本發(fā)明涉及雨量傳感器領(lǐng)域，尤其涉及一種雨強(qiáng)自適應(yīng)式雙翻斗雨量傳感器及其工作方法。

背景技術(shù)：

1、雙翻斗雨量傳感器結(jié)構(gòu)一般包含：漏斗、上翻斗、調(diào)整螺絲、匯集漏斗、下翻斗、鋼簧管。翻斗中間隔板和垂直線形成夾角為漏斗傾角，降水經(jīng)漏斗匯入上翻斗，當(dāng)上翻斗水量達(dá)到閾值時(shí)，上翻斗翻轉(zhuǎn)一次，進(jìn)入?yún)R集漏斗再流向下翻斗，下翻斗達(dá)到閾值時(shí)翻轉(zhuǎn)，鋼簧管短接一次，為0.1毫米降水。不斷重復(fù)上述過(guò)程。

2、現(xiàn)有的雙翻斗雨量計(jì)存在測(cè)量誤差隨雨強(qiáng)增大而急劇增大的缺陷。該缺陷源自上下翻斗在雨強(qiáng)變化情況下不能保持翻轉(zhuǎn)動(dòng)作始終協(xié)調(diào)一致。當(dāng)雙翻斗雨量計(jì)在某種雨強(qiáng)下調(diào)試完畢，上下翻斗的兩側(cè)的翻轉(zhuǎn)傾角通過(guò)傾角調(diào)整螺絲固定后即翻轉(zhuǎn)閾值被固定后，上下翻斗完全同步，下翻斗即計(jì)量翻斗無(wú)流失量，所有降水都被計(jì)量，雨量計(jì)獲得該雨強(qiáng)下的較好工作效能。當(dāng)雨強(qiáng)發(fā)生較大變化時(shí)，上翻斗的降水流失量隨著發(fā)生較大變化，從而使得上翻斗的排水量（排水量=翻轉(zhuǎn)閾值+流失量）也發(fā)生較大變化，使得上下翻斗不再同步，下翻斗將產(chǎn)生降水流失量而不被計(jì)量，從而給雨量計(jì)帶來(lái)誤差。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題和提出的技術(shù)任務(wù)是對(duì)現(xiàn)有技術(shù)方案進(jìn)行完善與改進(jìn)，提供一種雨強(qiáng)自適應(yīng)式雙翻斗雨量傳感器，以提升雨量計(jì)量的準(zhǔn)確性為目的。為此，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案。

2、一種雨強(qiáng)自適應(yīng)式雙翻斗雨量傳感器，包括承雨漏斗、上翻斗傾角調(diào)整裝置、上翻斗；所述的承雨漏斗位于上翻斗的上面，所述的上翻斗傾角調(diào)整裝置包括控制器和位于上翻斗左右兩側(cè)的兩套電控傾角調(diào)整推桿，所述的電控傾角調(diào)整推桿與控制器電連接；所述的控制器采用fpga數(shù)字電路架構(gòu)，包括控制器頂層模塊、雨強(qiáng)采集子模塊、雨量計(jì)頂層控制子模塊和電機(jī)控制子模塊，所述的控制器頂層模塊設(shè)有1個(gè)雨強(qiáng)采集電路外部接口以連接雨強(qiáng)采集子模塊和2個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)外部接口以連接電機(jī)控制子模塊；對(duì)采集的信號(hào)經(jīng)過(guò)數(shù)字濾波，再進(jìn)行雨強(qiáng)判斷；所述的雨量計(jì)頂層控制子模塊根據(jù)雨強(qiáng)采集子模塊輸入的雨強(qiáng)，發(fā)送指令給下位機(jī)電機(jī)控制模塊驅(qū)動(dòng)電控傾角調(diào)整推桿調(diào)整上翻斗傾角；所述的電機(jī)控制子模塊包含電控傾角調(diào)整推桿的電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向、步進(jìn)數(shù)量、上翻斗傾角初始位置復(fù)位，以狀態(tài)機(jī)進(jìn)行邏輯運(yùn)算，進(jìn)行電控傾角調(diào)整推桿的電機(jī)運(yùn)行控制。通過(guò)控制器控制電控傾角調(diào)整推桿進(jìn)行針對(duì)不同雨強(qiáng)狀態(tài)下的傾角適應(yīng)性調(diào)節(jié)，可以實(shí)時(shí)根據(jù)雨強(qiáng)調(diào)整傾角，以保持上翻斗排水量保持在一個(gè)幾乎不變的固定數(shù)值，能有效提升不同雨強(qiáng)狀態(tài)下的雨量計(jì)量的準(zhǔn)確性。

