專利名稱：采用光纖測量的雨量計和鐵路防災雨量監測系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種測量降雨量的雨量計，尤其涉及一種采用光纖測量方式的雨量計，本發明同時還涉及一種采用該雨量計的鐵路防災雨量監測系統。
背景技術：
現有技術中，常用的雨量計主要為機械式雨量計，其中一種是虹吸式雨量計，另一種是翻斗式雨量計。此外，還有少量的雷達雨量計、光學雨量計和壓力雨量計等。在實際使用中，以虹吸式雨量計和翻斗式雨量計占多數。其中，虹吸式雨量計通過測量浮子室中浮子的高度變化和虹吸次數來統計降雨量，而翻斗式雨量計通過記錄翻斗預設值和翻斗的翻轉次數實現降雨量的統計。在上述雨量計中，配置了記錄浮子變化狀態和翻斗反轉次數的電路系統和模數轉換系統。在鐵路防災預警系統中，當雨量計在野外布設時，利用雨量計對降雨量進行測量和記錄，需要對雨量計遠程供電，然后通過通信線路將數據傳輸給位于監控中心的數據存儲和處理設備。除極少數雨量計安裝太陽能電池外，多數雨量計都采用從遠端拉設電力線路進行供電，施工很不方便。近年來，人們曾研究出采用無線通信方式傳輸雨情數據的雨量計。如申請號為201110250185. 8的中國發明專利申請中公開的帶無線數據傳輸器的翻斗式雨量計。該雨量計主要由外筒、以及在外筒內部從上而下依次設置的上翻斗、計量翻斗、承雨器構成，計量翻斗連接數據采集器，數據采集器與設置在密封箱內的GPRS無線數據傳輸器連接。該雨量計通過增設無線數據傳輸器實現數據的無線傳輸。此外，該雨量計還包括安裝于支撐架上的太陽能電池板和與太陽能電池板連接的蓄電池，蓄電池與數據采集處理器和GPRS無線數據傳輸器連接，為數據采集處理器和GPRS無線數據傳輸器供電。所以，此種無線數據傳輸方式仍然需要給無線數據傳輸器提供電源，無法從根本上解決雨量計的遠程供電問題。而且，無線信號容易受工頻信號等外界信號干擾，出現無規則中斷等故障，無法保證雨量計的實時數據傳輸。在鐵路運輸中，雨量監測系統作為鐵路災害預警系統的重要組成部分，需要設置的監控點非常多，且要求其具有高可靠性。而既有雨量監測系統對數據傳輸通道、供電方式都提出了較高的要求，更凸顯了設備需要供電的矛盾。因此，實踐中迫切需要提供一種無需供電且具有高可靠性的雨量計。

發明內容
本發明所要解決的技術問題在于提供一種采用光纖測量的雨量計。同時，本發明還提供了一種采用上述雨量計的鐵路防災雨量監測系統。為了達到上述發明目的，本發明采用下述技術方案一種采用光纖測量的雨量計，包括光纖雨量筒和信號處理設備，所述光纖雨量筒中包括光纖傳感器，所述光纖傳感器通過光纜與所述信號處理設備連接。
較優地，所述光纖雨量筒包括浮子室、位于所述浮子室內的浮子，以及用于測量所述浮子高度變化的光纖傳感器。進一步地，所述光纖傳感器固定在所述浮子上?；蛘撸龉饫w傳感器固定在所述浮子室上方，在所述光纖傳感器和所述浮子相對的兩個表面設置兩個同極相對的磁鐵。較優地，所述光纖雨量筒包括翻斗機構，和設置在所述翻斗機構上的反射鏡面，在所述翻斗機構附近設置光纖傳感器。較優地，所述翻斗機構包括分水器和設置在所述分水器兩側的兩個翻斗盤，所述反射鏡面設置在所述分水器上，所述光纖傳感器設置在所述翻斗機構上方的漏斗的外側。較優地，所述光纖雨量筒包括稱量架和設置在所述稱量架上方的儲水罐，以及設 置于所述稱量架上用于測量所述稱量架的形變量的光纖傳感器。