全自动远程虹吸式雨量计的研制

　　我国是一个多山国家,山地、高原和丘陵占国土面积的69%,每年都产生大量的崩塌、滑坡和泥石流等地质灾害.而崩塌、滑坡和泥石流等灾害的一个主要诱发因素便是降雨.因此,如何实时、准确的获取降雨资料,对于地质灾害的预警工作显得尤为重要.雨量计[1]是气象及社会各相关部门普遍应用的测量降水的仪器,总的分为人工测量和传感器测量两种方式.传感器测量又可以细分为翻斗式、虹吸式、超声波式、称重式等多种类型的雨量计.但每种类型的雨量计在精度或是操作性都有一定的缺陷,不是十分完美.比如翻斗式雨量计[2]测量的精度受降雨强度大小的限制,雨越大,测量越不准;而虹吸式雨量计[3]需要经常性的现场记录测量以及更换记录纸,这给野外监测[4]带来了不便;超声波雨量计则由于超声波的传播速度受介质的密度、浓度、温度、压力等因素影响,其测量精度较低.

　　通过综合考虑各种类型雨量计的原理、使用方法以及优缺点[5],再结合实际项目野外应用的要求,本文提出一种通过应变式压力传感器测量降雨的大小,结合对虹吸过程中的降雨采取算法补偿,并能远距离传输数据的全自动新型虹吸式雨量计的设计方法.它相比传统虹吸式雨量计,优势在于增加了记录虹吸过程中降雨的补偿算法,减少了测量误差,并通过数据采集器中的GSM模块实现数据的远距离传输,从而为野外监测提供了可能;而相比翻斗式雨量计,它的优势在于测量不仅不受降雨强度大小的限制,还拥有更高的测量精度(0.01 mm).

　　1　系统的组成

　　系统的组成,如图1.

　　1.1　传感器

　　本系统所采用的传感器为CYZ102通用型压力传感器.量程为0~2 kPa,工作温度范围是:-20~80℃,带温度补偿.通过实验验证该传感器的线性、重复性良好,分辨率能达到0.1 mm降雨以内,能满足设计要求.

　　当有降雨时,盛水器中的水位上升,传感器的输出电压便产生相应变化,输出的电压值经过仪用放大器放大后,送到单片机MSP430F149进行AD转换,最后数据经过软件滤波处理后由系统上的GSM模块发送到上位机上的GSM模块接收,并在电脑上显示.

　　1.2　虹吸管

　　虹吸管作为雨量计的排水部件,性能的优劣直接影响到整套设备的设计要求,因此选取合适的虹吸管非常重要.主要考虑的因素有:1)当降雨达到虹吸点时能否正常虹吸,且无滴流问题;2)虹吸完后,管内有无残留水柱;3)虹吸的速度有多快(直接影响测量的降雨强度范围).

　　在综合考虑以上问题并配合多次实验结果验证后,最终选用弯管弧度为28°,管内径为7.3 mm的虹吸管.

　　1.3　数据采集系统