3、通過(guò)fpga數(shù)字電路，可方便實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)的可編程開(kāi)發(fā)，對(duì)于獲得的模型數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)和使用，fpga具有高度的并行處理能力，可以實(shí)時(shí)采集和處理雨強(qiáng)信號(hào)，快速作出反應(yīng)，調(diào)節(jié)翻斗傾角，以適應(yīng)雨強(qiáng)的變化，對(duì)于應(yīng)對(duì)強(qiáng)降雨或突發(fā)降雨非常重要，能夠有效提高測(cè)量精度，實(shí)現(xiàn)對(duì)電控傾角調(diào)整推桿的精確控制，經(jīng)過(guò)數(shù)字濾波處理，能夠有效減少噪聲和誤差，確保采集數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，電路的高穩(wěn)定性和低延遲特性使得整個(gè)控制器具有更高的可靠性，適合長(zhǎng)時(shí)間、連續(xù)的監(jiān)測(cè)工作，能夠根據(jù)實(shí)時(shí)雨強(qiáng)數(shù)據(jù)精確自動(dòng)調(diào)節(jié)設(shè)備工作狀態(tài)，無(wú)需人工干預(yù)，提高了設(shè)備的智能化程度和測(cè)量效率，適應(yīng)不同氣候和環(huán)境條件，確保在各種復(fù)雜天氣下依然能夠準(zhǔn)確測(cè)量降雨量。

4、作為優(yōu)選技術(shù)手段：還包括匯集漏斗、下翻斗、下翻斗傾角調(diào)整裝置、計(jì)數(shù)翻斗、鋼簧管、支架和底座，所述的下翻斗位于匯集漏斗的下面，所述的計(jì)數(shù)翻斗位于下翻斗的下面，所述的支架設(shè)置于底座上面，所述的匯集漏斗設(shè)置于支架的上端，所述的上翻斗可轉(zhuǎn)動(dòng)地連接于支架上端中間的上支座上，所述的下翻斗和計(jì)數(shù)翻斗均可轉(zhuǎn)動(dòng)地連接于底座上端中間的下支座上，所述的上翻斗傾角調(diào)整裝置設(shè)于上翻斗的兩側(cè)，所述的下翻斗傾角調(diào)整裝置設(shè)于下翻斗的兩側(cè)，所述的鋼簧管位置與計(jì)數(shù)翻斗上設(shè)置的磁鋼的位置相對(duì)應(yīng)；所述的鋼簧管與所述的控制器電連接；所述的雨強(qiáng)采集子模塊設(shè)有鋼簧管采集電路外部接口。

5、上翻斗和下翻斗的傾角調(diào)整裝置可以精確控制翻斗的傾角，確保在各種降雨強(qiáng)度下翻斗能夠適應(yīng)不同的排水需求，提高測(cè)量的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。鋼簧管與磁鋼的配合設(shè)計(jì)提高了翻斗的計(jì)數(shù)精度和穩(wěn)定性，鋼簧管的彈性特性和磁鋼的精準(zhǔn)位置配合，使得雨量傳感器能夠在各種工作條件下保持高可靠性?？紤]了強(qiáng)降雨和突發(fā)降雨的情況，系統(tǒng)能夠在不同的降雨強(qiáng)度下自動(dòng)調(diào)整工作狀態(tài)，適用于多種氣候環(huán)境和測(cè)量需求。

6、作為優(yōu)選技術(shù)手段：所述的控制器設(shè)有上翻斗“排水量-雨強(qiáng)-傾角關(guān)系”評(píng)估模型數(shù)據(jù)，所述的控制器根據(jù)評(píng)估模型通過(guò)電控傾角調(diào)整推桿自適應(yīng)調(diào)節(jié)上翻斗傾角。通過(guò)在控制器中引入“排水量-雨強(qiáng)-傾角關(guān)系”評(píng)估模型數(shù)據(jù)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)上翻斗傾角的精確和自適應(yīng)調(diào)節(jié)，提升傳感器在各種降雨條件下的工作性能和測(cè)量精度。

