本發(fā)明涉及泥石流雨量檢測設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，具體是涉及一種便攜式高精度自動雨量監(jiān)測設(shè)備的精度檢測裝置。

背景技術(shù)：

隨著人類社會經(jīng)濟的高速發(fā)展，人類活動的規(guī)模和強度逐漸增加，導(dǎo)致人類與自然之間的矛盾愈演愈烈，地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生頻率顯著增加。頻發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害給人類的生產(chǎn)生活和財產(chǎn)安全帶來了巨大威脅和損失，而降雨又是重大地質(zhì)自然災(zāi)害的最主要誘因之一。因此，準(zhǔn)確計量危險地區(qū)的降雨速度以及降雨量成為了判斷和預(yù)報相應(yīng)區(qū)域是否有發(fā)生洪澇、滑坡、泥石流等自然災(zāi)害的重要數(shù)據(jù)依據(jù)。同時，降水量是形成洪澇災(zāi)害的重要因素。準(zhǔn)確地監(jiān)測降水量，并開展預(yù)測預(yù)報工作，是預(yù)防洪澇災(zāi)害的重要非工程性措施之一。氣象臺(站)對降水的觀測經(jīng)歷了人工測量到虹吸式雨量傳感器測量直到現(xiàn)在使用翻斗式雨量傳感器和稱重式雨量傳感器來探測降水量，數(shù)次的儀器變革更新實現(xiàn)了降水量觀測的連續(xù)化和精準(zhǔn)度，還減輕了臺站人員的工作量。自動雨量站是用于測量并記錄各種雨量信息的綜合觀測儀器。具有抗干擾能力強，全戶外設(shè)計，測量精度高，存儲容量大，方便組網(wǎng)，全自動無人值守，運行穩(wěn)定等特點。目前，生產(chǎn)雨量計的廠家眾多，自動雨量站只有在出廠時進行精度及準(zhǔn)確度的檢查，但在運輸、安裝、調(diào)試及運行過程中均存在不同程度的“損傷”，自動雨量站的遙測設(shè)備系無人看管，缺乏維護與清理，集雨口若被泥漿、樹葉等雜物覆蓋堵塞，會造成雨水淤積，導(dǎo)致降水不能實時滴入漏斗，從量上和時間上對降雨的記錄及信息傳輸造成較大影響；淤積的雨水會緩慢下滲滴入漏斗，使得遙測降雨歷時被強行拉長，降雨量也發(fā)生變化，且雨量站又必須長時間的在戶外惡劣的環(huán)境中連續(xù)工作，所以定期檢測雨量計的準(zhǔn)確性就變的尤為重要了，然而目前國內(nèi)外還沒有這方面的相關(guān)研究及產(chǎn)品。

sl21-2006《降雨量觀測規(guī)范》中要求雨量計的測量準(zhǔn)確度用計算誤差來表示，其計算式如為：e＝[(pi-ps)/ps]*100％，e為計算誤差(％)，其中pi為雨量計記錄降雨量(mm)；ps一起排出水量(mm)。當(dāng)降雨強度在0.01mm/min～4.00mm/min范圍內(nèi)變化時，采用人工注水滴定檢測的計量誤差應(yīng)在±4％之間。

自動雨量站在安裝、調(diào)試、運行過程中均會不同程度的造成較大誤差，但雨量值卻是目前國內(nèi)外突發(fā)地質(zhì)災(zāi)害及山洪災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警至關(guān)重要的指標(biāo)參數(shù)，尤其是針對泥石流災(zāi)害，同時，自動雨量站也是目前北京地區(qū)突發(fā)地質(zhì)災(zāi)害及山洪災(zāi)害監(jiān)測系統(tǒng)中安裝數(shù)量最多的監(jiān)測設(shè)備類型。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對自動雨量站在使用過程中存在無法檢測、粗暴檢測或簡易檢測等問題，提供一種便攜式高精度自動雨量監(jiān)測設(shè)備的精度檢測裝置，以確保泥石流雨量監(jiān)測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，提升泥石流監(jiān)測預(yù)警技術(shù)水平。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：

一種便攜式高精度自動雨量監(jiān)測設(shè)備的精度檢測裝置，主要包括儲水系統(tǒng)、泵水系統(tǒng)、流量檢測單元、控制及顯示系統(tǒng)、降雨裝置；

