一种便携式高精度自动雨量监测设备的精度检测装置的制作方法

本发明涉及泥石流雨量检测设备技术领域，具体是涉及一种便携式高精度自动雨量监测设备的精度检测装置。

背景技术：

随着人类社会经济的高速发展，人类活动的规模和强度逐渐增加，导致人类与自然之间的矛盾愈演愈烈，地质灾害发生频率显著增加。频发的地质灾害给人类的生产生活和财产安全带来了巨大威胁和损失，而降雨又是重大地质自然灾害的最主要诱因之一。因此，准确计量危险地区的降雨速度以及降雨量成为了判断和预报相应区域是否有发生洪涝、滑坡、泥石流等自然灾害的重要数据依据。同时，降水量是形成洪涝灾害的重要因素。准确地监测降水量，并开展预测预报工作，是预防洪涝灾害的重要非工程性措施之一。气象台(站)对降水的观测经历了人工测量到虹吸式雨量传感器测量直到现在使用翻斗式雨量传感器和称重式雨量传感器来探测降水量，数次的仪器变革更新实现了降水量观测的连续化和精准度，还减轻了台站人员的工作量。自动雨量站是用于测量并记录各种雨量信息的综合观测仪器。具有抗干扰能力强，全户外设计，测量精度高，存储容量大，方便组网，全自动无人值守，运行稳定等特点。目前，生产雨量计的厂家众多，自动雨量站只有在出厂时进行精度及准确度的检查，但在运输、安装、调试及运行过程中均存在不同程度的“损伤”，自动雨量站的遥测设备系无人看管，缺乏维护与清理，集雨口若被泥浆、树叶等杂物覆盖堵塞，会造成雨水淤积，导致降水不能实时滴入漏斗，从量上和时间上对降雨的记录及信息传输造成较大影响；淤积的雨水会缓慢下渗滴入漏斗，使得遥测降雨历时被强行拉长，降雨量也发生变化，且雨量站又必须长时间的在户外恶劣的环境中连续工作，所以定期检测雨量计的准确性就变的尤为重要了，然而目前国内外还没有这方面的相关研究及产品。

sl21-2006《降雨量观测规范》中要求雨量计的测量准确度用计算误差来表示，其计算式如为：e＝[(pi-ps)/ps]*100％，e为计算误差(％)，其中pi为雨量计记录降雨量(mm)；ps一起排出水量(mm)。当降雨强度在0.01mm/min～4.00mm/min范围内变化时，采用人工注水滴定检测的计量误差应在±4％之间。

自动雨量站在安装、调试、运行过程中均会不同程度的造成较大误差，但雨量值却是目前国内外突发地质灾害及山洪灾害监测预警至关重要的指标参数，尤其是针对泥石流灾害，同时，自动雨量站也是目前北京地区突发地质灾害及山洪灾害监测系统中安装数量最多的监测设备类型。

技术实现要素：

本发明针对自动雨量站在使用过程中存在无法检测、粗暴检测或简易检测等问题，提供一种便携式高精度自动雨量监测设备的精度检测装置，以确保泥石流雨量监测数据的准确性，提升泥石流监测预警技术水平。

本发明的技术方案是：

一种便携式高精度自动雨量监测设备的精度检测装置，主要包括储水系统、泵水系统、流量检测单元、控制及显示系统、降雨装置；

所述储水系统储备一定量的清水，并将水输送到所述泵水系统；

所述泵水系统是由定量水泵和上水单元组成，所述定量水泵实时按照所述控制及显示系统的指令以一定速度将水注入到所述流量检测单元里；所述上水单元将从流量检测单元输出的水全部均匀持续的传送到待检测雨量计里；

所述流量检测单元按照控制及显示系统指令将液体介质从定量水泵持续转移至上水单元，并实时将流量数据发送给控制及显示系统；

所述控制及显示系统包括供电模块、主控制模块和人机界面hmi；所述供电模块负责给整个系统提供稳定的电力支持，所述主控制模块接受人机界面hmi上的设定指令，将流量和控制的相关结果输出给人机界面hmi，根据指令输出控制信号给定量水泵，使定量水泵按照人工设定工作，接收流量检测单元的输入信号，并将其计算转换为控制及显示系统所需的数据并输出；所述人机界面hmi为系统的操作面板，是操作者与系统的交互接口，主要负责对控制系统进行设定，人工控制系统的启停，输入液体流量、总量等控制指令，并且显示系统所需的流量、总量、压力、温度等信息；