7、作為優(yōu)選技術(shù)手段：所述的“排水量-雨強(qiáng)-傾角關(guān)系”評(píng)估模型按以下方法獲得：獲取傾角24°~35°范圍每隔a度的0.5mm/min、1mm/min、2mm/min、4mm/min、6mm/min等5種雨強(qiáng)降水的排水量，形成模型數(shù)據(jù)表格，其中，所述的a度取值范圍為0.1-1度。可以確保評(píng)估模型的數(shù)據(jù)是基于實(shí)際測(cè)試獲得的，具有較高的準(zhǔn)確性和可靠性，有助于在不同雨強(qiáng)條件下實(shí)現(xiàn)上翻斗的精確自適應(yīng)調(diào)節(jié)。

8、作為優(yōu)選技術(shù)手段：“排水量-雨強(qiáng)-傾角關(guān)系”評(píng)估模型獲得的具體過(guò)程包括以下步驟：

9、先調(diào)整上翻斗的翻轉(zhuǎn)傾角為24°；再使用標(biāo)準(zhǔn)加液，以標(biāo)準(zhǔn)固定定值的降水量，分別模擬0.5mm/min、1mm/min、2mm/min、4mm/min、6mm/min等5種雨強(qiáng)降水，注入上翻斗，獲得翻轉(zhuǎn)次數(shù)；最后計(jì)算在傾角24°時(shí)，上述5種雨強(qiáng)下上翻斗的排水量=固定定值的/翻轉(zhuǎn)次數(shù)；當(dāng)傾角不變時(shí)，由于排水量與雨強(qiáng)存在正相關(guān)，采用插值法處理獲得5種雨強(qiáng)間的排水量與雨強(qiáng)的連續(xù)關(guān)系；

10、按每次調(diào)整上翻斗的翻轉(zhuǎn)傾角增加a度，重復(fù)模擬5種雨強(qiáng)降水，最后形成雨量傳感器的上翻斗“排水量-雨強(qiáng)-傾角關(guān)系”評(píng)估模型數(shù)據(jù)表格；

11、根據(jù)上翻斗“排水量-雨強(qiáng)-傾角關(guān)系”評(píng)估模型數(shù)據(jù)表格，獲取排水量控制在最接近固定翻轉(zhuǎn)值的數(shù)值表并存儲(chǔ)進(jìn)控制器作為控制器執(zhí)行的上翻斗“排水量-雨強(qiáng)-傾角關(guān)系”評(píng)估模型。

12、通過(guò)以上步驟，能有效構(gòu)建一個(gè)準(zhǔn)確的“排水量-雨強(qiáng)-傾角關(guān)系”評(píng)估模型，幫助控制器在不同雨強(qiáng)條件下，通過(guò)調(diào)整上翻斗的傾角來(lái)優(yōu)化排水量，實(shí)現(xiàn)高精度的雨量測(cè)量。

13、作為優(yōu)選技術(shù)手段：上翻斗“排水量-雨強(qiáng)-傾角關(guān)系”評(píng)估模型中：調(diào)節(jié)傾角30.9度時(shí)，1mm/min雨強(qiáng)時(shí)排水量為0.103mm；調(diào)節(jié)傾角26.3度時(shí)，4mm/min雨強(qiáng)時(shí)排水量為0.0.096mm；調(diào)節(jié)傾角24.7度時(shí)，5mm/min雨強(qiáng)時(shí)排水量為0.095mm。采用在1mm/min、4mm/min和5mm/min三種常規(guī)雨強(qiáng)的排水量接近0.1mm的固定翻轉(zhuǎn)數(shù)值，控制器可以更好地調(diào)整上翻斗的傾角，以實(shí)現(xiàn)雨量傳感器的精確測(cè)量和自適應(yīng)調(diào)節(jié)。

14、作為優(yōu)選技術(shù)手段：所述的電控傾角調(diào)整推桿采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的絲桿直線模組。步進(jìn)電機(jī)能夠以非常小的步距角進(jìn)行精確的位置控制，這使得翻斗的傾角可以非常精確地調(diào)整，從而保證雨量傳感器的高精度，通過(guò)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)絲桿，產(chǎn)生精確的線性運(yùn)動(dòng)，這種線性運(yùn)動(dòng)將電動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為線性推動(dòng)力，直接影響翻斗的傾角調(diào)整。