所述儲水系統(tǒng)儲備一定量的清水，并將水輸送到所述泵水系統(tǒng)；

所述泵水系統(tǒng)是由定量水泵和上水單元組成，所述定量水泵實時按照所述控制及顯示系統(tǒng)的指令以一定速度將水注入到所述流量檢測單元里；所述上水單元將從流量檢測單元輸出的水全部均勻持續(xù)的傳送到待檢測雨量計里；

所述流量檢測單元按照控制及顯示系統(tǒng)指令將液體介質(zhì)從定量水泵持續(xù)轉(zhuǎn)移至上水單元，并實時將流量數(shù)據(jù)發(fā)送給控制及顯示系統(tǒng)；

所述控制及顯示系統(tǒng)包括供電模塊、主控制模塊和人機界面hmi；所述供電模塊負責(zé)給整個系統(tǒng)提供穩(wěn)定的電力支持，所述主控制模塊接受人機界面hmi上的設(shè)定指令，將流量和控制的相關(guān)結(jié)果輸出給人機界面hmi，根據(jù)指令輸出控制信號給定量水泵，使定量水泵按照人工設(shè)定工作，接收流量檢測單元的輸入信號，并將其計算轉(zhuǎn)換為控制及顯示系統(tǒng)所需的數(shù)據(jù)并輸出；所述人機界面hmi為系統(tǒng)的操作面板，是操作者與系統(tǒng)的交互接口，主要負責(zé)對控制系統(tǒng)進行設(shè)定，人工控制系統(tǒng)的啟停，輸入液體流量、總量等控制指令，并且顯示系統(tǒng)所需的流量、總量、壓力、溫度等信息；

所述降雨裝置設(shè)在所述上水單元與待檢測雨量計之間，為待檢測設(shè)備提供均勻降雨。

進一步地，在上述方案中，所述儲水系統(tǒng)、泵水系統(tǒng)、流量檢測單元、控制及顯示系統(tǒng)、降雨裝置采用一體化設(shè)計，使用電氣控制柜做專門的防護處理，電氣到管路都選用高可靠性器件。

進一步地，在上述方案中，所述儲水系統(tǒng)包括水容器、水管一、閥門一、過濾器以及溫度檢測傳感器，所述水容器通過所述水管一連接至所述泵水系統(tǒng)，所述閥門一、過濾器以及溫度檢測傳感器設(shè)置在水管一上，儲水系統(tǒng)給系統(tǒng)提供穩(wěn)定、清潔的水源。

進一步地，在上述方案中，所述定量水泵是一種高精度的可控流量的水泵，可以按照系統(tǒng)指令輸出一定流量的液體介質(zhì)，同時流量可調(diào)。

進一步地，在上述方案中，所述上水單元主要包括水管二、閥門二以及注水頭，所述所述注水頭的通過水管二連接至所述流量檢測單元，所述閥門二設(shè)在水管二上。

進一步地，在上述方案中，所述流量檢測單元采用小流量高精度流量傳感器，實時檢測通過液體的流量數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為脈沖信號或者模擬量電流信號發(fā)送給主控制模塊。流量檢測單元實際作為直接測量系統(tǒng)，反應(yīng)了當(dāng)前的真實流量，實現(xiàn)了系統(tǒng)的閉環(huán)控制，形成負反饋控制系統(tǒng)；主控制模塊將指令流量與流量檢測單元的反饋流量值實時進行比較，結(jié)合二者差值調(diào)整對定量水泵的輸出，從而動態(tài)控制系統(tǒng)的流量，達到高精度的流量控制。

進一步地，在上述方案中，所述降雨裝置由降雨供水閥門、供水管和降雨噴頭組成，降雨裝置通過所述供水管與所述上水單元連接，所述降雨供水閥門設(shè)在供水管上，所述降雨噴頭設(shè)在供水管的末端。

進一步地，在上述方案中，所述控制及顯示系統(tǒng)預(yù)留rs232接口，可方便與電腦進行通訊，還可以遙控控制。

進一步地，在上述方案中，所述人機界面hmi的系統(tǒng)界面中包括顯示窗口、流量輸入設(shè)置系統(tǒng)、輸出值設(shè)置、數(shù)字按鈕、控制按鈕。