所述降雨装置设在所述上水单元与待检测雨量计之间，为待检测设备提供均匀降雨。

进一步地，在上述方案中，所述储水系统、泵水系统、流量检测单元、控制及显示系统、降雨装置采用一体化设计，使用电气控制柜做专门的防护处理，电气到管路都选用高可靠性器件。

进一步地，在上述方案中，所述储水系统包括水容器、水管一、阀门一、过滤器以及温度检测传感器，所述水容器通过所述水管一连接至所述泵水系统，所述阀门一、过滤器以及温度检测传感器设置在水管一上，储水系统给系统提供稳定、清洁的水源。

进一步地，在上述方案中，所述定量水泵是一种高精度的可控流量的水泵，可以按照系统指令输出一定流量的液体介质，同时流量可调。

进一步地，在上述方案中，所述上水单元主要包括水管二、阀门二以及注水头，所述所述注水头的通过水管二连接至所述流量检测单元，所述阀门二设在水管二上。

进一步地，在上述方案中，所述流量检测单元采用小流量高精度流量传感器，实时检测通过液体的流量数据，并将数据转换为脉冲信号或者模拟量电流信号发送给主控制模块。流量检测单元实际作为直接测量系统，反应了当前的真实流量，实现了系统的闭环控制，形成负反馈控制系统；主控制模块将指令流量与流量检测单元的反馈流量值实时进行比较，结合二者差值调整对定量水泵的输出，从而动态控制系统的流量，达到高精度的流量控制。

进一步地，在上述方案中，所述降雨装置由降雨供水阀门、供水管和降雨喷头组成，降雨装置通过所述供水管与所述上水单元连接，所述降雨供水阀门设在供水管上，所述降雨喷头设在供水管的末端。

进一步地，在上述方案中，所述控制及显示系统预留rs232接口，可方便与电脑进行通讯，还可以遥控控制。

进一步地，在上述方案中，所述人机界面hmi的系统界面中包括显示窗口、流量输入设置系统、输出值设置、数字按钮、控制按钮。

一种便携式高精度自动雨量监测设备的精度检测装置的使用方法，包括以下步骤：

s1：根据现场调查和收集的已有自动雨量站的资料数据，确定需要检测的雨量站的具体位置；

s2：将所述便携式高精度雨量数据采集检测装置储水、充电、调试及完成检测；

s3：将所述便携式高精度雨量数据采集检测装置带至需检测的自动雨量站位置，打开电源，设置好控制及显示系统，设定需检测雨量值，设置定量水泵，进行降雨模拟方式；

s4：降雨模拟方式结束，完成降雨量检测数据采集与记录工作，关闭电源；

s5：每个检测点重复上述工序，每个检测点至少完成3次检测工作；

s6：自动雨量站监测数据准确度计算，给出检测结果为合格或不合格。

进一步地，所述便携式高精度自动雨量监测设备的精度检测装置，其基本工作环境要求如下：

1)温度在-10℃-60℃；

2)相对湿度小于85％(无凝露)；

3)电源在220v+/-15％,50-60hz；

4)液体介质为防结垢纯净水，温度范围10℃-80℃。

本发明的有益效果是：本发明是在对自动雨量站功能及原理进行掌握的基础上，研发的雨量监测设备准确度检测装置。本发明的便携式高精度自动雨量监测设备的精度检测装置能够满足生产与科研需要，具有先进、高精度、合理可行等优点，对自动雨量站进行准确度检测功能，从而达到提高突发地质灾害及山洪灾害雨量监测数据的准确性，为地方政府防灾减灾工作提供切实有效的依据，切实保障北京山区受灾害威胁的人民群众生命财产安全。

