一种基于脉冲相干雷达技术的自动蒸发站结构

摘要

本发明公开了一种基于脉冲相干雷达技术的自动蒸发站结构，包括数字雨量计、设备控制柜、中控台和蒸发桶，蒸发桶的外侧设置有水圈，水圈的外侧设置有固定土圈，固定土圈的外侧设置有土圈防塌墙，固定土圈的一侧安装有伸缩杆，伸缩杆的顶端安装有旋转轴，旋转轴的顶端安装有旋转电机，旋转轴的一端安装有连接杆，连接杆的一端安装有传感器，其传感器用于监测蒸发桶内部水位高度。本发明通过设计一种蒸发站的结构，根据蒸发站的特性结合采用脉冲相干雷达对现有人工蒸发站直接进行液位观测获得直观数据，加装中控芯片和比例阀门控制进出水口后，即可直接将现有已安装人工蒸发站升级为自动蒸发站。

说明书

技术领域

本发明涉及蒸发站领域，特别涉及一种基于脉冲相干雷达技术的自动蒸发站结构。

背景技术

蒸发站一般针对周边环境，实时监测温度、湿度、蒸发等多种气象参数，气象观测要素的配置方式可以根据项目的实际情况进行灵和配置，目前主流的自动蒸发站普遍采用浮子来检测液位，该项技术则额外需要在蒸发桶外建立搭载连通器的百叶箱才能实现自动蒸发的检测。该类自动蒸发站是由一台数字式水位计和一个有单片机为核心的电气控制装置组成的一台机电一体化设备，它用于检测蒸发桶水位，控制补水泵动作。水位计由静水桶、光电旋转编码器、浮子、平衡重锤、固定于光电旋转编码器转轴上的圆形钢丝绳挂轮，以及光电旋转编码器保护罩、底座等。蒸发计的静水桶埋于观测现场的土中，静水桶下部通过连通管与蒸发桶连接，与蒸发桶形成连通结构，实现两者水面同步变化。

因此现有自动蒸发站由于受到浮子水位计检测液面的技术限制，必须建设一个与蒸发桶液面相连的净水桶，并通过检测连通器中净水桶的液面来间接检测蒸发桶中液面。这种类型的自动蒸发桶默认净水桶无蒸发存在，然而实际使用中会发现包含净水桶的百叶箱内壁会出现水珠及凝雾，所以必然使得该类自动蒸发站测得的蒸发量误差变大。

该类自动蒸发站内净水桶的液面高低控制浮子的上下浮动，在补水时由于液面出现大幅度倾斜，容易发生浮子接触内壁现象，则会导致补水时发生长时间蒸发量为0现象。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种基于脉冲相干雷达技术的自动蒸发站结构。

为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：

本发明一种基于脉冲相干雷达技术的自动蒸发站结构，包括数字雨量计、设备控制柜、中控台和蒸发桶，所述蒸发桶的外侧设置有水圈，所述水圈的外侧设置有固定土圈，所述固定土圈的外侧设置有土圈防塌墙，所述固定土圈的一侧安装有伸缩杆，所述伸缩杆的顶端安装有旋转轴，所述旋转轴的顶端安装有旋转电机，所述旋转轴的一端安装有连接杆，所述连接杆的一端安装有传感器，其传感器用于监测蒸发桶内部水位高度，所述蒸发桶的顶端一侧安装有进水口，所述进水口的中部安装有第一比例阀，所述蒸发桶的底端一侧安装有出水口，所述出水口的中部安装有第二比例阀。

作为本发明的一种优选技术方案，所述传感器的底端安装有雷达探头模块，所述雷达探头模块的顶端安装有外壳，所述外壳的表面两侧安装有红外距离探测器，所述外壳的顶端安装有固定圈，所述固定圈的顶侧安装有活动圈，且活动圈和外壳为固定连接，所述活动圈表面安装有调节螺栓，所述活动圈和固定圈通过调节螺栓螺纹连接，所述活动圈的内侧设置有圆水准泡装置，圆水准泡装置用于测定传感器的水平位置。