一種便攜式高精度自動雨量監(jiān)測設(shè)備的精度檢測裝置的使用方法，包括以下步驟：

s1：根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查和收集的已有自動雨量站的資料數(shù)據(jù)，確定需要檢測的雨量站的具體位置；

s2：將所述便攜式高精度雨量數(shù)據(jù)采集檢測裝置儲水、充電、調(diào)試及完成檢測；

s3：將所述便攜式高精度雨量數(shù)據(jù)采集檢測裝置帶至需檢測的自動雨量站位置，打開電源，設(shè)置好控制及顯示系統(tǒng)，設(shè)定需檢測雨量值，設(shè)置定量水泵，進行降雨模擬方式；

s4：降雨模擬方式結(jié)束，完成降雨量檢測數(shù)據(jù)采集與記錄工作，關(guān)閉電源；

s5：每個檢測點重復(fù)上述工序，每個檢測點至少完成3次檢測工作；

s6：自動雨量站監(jiān)測數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度計算，給出檢測結(jié)果為合格或不合格。

進一步地，所述便攜式高精度自動雨量監(jiān)測設(shè)備的精度檢測裝置，其基本工作環(huán)境要求如下：

1)溫度在-10℃-60℃；

2)相對濕度小于85％(無凝露)；

3)電源在220v+/-15％,50-60hz；

4)液體介質(zhì)為防結(jié)垢純凈水，溫度范圍10℃-80℃。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明是在對自動雨量站功能及原理進行掌握的基礎(chǔ)上，研發(fā)的雨量監(jiān)測設(shè)備準(zhǔn)確度檢測裝置。本發(fā)明的便攜式高精度自動雨量監(jiān)測設(shè)備的精度檢測裝置能夠滿足生產(chǎn)與科研需要，具有先進、高精度、合理可行等優(yōu)點，對自動雨量站進行準(zhǔn)確度檢測功能，從而達到提高突發(fā)地質(zhì)災(zāi)害及山洪災(zāi)害雨量監(jiān)測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，為地方政府防災(zāi)減災(zāi)工作提供切實有效的依據(jù)，切實保障北京山區(qū)受災(zāi)害威脅的人民群眾生命財產(chǎn)安全。

具體表現(xiàn)在以下幾點：

1)高精度，本系統(tǒng)采用了負反饋全閉環(huán)流量控制，選配高精度流量傳感器和定量泵，從而確保了系統(tǒng)的流浪控制精度，系統(tǒng)精度超過2％。

2)流量可調(diào)，系統(tǒng)流量可以在0-12l/hour之間寬范圍調(diào)整(結(jié)合流量計的截面積可換算成雨量mm/hour)，方便的模擬真實雨量。

3)便攜，采用一體化設(shè)計，結(jié)構(gòu)緊湊，充分考慮移動戶外作業(yè)的便攜性。

4)方便操作，選用全中文，可調(diào)整的人機界面，只需簡單培訓(xùn)即可方便的進行操作。

5)供電單一，整個系統(tǒng)只需220v工頻電源，其他電源需求系統(tǒng)內(nèi)部自行轉(zhuǎn)換。

6)通訊方便，預(yù)留rs232接口，可方便與電腦進行通訊。如果客戶需要還可以遙控控制。

7)高防護等級，防護等級可達ip44，電氣控制柜做專門的防護處理，適合戶外作業(yè)。

8)高可靠性，從電氣到管路都選用高可靠性器件，有效保證了系統(tǒng)壽命。

9)防爆，系統(tǒng)整個系統(tǒng)只需220v工頻電源，其他電源需求系統(tǒng)內(nèi)部自行轉(zhuǎn)換。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是人機界面hmi的系統(tǒng)界面示意圖；

圖3是本發(fā)明的檢測結(jié)果示意圖。

其中，1-儲水系統(tǒng)、2-泵水系統(tǒng)、3-流量檢測單元、4-控制及顯示系統(tǒng)、5-降雨裝置、6-待檢測雨量計、11-水容器、12-水管一、13-閥門一、14-過濾器、15-溫度檢測傳感器、21-定量水泵、22-上水單元、221-水管二、222-閥門二、223-注水頭、41-供電模塊、42-主控制模塊、43-人機界面hmi、431-顯示窗口、432-流量輸入設(shè)置系統(tǒng)、433-輸出值設(shè)置、434-數(shù)字按鈕、435-控制按鈕、51-降雨供水閥門、52-供水管、53-降雨噴頭。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施方式來對本發(fā)明進行更進一步詳細的說明。

