一种光学雨量传感器模拟检测装置及计量方法与流程

1.本发明涉及气象探测设备计量检测技术领域，特别是涉及一种光学雨量传感器模拟检测装置及计量方法。


背景技术：

2.早在上个世纪五十年代，国外开始光学雨量监测技术研究。1994年12月，我国首台光学雨量计研制成功。目前，光学雨量传感器实现了连续、非接触自动测量降水。光学雨量传感器具有体积小，灵敏度高，智能，易维护等优点，逐步在智慧灌溉、船舶航行、流动气象站、自动门窗、地质灾害等领域得到广泛应用。
3.光学雨量传感技术发展相对成熟，但是与其匹配的计量手段还处于缺失状态，国内还未建立相应的计量检测装置和计量方法，光学雨量传感器雨量量值溯源问题成为一个难点问题。目前，省级气象计量部门普遍建立雨量器(计)检定装置，用于开展翻斗式雨量传感器的计量检定。主标准器为标准玻璃量器，通过雨量校准仪控制标准玻璃量器内的水在规定时间排出，其出水方式为点式，而且主要针对承水口面积固定的翻斗式雨量传感器。光学雨量传感器的传感器部分为面源，现有的雨量器(计)检定装置不适用于光学雨量传感器的计量工作。


技术实现要素：

4.为解决以上技术问题，本发明提供一种光学雨量传感器模拟检测装置及计量方法，针对光学雨量传感器计量需求，建立光学雨量传感器模拟检测装置，设计光学雨量传感器雨量量值计量方法，解决光学雨量传感器的量值传递问题，具有重要的应用价值和巨大经济效益。本技术也具有较好的推广应用前景，当雨滴下落速度达到一定速度时，光学雨量传感器模拟检测装置也可用于压电式雨量传感器的检测。同时，也支持多台翻斗式雨量传感器同时检测。
5.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
6.本发明提供一种光学雨量传感器模拟检测装置，包括降雨模拟器、雨量收集存储机构、支架和降雨状态监测器；所述雨量收集存储机构、所述支架和降雨状态监测器均设置于所述降雨模拟器下方，所述支架上设置有光学雨量传感器。
7.可选的，所述降雨模拟器下方还设置有温度传感器。
8.可选的，所述雨量收集存储机构包括承水器、漏斗和储水瓶；所述漏斗和所述储水瓶均设置于所述承水器内，且所述漏斗的底部伸入所述储水瓶内。
9.可选的，所述承水器的承水口内径为20cm，内径的制造误差为0-0.6mm。
10.可选的，还包括雨量量筒，所述雨量量筒用于计量降雨量。
11.可选的，所述降雨模拟器的有效降雨面积不小于2m2；雨滴大小可调节，降雨强度模拟范围10-80mm/h。
12.本发明还公开一种光学雨量传感器模拟计量方法，包括以下步骤，
13.(1)将待测光学雨量传感器安装在固定支架上，调整固定支架的高度，使待测光学雨量传感器的感应面与承水器的承水口高度保持一致；将雨量收集存储机构摆放好；
14.(2)启动降雨模拟器，按照设定的降雨强度模拟降雨；降雨结束后，停止降雨模拟器；
15.(3)取出雨量收集存储机构，将雨量收集存储机构内的水倒入雨量量筒中，读取本次模拟的总降雨量，作为雨量标准值；
16.(4)按以下公式计算光学雨量传感器测得的雨量结果与雨量标准值的绝对误差；
17.式中：δ为相对误差；v为被测光学雨量传感器的雨量示值，单位mm；v0为雨量量筒测得的雨量标准值，单位mm。
18.本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
19.本发明中的光学雨量传感器模拟检测装置，可以不受时间、不受气象条件限制实时模拟降雨，提高检测效率和检测精度。解决光学雨量传感器无降雨检测装置难题，为国内气象部门首台用于光学雨量传感器的计量检测装置。同时，提出了用于光学雨量传感器测量精度的计量方法，解决光学雨量传感器雨量测量误差的溯源问题，利用10mm雨量量筒为计量标准器，将光学雨量传感器的测量结果与计量标准器测得结果相比较，检测其测量误差。检测装置与计量方法实现光学雨量传感器的实验室检测，同时也可作为现有雨量检测装置的补充，拓展至压电式雨量传感器、翻斗式雨量传感器的检测工作。
附图说明
20.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
21.图1为本发明光学雨量传感器模拟检测装置的结构示意图；
