翻斗式雨量傳感器是一種廣泛應用于氣象、水文、農業及環境監測領域的高精度降水測量儀器,其核心原理基于機械翻斗結構與電子計數技術的結合,通過量化翻斗翻轉次數實現降水量的精準計量。
該傳感器主要由承雨器、翻斗機構、磁鋼-干簧管計數模塊及信號輸出接口組成。承雨器采用Φ200mm標準口徑,確保雨水收集效率;翻斗為雙穩態機械結構,由上下兩個對稱斗室構成,上斗室用于緩沖水流,下斗室作為計量單元。當雨水積累至設定閾值(通常為0.2mm降水量)時,翻斗重心偏移觸發翻轉,排出雨水并復位,每次翻轉對應一次脈沖信號輸出。磁鋼與干簧管的配合使信號觸發靈敏,接點壽命可達千萬次,確保長期穩定性。
一、承雨部件
承雨口:通常為圓形或方形的開口,用于接收降水。其口徑大小有不同規格,常見的有200mm等,不同的口徑會影響雨水的收集量和傳感器的測量范圍,需根據實際使用場景和測量精度要求來選擇。承雨口的邊緣一般經過特殊處理,以確保雨水能夠順暢地流入,且防止雨水濺出。
漏斗:位于承雨口下方,呈錐形。它的作用是將承接到的雨水匯聚并引導至翻斗機構,使雨水能夠以集中的水流形式沖擊翻斗,保證翻斗能夠準確地響應降雨量的變化。漏斗的材質通常為不銹鋼或耐腐蝕的塑料,以保證長期在戶外環境下不被腐蝕損壞。
二、翻斗機構
翻斗:是傳感器的核心部件,一般由兩個對稱的、具有一定角度的斗狀結構組成。當雨水注入翻斗時,由于水的重力作用,翻斗會發生翻轉。翻斗上通常會刻有標記線或裝有感應裝置,用于精確控制翻轉時的水量,即每次翻轉所代表的降雨量,一般為0.1mm、0.2mm、0.5mm等,具體數值依據傳感器的設計和用途而定。
轉軸:翻斗通過轉軸連接在傳感器的支架上,轉軸保證了翻斗能夠靈活地進行翻轉動作,同時承受翻斗和雨水的重量。轉軸的材質需要具備良好的耐磨性和耐腐蝕性,以確保長期穩定運行。
平衡裝置:為了使翻斗在無雨時保持在初始位置,并且在有雨時能夠準確地在設定水量下翻轉,傳感器通常配備有平衡裝置。平衡裝置可以通過調整配重或彈簧的拉力等方式,來微調翻斗的平衡狀態,使其對雨水的重量變化更加敏感和準確。
三、信號轉換與傳輸部件
信號觸發裝置:當翻斗翻轉時,會觸發信號觸發裝置。常見的觸發方式有機械觸點式、霍爾效應式等。機械觸點式是通過翻斗的翻轉帶動觸點的閉合或斷開,從而產生電信號;霍爾效應式則是利用翻斗翻轉時對霍爾元件的磁場影響,產生霍爾電壓信號。信號觸發裝置將翻斗的機械運動轉化為電信號,以便后續進行處理和計數。
計數電路:負責對翻斗翻轉次數進行計數,并將計數結果轉換為相應的降雨量數據。計數電路通常采用集成電路芯片,具有高精度、高穩定性的特點,能夠準確記錄翻斗的每一次翻轉,并根據預設的每次翻轉對應的降雨量值,計算出累計降雨量。
信號輸出接口:將計數電路處理后的降雨量數據輸出給外部設備,如數據采集器、顯示器等。信號輸出接口的類型有多種,常見的有RS485、RS232等串行通信接口,也有一些傳感器采用模擬量輸出接口,如電流環(4-20mA)或電壓輸出(0-5V)等,以滿足不同用戶的需求和接入不同的監測系統。
四、防護與安裝部件
外殼:起到保護傳感器內部部件免受外界環境影響的作用,通常采用防水、防塵、耐腐蝕的材料制成,如鋁合金、不銹鋼或工程塑料等。外殼的設計不僅要保證良好的密封性,還要考慮到散熱、透氣等因素,以確保傳感器在各種惡劣的戶外環境下能夠正常工作。
安裝支架:用于將傳感器固定在合適的位置,如屋頂、地面、桿塔等。安裝支架通常具有可調節的高度和角度,以便根據實際情況調整傳感器的安裝位置,使其能夠準確地接收雨水。同時,安裝支架還需要具備良好的穩定性和抗風能力,以保證在強風等惡劣天氣條件下傳感器不會發生晃動或傾倒。