作为本发明的一种优选技术方案，所述蒸发桶的顶端表面两侧安装有感应块，且感应块为同一水平线设置，所述红外距离探测器和感应块为角度对应设置。

作为本发明的一种优选技术方案，所述连接杆和传感器通过固定圈和固定螺栓为螺纹固定连接，所述连接杆和旋转轴为固定连接，所述旋转电机和旋转轴为传动连接，所述旋转轴和伸缩杆为固定连接，所述伸缩杆内部设置有液压升降装置，其伸缩杆底端设置于固定土圈内部底端。

作为本发明的一种优选技术方案，所述蒸发桶的直径为61.8cm，所述固定土圈位于水圈底端处设置有压实土，其余固定土圈均为堆积土。

作为本发明的一种优选技术方案，所述设备控制柜分别与伸缩杆、旋转电机、第一比例阀、第二比例阀和传感器电性连接，所述传感器包含有电子模块，其电子模块包含有MCU微控芯片、无线传输模块、雷达探头模块和红外探测器，其中MCU微控芯片分别与无线传输模块、雷达探头和红外距离探测器为电性连接。

作为本发明的一种优选技术方案，所述旋转电机为伺服电机结构设置，且旋转电机包含有减速箱，所述旋转轴和连接杆之间设置有腋撑结构。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

1：本发明通过设计一种蒸发站的结构，根据蒸发站的特性结合采用脉冲相干雷达对现有人工蒸发站直接进行液位观测获得直观数据，加装中控芯片和比例阀门控制进出水口后，即可直接将现有已安装人工蒸发站升级为自动蒸发站。

2：本发明经由改变脉冲相干雷达的安装方式，结合旋转结构和升降结构，使装配后的脉冲相干雷达传感器能够根据现实需求，方便工作人员的定期巡检和维护，特别是设置于蒸发桶一侧的预埋升降结构，可避免工作人员需要攀高检修等危险工作流程。

3：本发明通过结合实时监测的模块组合，删去传统蒸发站所需要的液面浮子和净水桶等结构，特别是传统蒸发站中较容易老化的光电旋转编码器、浮子、平衡重锤、固定于光电旋转编码器转轴上的圆形钢丝绳挂轮等设备，精简蒸发站的整体土建和安装结构，不仅能够达到反馈信息灵敏，同时具有性价比高和绿色工程的特点。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明的俯视结构示意图；

图3是本发明的传感器结构示意图；

图4是本发明的模块结构示意图；

图中：1、蒸发桶；2、水圈；3、固定土圈；4、土圈防塌墙；5、伸缩杆；6、旋转轴；7、旋转电机；8、连接杆；9、传感器；10、进水口；11、第一比例阀；12、出水口；13、第二比例阀；14、雷达探头模块；15、外壳；16、红外距离探测器；17、固定圈；18、活动圈；19、调节螺栓；20、圆水准泡装置；21、感应块。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

如图1-4所示，本发明提供一种基于脉冲相干雷达技术的自动蒸发站结构，包括数字雨量计、设备控制柜、中控台和蒸发桶1，蒸发桶1的外侧设置有水圈2，水圈2的外侧设置有固定土圈3，固定土圈3的外侧设置有土圈防塌墙4，固定土圈3的一侧安装有伸缩杆5，伸缩杆5的顶端安装有旋转轴6，旋转轴6的顶端安装有旋转电机7，旋转轴6的一端安装有连接杆8，连接杆8的一端安装有传感器9，其传感器9用于监测蒸发桶1内部水位高度，蒸发桶1的顶端一侧安装有进水口10，进水口10的中部安装有第一比例阀11，蒸发桶1的底端一侧安装有出水口12，出水口12的中部安装有第二比例阀13。

进一步的，传感器9的底端安装有雷达探头模块14，雷达探头模块14的顶端安装有外壳15，外壳15的表面两侧安装有红外距离探测器16，外壳15的顶端安装有固定圈17，固定圈17的顶侧安装有活动圈18，且活动圈18和外壳15为固定连接，活动圈18表面安装有调节螺栓19，活动圈18和固定圈17通过调节螺栓19螺纹连接，活动圈18的内侧设置有圆水准泡装置20，圆水准泡装置20用于测定传感器9的水平位置。