如圖1所示的一種便攜式高精度自動雨量監(jiān)測設(shè)備的精度檢測裝置，主要包括儲水系統(tǒng)1、泵水系統(tǒng)2、流量檢測單元3、控制及顯示系統(tǒng)4、降雨裝置5；儲水系統(tǒng)1儲備一定量的清水，并將水輸送到泵水系統(tǒng)2；泵水系統(tǒng)2是由定量水泵21和上水單元22組成，定量水泵21實時按照控制及顯示系統(tǒng)4的指令以一定速度將水注入到流量檢測單元3里；上水單元22將從流量檢測單元3輸出的水全部均勻持續(xù)的傳送到待檢測雨量計6里；流量檢測單元3按照控制及顯示系統(tǒng)指令將液體介質(zhì)從定量水泵21持續(xù)轉(zhuǎn)移至上水單元22，并實時將流量數(shù)據(jù)發(fā)送給控制及顯示系統(tǒng)4；控制及顯示系統(tǒng)4包括供電模塊41、主控制模塊42和人機界面hmi43；供電模塊41負責(zé)給整個系統(tǒng)提供穩(wěn)定的電力支持，主控制模塊42接受人機界面hmi43上的設(shè)定指令，將流量和控制的相關(guān)結(jié)果輸出給人機界面hmi43，根據(jù)指令輸出控制信號給定量水泵21，使定量水泵21按照人工設(shè)定工作，接收流量檢測單元3的輸入信號，并將其計算轉(zhuǎn)換為控制及顯示系統(tǒng)4所需的數(shù)據(jù)并輸出；所述人機界面hmi43為系統(tǒng)的操作面板，是操作者與系統(tǒng)的交互接口，主要負責(zé)對控制系統(tǒng)進行設(shè)定，人工控制系統(tǒng)的啟停，輸入液體流量、總量等控制指令，并且顯示系統(tǒng)所需的流量、總量、壓力、溫度等信息；降雨裝置5設(shè)在所述上水單元22與待檢測雨量計6之間，為待檢測設(shè)備提供均勻降雨。儲水系統(tǒng)1、泵水系統(tǒng)2、流量檢測單元3、控制及顯示系統(tǒng)4、降雨裝置5采用一體化設(shè)計，使用電氣控制柜做專門的防護處理，電氣到管路都選用高可靠性器件。

其中，儲水系統(tǒng)1：包括水容器11、水管一12、閥門一13、過濾器14以及溫度檢測傳感器15，所述水容器11通過所述水管一12連接至所述泵水系統(tǒng)2，所述閥門一13、過濾器14以及溫度檢測傳感器15設(shè)置在水管一12上，儲水系統(tǒng)1給系統(tǒng)提供穩(wěn)定、清潔的水源。

定量水泵21是一種高精度的可控流量的水泵，可以按照系統(tǒng)指令輸出一定流量的液體介質(zhì)，同時流量可調(diào)。

上水單元22：主要包括水管二221、閥門二222以及注水頭223，所述所述注水頭223的通過水管二221連接至所述流量檢測單元3，所述閥門二222設(shè)在水管二221上。

流量檢測單元3：采用小流量高精度流量傳感器，實時檢測通過液體的流量數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為脈沖信號或者模擬量電流信號發(fā)送給主控制模塊42。流量檢測單元3實際作為直接測量系統(tǒng)，反應(yīng)了當(dāng)前的真實流量，實現(xiàn)了系統(tǒng)的閉環(huán)控制，形成負反饋控制系統(tǒng)；主控制模塊42將指令流量與流量檢測單元3的反饋流量值實時進行比較，結(jié)合二者差值調(diào)整對定量水泵4的輸出，從而動態(tài)控制系統(tǒng)的流量，達到高精度的流量控制。

降雨裝置5：由降雨供水閥門51、供水管52和降雨噴頭53組成，降雨裝置5通過所述供水管52與所述上水單元22連接，所述降雨供水閥門51設(shè)在供水管52上，所述降雨噴頭53設(shè)在供水管52的末端。

控制及顯示系統(tǒng)4預(yù)留rs232接口，可方便與電腦進行通訊，還可以遙控控制。

如圖2所示，人機界面hmi43的系統(tǒng)界面中包括顯示窗口431、流量輸入設(shè)置系統(tǒng)432、輸出值設(shè)置433、數(shù)字按鈕434、控制按鈕435。顯示窗口431上顯示水量和時間，流量輸入設(shè)置系統(tǒng)432上包含小雨、中雨、大雨、暴雨四個設(shè)置，輸出值設(shè)置433上包含流速、流量、累計、總量四個設(shè)置，數(shù)字按鈕434包含1、2、3、4、5、6、7、8、9、0這十個數(shù)字按鈕，控制按鈕435上包含啟動、停止、清零、打印和電源按鈕。