具体表现在以下几点：

1)高精度，本系统采用了负反馈全闭环流量控制，选配高精度流量传感器和定量泵，从而确保了系统的流浪控制精度，系统精度超过2％。

2)流量可调，系统流量可以在0-12l/hour之间宽范围调整(结合流量计的截面积可换算成雨量mm/hour)，方便的模拟真实雨量。

3)便携，采用一体化设计，结构紧凑，充分考虑移动户外作业的便携性。

4)方便操作，选用全中文，可调整的人机界面，只需简单培训即可方便的进行操作。

5)供电单一，整个系统只需220v工频电源，其他电源需求系统内部自行转换。

6)通讯方便，预留rs232接口，可方便与电脑进行通讯。如果客户需要还可以遥控控制。

7)高防护等级，防护等级可达ip44，电气控制柜做专门的防护处理，适合户外作业。

8)高可靠性，从电气到管路都选用高可靠性器件，有效保证了系统寿命。

9)防爆，系统整个系统只需220v工频电源，其他电源需求系统内部自行转换。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是人机界面hmi的系统界面示意图；

图3是本发明的检测结果示意图。

其中，1-储水系统、2-泵水系统、3-流量检测单元、4-控制及显示系统、5-降雨装置、6-待检测雨量计、11-水容器、12-水管一、13-阀门一、14-过滤器、15-温度检测传感器、21-定量水泵、22-上水单元、221-水管二、222-阀门二、223-注水头、41-供电模块、42-主控制模块、43-人机界面hmi、431-显示窗口、432-流量输入设置系统、433-输出值设置、434-数字按钮、435-控制按钮、51-降雨供水阀门、52-供水管、53-降雨喷头。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式来对本发明进行更进一步详细的说明。

如图1所示的一种便携式高精度自动雨量监测设备的精度检测装置，主要包括储水系统1、泵水系统2、流量检测单元3、控制及显示系统4、降雨装置5；储水系统1储备一定量的清水，并将水输送到泵水系统2；泵水系统2是由定量水泵21和上水单元22组成，定量水泵21实时按照控制及显示系统4的指令以一定速度将水注入到流量检测单元3里；上水单元22将从流量检测单元3输出的水全部均匀持续的传送到待检测雨量计6里；流量检测单元3按照控制及显示系统指令将液体介质从定量水泵21持续转移至上水单元22，并实时将流量数据发送给控制及显示系统4；控制及显示系统4包括供电模块41、主控制模块42和人机界面hmi43；供电模块41负责给整个系统提供稳定的电力支持，主控制模块42接受人机界面hmi43上的设定指令，将流量和控制的相关结果输出给人机界面hmi43，根据指令输出控制信号给定量水泵21，使定量水泵21按照人工设定工作，接收流量检测单元3的输入信号，并将其计算转换为控制及显示系统4所需的数据并输出；所述人机界面hmi43为系统的操作面板，是操作者与系统的交互接口，主要负责对控制系统进行设定，人工控制系统的启停，输入液体流量、总量等控制指令，并且显示系统所需的流量、总量、压力、温度等信息；降雨装置5设在所述上水单元22与待检测雨量计6之间，为待检测设备提供均匀降雨。储水系统1、泵水系统2、流量检测单元3、控制及显示系统4、降雨装置5采用一体化设计，使用电气控制柜做专门的防护处理，电气到管路都选用高可靠性器件。

其中，储水系统1：包括水容器11、水管一12、阀门一13、过滤器14以及温度检测传感器15，所述水容器11通过所述水管一12连接至所述泵水系统2，所述阀门一13、过滤器14以及温度检测传感器15设置在水管一12上，储水系统1给系统提供稳定、清洁的水源。

定量水泵21是一种高精度的可控流量的水泵，可以按照系统指令输出一定流量的液体介质，同时流量可调。

上水单元22：主要包括水管二221、阀门二222以及注水头223，所述所述注水头223的通过水管二221连接至所述流量检测单元3，所述阀门二222设在水管二221上。