蒸发桶1的顶端表面两侧安装有感应块21，且感应块21为同一水平线设置，红外距离探测器16和感应块21为角度对应设置。

连接杆8和传感器9通过固定圈17和固定螺栓为螺纹固定连接，连接杆8和旋转轴6为固定连接，旋转电机7和旋转轴6为传动连接，旋转轴6和伸缩杆5为固定连接，伸缩杆5内部设置有液压升降装置，其伸缩杆5底端设置于固定土圈3内部底端。

蒸发桶1的直径为600～650cm，固定土圈3位于水圈2底端处设置有压实土，其余固定土圈3均为堆积土。

设备控制柜分别与伸缩杆5、旋转电机7、第一比例阀11、第二比例阀13和传感器9电性连接，传感器9包含有电子模块，其电子模块包含有MCU微控芯片、无线传输模块、雷达探头模块14和红外探测器，其中MCU微控芯片分别与无线传输模块、雷达探头和红外距离探测器16为电性连接。

旋转电机7为伺服电机结构设置，且旋转电机7包含有减速箱，旋转轴6和连接杆8之间设置有腋撑结构。

具体的，传感器9居于蒸发桶1上方0.5m至1.5m范围内，主要通过其顶表面的圆水准泡装置20结合调节螺栓19的调节，保证雷达探头模块14的绝对水平，传感器9对蒸发桶内液面进行全天候监测，通过MCU微控芯片接收传感器9所收集的信号，经由无线传输模块输出至设备控制柜中，通过设备控制柜控制第一比例阀11和第二比例阀13；

由于本发明对溢流采用的是主动溢流法，即当传感器9发现液位高于设置范围上限，记录当时液位，后打开第二比例阀13，将蒸发桶1内多余水释放，此时当传感器9检测液位恢复到设置范围内后，关闭第二比例阀13，此时传感器记录当下液位，通过两次液位差直观获取溢流液位差∑h

同理当传感器9发现液位过低，记录当前液位，并打开进水口10的第一比例阀11加水，当传感器9检测到液位恢复设定正常范围后，关闭第一比例阀11停止加水，并记录此时液位，计算获得加水液位差∑h

因此日蒸发量按国标SL 630-2013水面张恒能发观测规范计算可得：

E＝P-∑h

式中E为日蒸发量；P为日降水量；∑h

根据上述计算式可得知，现有的传感器9所搭载的雷达探头模块14能够直接通过感应数据计算出对应的日蒸发量，同时所计算出的结果均能通过无线传输模块输出至室内中控台中，室内部分包含固态存储部分，将自动蒸发站所有测量数据，包括不限于，蒸发、溢流、加水等数据保存至少2年，传感器9表面同时搭载有线缆连接口和雨量数据连接口，使传感器9可与数字雨量计、外接电源和比例阀以及其它拓展设备相连接。

本发明还根据所安装的传感器9设置有对应的伸缩杆5和连接杆8结构，在传感器9需要按时检修或监测其准确值时，可将传感器9直接降下避免工作人员登高维修，特别是伸缩杆5主要预埋至固定土圈3内部，在整体降下后能够直接落至成年人身高能及的高度，方便站立于地面及时查看，并且伸缩杆5顶端所搭配的旋转轴6和旋转电机7辅助传感器9从蒸发桶1中侧旋转至外侧，其中伸缩杆5所设置的液压升降装置以及旋转电机7所结合的减速箱均能够增加整体结构在转换形态过程中的稳定性；

在检修完毕传感器9需要返回时，则主要利用蒸发桶1表面两侧的感应块21，通过传感器9表面两侧的红外距离探测器16对应感应块21的位置，实现在返回原有位置时，以感应块21为基准准确返回至蒸发桶1的中部，最后即可将伸缩杆5上升至顶端即可返回监测状态。

本发明整体结构简单，结合探测技术，针对蒸发桶1的蒸发形式设计了一种可精准准确的探测结构，配合对应的计算公式即可达到监测的效果，并结合了传感器9的放置位置特性，改进并形成了可改变结构状态的伸缩杆5，能够更方便工作人员的定期巡检和装置维护，特别是相较于过去传统的蒸发站，省去了容易老化的光电旋转编码器、浮子、平衡重锤、固定于光电旋转编码器转轴上的圆形钢丝绳挂轮等设备，精简蒸发站的整体土建和安装结构，不仅能够达到反馈信息灵敏，自动化监测和节省人力资源的同时，具有性价比高和绿色工程的特点。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各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。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。