超声波雨量计

　　1引言

　　长期以来，气象部门使用的雨量计为虹吸式或翻斗式的，而国际上交换的气象雨量资料则是用人工观测的。

　　虹吸式雨时计由接雨桶、测量桶、虹吸管、机械时钟记录器等组成，其工作原理是接雨桶的降雨流人测量桶，由机械时钟记录器对降水过程进行记录(水笔描出曲线)，当测量桶的水位达到ro~时，开始一次虹吸过程，将接雨桶的水放完，等待下次虹吸过程。这种测量方法存在两个主要问题:①测量结果没有电信号接口，不能实现自动测量与数据处理;②虹吸过程需要时间，在虹吸过程中的降雨一并流失，产生降水的流失误差，降水强度越大，误差越大。

　　翻斗雨量计也存在着同样的问题。

　　鉴于目前现状，我们从超声波蒸发测量仪得到启示，设计一种新型测雨仪器，使用超声波技术测量雨量。新设计的雨量计应要求测量精度更高，各项指标设计如下:

　　1.测量降水强度范围:0一10m玫“min;

　　2.分辨率:0.04~;

　　3.计量误差:降水‘10~时土0.2~，>10mm时士2%。

　　此前，中国气象局规定的自动气象站雨量计的测量范围为:O一4m川了min;计量误差为:降水蛋10Inm时土0.4~，>10Inln时土4%，分辩率0.1mmo

　　2.雨量计设计

　　如图1所示，超声波探头安装在一个测量桶的下面，测量桶高度200~左右。测量桶上面安装接雨桶，接雨桶的截面积约为测量桶的10倍，测量桶测量的液位除以固定系数(该系数约为10，可以精确设定)，即得到实际的雨量值。

　　测量桶下侧接一个放水阀，上侧接一个进水阀。探头上面要保留10mm以上的水位以避开测量盲区(测量盲区约为8~)。测量时，当测量桶内水位低于I7Omm，放水阀关，进水阀开，进人正常测量状态。如果桶内水位高于170~，关闭进水阀，记录水位，打开放水阀放水，当放到最低时，关闭放水阀，记录两个水位之差，打开进水阀，测量过程重新开始。由于有两个电磁阀控制，该雨量计有效地解决了虹吸或翻斗式雨量计的流失误差。

　　3电路的实现

　　电路使用PROTEI99软件设计。图2为电路工作图。

　　超声波雨量计的基本控制部分是一个单片机，由它控制和处理来自超声波探头的信号、保存数据、控制放水阀和进水阀的动作、处理控制各种信号灯和处理RS232和MODEM的数据通信。当供电正常时，电源信号灯亮。超声波信号灯、通信灯、进水灯、放水灯分别对应各自的工作状态。采集的数据存贮在32K字节专用存贮器内，正常情况下可存贮3个月的降水资料。这些资料可通过RS232接口或电话线拨号直接调取使用。本系统供电为DclZV，配有12v7AH铅酸电池，在外部供电中断的情况下，系统可继续工作48小时以上。在电路的控制下，系统自动对电池充电，放电时不会引起过放现象。