流量检测单元3：采用小流量高精度流量传感器，实时检测通过液体的流量数据，并将数据转换为脉冲信号或者模拟量电流信号发送给主控制模块42。流量检测单元3实际作为直接测量系统，反应了当前的真实流量，实现了系统的闭环控制，形成负反馈控制系统；主控制模块42将指令流量与流量检测单元3的反馈流量值实时进行比较，结合二者差值调整对定量水泵4的输出，从而动态控制系统的流量，达到高精度的流量控制。

降雨装置5：由降雨供水阀门51、供水管52和降雨喷头53组成，降雨装置5通过所述供水管52与所述上水单元22连接，所述降雨供水阀门51设在供水管52上，所述降雨喷头53设在供水管52的末端。

控制及显示系统4预留rs232接口，可方便与电脑进行通讯，还可以遥控控制。

如图2所示，人机界面hmi43的系统界面中包括显示窗口431、流量输入设置系统432、输出值设置433、数字按钮434、控制按钮435。显示窗口431上显示水量和时间，流量输入设置系统432上包含小雨、中雨、大雨、暴雨四个设置，输出值设置433上包含流速、流量、累计、总量四个设置，数字按钮434包含1、2、3、4、5、6、7、8、9、0这十个数字按钮，控制按钮435上包含启动、停止、清零、打印和电源按钮。

该便携式高精度自动雨量监测设备的精度检测装置的使用方法，包括以下步骤：

s1：根据现场调查和收集的已有自动雨量站的资料数据，确定需要检测的雨量站的具体位置；

s2：将所述便携式高精度雨量数据采集检测装置储水、充电、调试及完成检测；

s3：将所述便携式高精度雨量数据采集检测装置带至需检测的自动雨量站位置，打开电源，设置好控制及显示系统4，设定需检测雨量值，设置定量水泵21，进行降雨模拟方式；

s4：降雨模拟方式结束，完成降雨量检测数据采集与记录工作，关闭电源；

s5：每个检测点重复上述工序，每个检测点至少完成3次检测工作；

s6：自动雨量站监测数据准确度计算，给出检测结果为合格或不合格。

进一步地，所述便携式高精度自动雨量监测设备的精度检测装置，其基本工作环境要求如下：

1)温度在-10℃-60℃；

2)相对湿度小于85％(无凝露)；

3)电源在220v+/-15％,50-60hz；

4)液体介质为防结垢纯净水，温度范围10℃-80℃。

利用上述检测装置及方法，通过于2016.7.10-2016.7.14与2016.8.10-2016.8.14两次对北京市房山区佛子庄乡、河北镇、史家营乡、青龙湖镇、南窖乡及蒲洼乡6个乡镇的30台自动雨量计进行了准确度测试，测试结果见表1及图3。

表1自动雨量精度检测仪测试结果

按照sl21-2006《降雨量观测规范》中要求雨量计的测量准确度误差应控制在±4％之间，可以看出，第一次检测的30个雨量站中，有7处超过了标准要求，分别为房山区佛子庄乡陈家坟村白湖沟自动雨量计(测试误差-5.4％)、房山区佛子庄乡北窖村东沟自动雨量计(测试误差-7.3％)、房山区佛子庄乡上英水村大港沟自动雨量计(测试误差6.9％)、房山区史家营乡大村涧村无名沟自动雨量计(测试误差-4.8％)、房山区史家营乡金鸡台村金鸡台北沟自动雨量计(测试误差-4.6％)、房山区史家营乡秋林铺村庄户港子沟自动雨量计(测试误差-4.6％)及房山区南窖乡三合村青港沟自动雨量计(测试误差-5.8％)；第二次检测的30个雨量站中，有4处超过了标准要求，分别为房山区佛子庄乡上英水村大港沟自动雨量计(测试误差-4.9％)、房山区史家营乡莲花庵村五矿沟自动雨量计(测试误差-5.3％)、房山区史家营乡大村涧村无名沟自动雨量计(测试误差-5.2％)及房山区南窖乡大西沟村无名沟自动雨量计(测试误差-6.0％)。因此，监测单位及研究单位可以根据检测的结果对以上11处雨量计进行检查维护，从而获取更加准确的降雨量数据。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。