該便攜式高精度自動雨量監(jiān)測設(shè)備的精度檢測裝置的使用方法，包括以下步驟：

s1：根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查和收集的已有自動雨量站的資料數(shù)據(jù)，確定需要檢測的雨量站的具體位置；

s2：將所述便攜式高精度雨量數(shù)據(jù)采集檢測裝置儲水、充電、調(diào)試及完成檢測；

s3：將所述便攜式高精度雨量數(shù)據(jù)采集檢測裝置帶至需檢測的自動雨量站位置，打開電源，設(shè)置好控制及顯示系統(tǒng)4，設(shè)定需檢測雨量值，設(shè)置定量水泵21，進行降雨模擬方式；

s4：降雨模擬方式結(jié)束，完成降雨量檢測數(shù)據(jù)采集與記錄工作，關(guān)閉電源；

s5：每個檢測點重復(fù)上述工序，每個檢測點至少完成3次檢測工作；

s6：自動雨量站監(jiān)測數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度計算，給出檢測結(jié)果為合格或不合格。

進一步地，所述便攜式高精度自動雨量監(jiān)測設(shè)備的精度檢測裝置，其基本工作環(huán)境要求如下：

1)溫度在-10℃-60℃；

2)相對濕度小于85％(無凝露)；

3)電源在220v+/-15％,50-60hz；

4)液體介質(zhì)為防結(jié)垢純凈水，溫度范圍10℃-80℃。

利用上述檢測裝置及方法，通過于2016.7.10-2016.7.14與2016.8.10-2016.8.14兩次對北京市房山區(qū)佛子莊鄉(xiāng)、河北鎮(zhèn)、史家營鄉(xiāng)、青龍湖鎮(zhèn)、南窖鄉(xiāng)及蒲洼鄉(xiāng)6個鄉(xiāng)鎮(zhèn)的30臺自動雨量計進行了準(zhǔn)確度測試，測試結(jié)果見表1及圖3。

表1自動雨量精度檢測儀測試結(jié)果

按照sl21-2006《降雨量觀測規(guī)范》中要求雨量計的測量準(zhǔn)確度誤差應(yīng)控制在±4％之間，可以看出，第一次檢測的30個雨量站中，有7處超過了標(biāo)準(zhǔn)要求，分別為房山區(qū)佛子莊鄉(xiāng)陳家墳村白湖溝自動雨量計(測試誤差-5.4％)、房山區(qū)佛子莊鄉(xiāng)北窖村東溝自動雨量計(測試誤差-7.3％)、房山區(qū)佛子莊鄉(xiāng)上英水村大港溝自動雨量計(測試誤差6.9％)、房山區(qū)史家營鄉(xiāng)大村澗村無名溝自動雨量計(測試誤差-4.8％)、房山區(qū)史家營鄉(xiāng)金雞臺村金雞臺北溝自動雨量計(測試誤差-4.6％)、房山區(qū)史家營鄉(xiāng)秋林鋪村莊戶港子溝自動雨量計(測試誤差-4.6％)及房山區(qū)南窖鄉(xiāng)三合村青港溝自動雨量計(測試誤差-5.8％)；第二次檢測的30個雨量站中，有4處超過了標(biāo)準(zhǔn)要求，分別為房山區(qū)佛子莊鄉(xiāng)上英水村大港溝自動雨量計(測試誤差-4.9％)、房山區(qū)史家營鄉(xiāng)蓮花庵村五礦溝自動雨量計(測試誤差-5.3％)、房山區(qū)史家營鄉(xiāng)大村澗村無名溝自動雨量計(測試誤差-5.2％)及房山區(qū)南窖鄉(xiāng)大西溝村無名溝自動雨量計(測試誤差-6.0％)。因此，監(jiān)測單位及研究單位可以根據(jù)檢測的結(jié)果對以上11處雨量計進行檢查維護，從而獲取更加準(zhǔn)確的降雨量數(shù)據(jù)。

最后應(yīng)說明的是：以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制；盡管參照前述實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對前述實施例所記載的技術(shù)方案進行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明實施例技術(shù)方案的精神和范圍。