一种虹吸式传感器的降水量采集系统的设计方案

本方案采用虹吸式降水量传感器和自动统计计算软件，实现了一种降水量采集系统。该降水量采集系统与维萨拉公司的翻斗式降水量观测设备进行了精度比对试验，试验结果表明该采集系统给出的月、日、时降水量统计结果以以及小时降水强度统计结果可信有效。

0 引言

降水量是衡量一个地区降水多少的数据。它是指从天空降落到地面上的液态和固态(经融化后)降水，没有经过蒸发、渗透和流失而在水平面上积聚的深度，单位是毫米。

气象学中常有年、月、日、12 h、6 h甚至1 h的降水量，6 h中降下来的雨雪统统融化为水，称为6 h降水量;24 h 降下来的雨雪统统融化为水，称为24 h 降水量;……一年中，降下来的雨雪统统融化为水，称为“年降水量”.单位时间的降水量称为降水强度，常用mm/h或mm/min为单位。单位时间的雨量称为雨强。

降水量资料提供了关于水分资源的依据，是国民经济建设、科学研究各部门，特别是农业、水利部门不可缺少的资料。其观测方法有人工观测和仪器自动记录两种。本设计实现了降水量的自动采集和数据统计功能，因其具备低功耗、高稳定性、高精度、可无人值守的特点，可应用于各种气象观测站。

1 硬件设计

1.1 方案设计的原理框图

降水量采集系统由降水量传感器、信号采集器和作为数据处理终端的计算机三部分组成。其组成与原理框图如图1所示。

1.2 降水量传感器

常用的降水量传感器有翻斗式和虹吸式两种。本设计采用的是R.M.YOUNG公司生产的50202型虹吸式传感器，该传感器无活动部件，敏感器件为电容传感器。传感器的测量腔体和采集漏斗外部均有保温和加热装置，用于融冰或化雪。雨或雪通过采集漏斗进入测量腔体。测量范围为0~50 mm,测量精度为±1 mm,输出信号为0~5.00 V DC,对应0~50 mm的液位高度。

进行观测时，降水通过传感器的采集漏斗进入测量腔体，使测量腔体内的液位高度发生变化，液位高度的变化值即为观测时段的降水量。当传感器的液位高度达到50 mm 时，传感器自动产生虹吸，虹吸时间为30 s左右，虹吸后，传感器的液位高度回到零。

1.3 信号采集器

信号采集器由电源模块和数据采集板组成。电源模块为降水量传感器和数据采集板提供工作电源，数据采集板采集测量降水量传感器的0~5.00 V DC 输出模拟量信号，并将模拟信号转换为液位高数字信号发送给数据处理终端。

数据采集板原理图如图2所示。