蒸發(fā)皿采用不銹鋼材料加工制成，內(nèi)徑為20.0mm，高度為10.0mm，壁厚2.6mm；電阻應(yīng)變片設(shè)置在蒸發(fā)皿的中心位置，其阻值為350Ω，結(jié)構(gòu)形式采用單軸應(yīng)變片，應(yīng)變片絲柵長(zhǎng)為1.0mm；信號(hào)采集系統(tǒng)由通訊連接線(xiàn)和電腦末端組成。

(2)使用上述裝置時(shí)，先應(yīng)對(duì)整個(gè)裝置進(jìn)行標(biāo)定校正，具體步驟為：每天晚上8點(diǎn)用雨量桶量取20mm的水倒入蒸發(fā)皿中，然后套上防禽罩，同時(shí)對(duì)信號(hào)采集系統(tǒng)進(jìn)行歸零，第二天晚上8點(diǎn)用雨量桶測(cè)量一下蒸發(fā)皿內(nèi)剩余的水位高度，同時(shí)對(duì)信號(hào)采集系統(tǒng)再次歸零。同樣方法連續(xù)實(shí)施一星期，一星期后用人工測(cè)量的結(jié)果對(duì)信號(hào)采集系統(tǒng)監(jiān)測(cè)出的數(shù)據(jù)進(jìn)行校正。

(3)校正后的信號(hào)采集系統(tǒng)便可投入使用，測(cè)量一定時(shí)間段內(nèi)的蒸發(fā)量，只需在第一天晚上8點(diǎn)將20mm的水倒入蒸發(fā)皿即可，此時(shí)整個(gè)裝置便對(duì)水面蒸發(fā)量進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)并返回電信號(hào)到電腦末端，該裝置系統(tǒng)便可長(zhǎng)時(shí)間自動(dòng)采集并存檔，即實(shí)現(xiàn)基于應(yīng)力-應(yīng)變-電信號(hào)關(guān)系的水面蒸發(fā)量測(cè)量。倘若測(cè)量區(qū)間內(nèi)出現(xiàn)下雨天，相應(yīng)的蒸發(fā)量扣除降雨量即可。