22.图2是本发明光学雨量传感器雨量量值溯源方案图。
23.附图标记说明：1、降雨模拟器；2、承水器；3、漏斗；4、储水瓶；5、雨量量筒；6、固定支架；7、降雨状态监测器；8、温度传感器；9、光学雨量传感器。
具体实施方式
24.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
25.如图1和2所示，本实施例提供一种光学雨量传感器模拟检测装置，包括降雨模拟器、雨量收集存储机构、支架和降雨状态监测器；所述雨量收集存储机构、所述支架和降雨状态监测器均设置于所述降雨模拟器下方，所述支架上设置有光学雨量传感器。
26.于本具体实施例中，降雨模拟器1为光学雨量传感器模拟检测装置的降雨模拟发
生装置，有效降雨面积不小于2m2，雨滴大小可调节，降雨强度模拟范围10-80mm/h。
27.雨量收集存储机构包括承水器2、漏斗3和储水瓶4，承水器的承水口内径为20cm，内径制造误差应≤0.6mm，且不允许有负误差。
28.雨量量筒5，为雨量计量标准器，用于测量储水瓶4内收集到的降水量。为无色透明的玻璃制造，并经良好的退火处理。雨量量筒的测量范围为0.05～10mm，刻度范围应为0.05～10.5mm，分度值应为0.1mm，最大允许误差：
±
0.03mm(示值范围≤2mm)，
±
0.05mm(示值范围＞2mm)。
29.固定支架6，用于固定待检光学雨量传感器，安装支架高度可调节。
30.降雨状态监测器7，用于实时测量降雨模拟器1的雨强和雨量；具有数据输出通讯接口，可快速向外输出数据。
31.温度传感器8，为降雨模拟器1内部温度监测设备。
32.光学雨量传感器9，为被检测对象。
33.光学雨量传感器雨量测量误差的计量方法为，将光学雨量传感器9安装在固定支6上，调整固定支架6的高度，使光学雨量传感器9与承水器2的承水口2高度一致。清空储水瓶4内积水，确保雨量器各部件安装正确。开启降雨模拟器1，设置降雨量和雨强，启动降雨模拟器1，开始检测。在降雨量固定，已知降雨时间和有效降雨面积的情况下，也可计算出模拟雨强。检测结束后，取出储水瓶4，利用雨量量筒5量取总降雨量，作为雨量标准值。将光学雨量传感器9的测量结果与雨量标准值比较，计算其雨量测量误差。
34.具体计量方法如下：
35.(1)将待测光学雨量传感器9安装在降雨模拟器1内，安装在固定支架6上，调整固定支架6的高度，使待测光学雨量传感器9的感应面与承水器2的承水口高度基本一致。承水器2、漏斗3和储水瓶4按照图1摆放好。
36.(2)启动降雨模拟器1，按照一定的降雨强度模拟降雨。降雨结束后，停止降雨模拟器1。
37.(3)取出储水瓶4，将储水瓶4内的水倒入雨量量筒5中，读取本次模拟的总降雨量，作为雨量标准值。
38.(4)按以下公式计算光学雨量传感器9测得的雨量结果与雨量标准值的绝对误差。
[0039][0040]
式中：δ为相对误差；v为被测光学雨量传感器的雨量示值，单位mm；v0为雨量量筒测得的雨量标准值，单位mm。
[0041]
下面将结合本技术实施例中的附图，对光学雨量传感器雨量量值溯源方案图进行清楚、完整地描述。
[0042]
光学雨量传感器雨量量值溯源方案图如图2所示。若客户使用的光学雨量传感器9的测量误差为
±
5％。当降雨量为10mm时，其测量绝对误差为
±
0.5mm。通常计量标准器的技术指标的选取范围为被测仪器最大允差值(1/3～1/10)。光学雨量传感器模拟检测装置中计量标准器为雨量量筒5，其最大允许误差：
±
0.03mm(示值范围≤2mm)，
±
0.05mm(示值范围＞2mm。当降雨量为10mm时，雨量量筒5的最大允许误差约为被测设备测量误差的1/10，满足计量要求。雨量量筒5可送至省级计量科学研究院进行检定，其计量标准器为标准玻璃量
器，检定依据为jjg524-1988《雨量器和雨量量筒》。从而建立雨量-容积-质量(si基本单位)的溯源链。
[0043]
需要说明的是，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
[0044]
本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。