15、作為優(yōu)選技術(shù)手段：所述的下翻斗傾角調(diào)整裝置采用調(diào)節(jié)螺絲。由于下翻斗不需要像上翻斗那樣進(jìn)行實(shí)時(shí)的適應(yīng)性調(diào)節(jié)，通過(guò)調(diào)節(jié)螺絲調(diào)節(jié)后固定調(diào)節(jié)角度，在保持高精度和可靠性的前提下，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低。

16、作為優(yōu)選技術(shù)手段：所述的計(jì)數(shù)翻斗的兩側(cè)翻斗設(shè)有磁鋼，所述的底座上面中間的下支座上對(duì)應(yīng)左右兩側(cè)計(jì)數(shù)翻斗的位置設(shè)有所述的鋼簧管，翻轉(zhuǎn)時(shí)，磁鋼對(duì)鋼簧管作用使鋼簧管閉合一次產(chǎn)生脈沖信號(hào)傳遞給控制器。當(dāng)翻斗翻轉(zhuǎn)時(shí)，磁鋼會(huì)在其路徑上經(jīng)過(guò)固定的鋼簧管，鋼簧管內(nèi)部是由彈性材料制成的，當(dāng)磁鋼靠近鋼簧管時(shí)，鋼簧管的內(nèi)部觸點(diǎn)會(huì)因磁鋼的作用而閉合，鋼簧管閉合時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)脈沖信號(hào)，這個(gè)信號(hào)通過(guò)連接線傳遞給控制器，用于記錄翻斗的翻轉(zhuǎn)次數(shù)，控制器接收到脈沖信號(hào)后進(jìn)行計(jì)數(shù)。每個(gè)脈沖信號(hào)代表計(jì)數(shù)翻斗翻轉(zhuǎn)一次，這樣可以準(zhǔn)確計(jì)算出降水量，磁鋼和鋼簧管的配合能夠精確檢測(cè)翻斗的每次翻轉(zhuǎn)，確保計(jì)數(shù)的準(zhǔn)確性，從而精確計(jì)算降水量，磁鋼與鋼簧管之間的操作是非接觸式的，減少了機(jī)械磨損和電氣接觸問(wèn)題，提高了傳感器的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。

17、本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種雨強(qiáng)自適應(yīng)式雙翻斗雨量傳感器的工作方法，該工作方法，包括以下步驟：

18、1）控制器采集自身傳感器前n秒觀測(cè)到的降水量，轉(zhuǎn)換為分鐘雨強(qiáng)；

19、2）控制器根據(jù)上翻斗“排水量-雨強(qiáng)-傾角關(guān)系”評(píng)估模型，驅(qū)動(dòng)直線模組電機(jī)，調(diào)整上翻斗的左右翻斗的翻轉(zhuǎn)傾角，以使上翻斗的排水量接近固定翻轉(zhuǎn)數(shù)值；

20、3）重復(fù)步驟1）和2），進(jìn)行動(dòng)態(tài)自適應(yīng)傾角調(diào)節(jié)。

21、本方法使雨量傳感器能夠在不同的降水條件下自適應(yīng)調(diào)整翻斗的傾角，確保高精度和穩(wěn)定的雨量測(cè)量，通過(guò)不斷調(diào)整，保持翻斗的排水量在設(shè)定范圍內(nèi)，減少因降水強(qiáng)度變化導(dǎo)致的測(cè)量誤差，整個(gè)過(guò)程自動(dòng)化，無(wú)需人工干預(yù)，提高了系統(tǒng)的智能化水平和操作便利性。

22、有益效果：本裝置通過(guò)采用fpga數(shù)字電路架構(gòu)，建立上翻斗“排水量-雨強(qiáng)-傾角關(guān)系”評(píng)估模型，采集和評(píng)估即時(shí)雨強(qiáng)，采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的絲桿直線模組作為動(dòng)力自動(dòng)調(diào)整上翻斗的左右翻斗翻轉(zhuǎn)傾角，可以實(shí)時(shí)根據(jù)雨強(qiáng)調(diào)整傾角，以獲得在實(shí)際應(yīng)用中雨強(qiáng)變化下較為穩(wěn)定一致的上翻斗排水量，使雨量傳感器測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確、一致，有效提升不同雨強(qiáng)狀態(tài)下的雨量計(jì)量的準(zhǔn)確性。