進一步地，所述信號處理設備包括光調制解調模塊和處理單元，所述光纖傳感器通過光纜與所述光調制解調模塊的輸入端連接，所述光調制解調模塊的輸出端與處理單元連接。進一步地，多個所述光纖雨量筒與同一信號處理設備連接。一種包含上述雨量計的鐵路防災雨量監測系統，包括布設在雨量監測點的多個光纖雨量筒和設置在監控中心的信號處理設備，所述多個光纖雨量筒與所述信號處理設備通過光纜連接。本發明所提供的雨量計通過光纖傳感器測量降雨量，并通過光纜進行信號傳輸，省略了傳統雨量計中的電源，實現了設備的無源化，并且使得數據的傳輸過程不易受到外界信號干擾，具有很高的可靠性，尤其適用在野外雨量監測點布設。此外，本發明提供的鐵路防災雨量監測系統，將多個光纖雨量筒布置于野外不同的雨量監測點，并通過光纜與設于監控室的同一信號處理設備連接，實現對野外降雨的監測，使得鐵路防災雨量監測系統的布置更為簡單和便捷，并同時保證了信號傳輸的準確性，抗干擾能力強，可靠性高。


圖I為本發明的第一實施例中，光纖雨量筒的結構示意圖；圖2為本發明的第一實施例中，雨量計的整體結構示意圖；圖3為本發明的第二實施例中，光纖雨量筒的結構示意圖；圖4為本發明的第二實施例中，光纖雨量筒的測量原理圖；圖5為本發明的第三實施例中，光纖雨量筒的結構示意圖；圖6是本發明所提供的鐵路防災雨量監測系統的結構示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施例對本發明的發明內容進行詳細說明。本發明提供了一種采用光纖測量的雨量計，包括光纖雨量筒I和信號處理設備2，光纖雨量筒I包括用于測量雨量的光纖傳感器，光纖傳感器通過光纜與信號處理設備2連接。上述雨量計可以包括虹吸式雨量計、翻斗式雨量計和稱重式雨量計三種實施方式。在下述實施例中，分別對包含光纖傳感器的三種雨量計的具體結構和工作原理進行具體說明。第一實施例虹吸式雨量計包括光纖雨量筒I和信號處理設備2,其中，光纖雨量筒I中包含光纖傳感器15，光纖傳感器15通過光纜30與信號處理設備2連接。如圖I所示，光纖雨量筒I具有密封的外殼10,在外殼10的上部開設開口，設有承雨器11。漏斗12位于承雨器11的下方，并與承雨器11連接。在外殼10內設置支撐架10A，浮子室13設置在支撐架IOA上，當然，浮子室13也可以直接設置在外殼10的底部。漏斗12的下端伸入浮子室13的底部，在浮子室13內部設有浮子14，浮子14與光纖傳感器15固定在一起，可以在光纖傳感器15的下方固定重物16。光纖傳感器15通過光纜30與信號處理設備2連接。此外，在浮子室13的底部設置有虹吸管17的入水口，虹吸管17與浮子室13連通，當浮子室13內的水位達到虹吸高度時，虹吸管17用于迅速排空浮子室13內的雨水。
如圖I所示，該實施例中采用光纖光柵傳感器，光纖光柵傳感器與浮子14固定在一起，隨著浮子室13內雨水的積聚或排空，浮子14在水中上升或下降，從而引發光纖光柵傳感器的拉伸或壓縮，從而改變信號的光學性質，如改變光的強度、波長、頻率、相位、偏正態等。在信號處理設備2上，通過分析光纖光柵傳感器在拉伸或壓縮過程中對信號的改變，還原出浮子14在水中所受的力，從而獲得浮子室13內的水位高度。當然，光纖傳感器15也可以不與浮子14固定在一起，例如，將光纖傳感器15固定在浮子室13上方某一固定的位置。通過將兩個磁鐵以同極相對的方式設置在浮子14和光纖傳感器15的相對面上，來感測浮子14的高度變化。當浮子室13中水位發生變化時，浮子14的高度發生變化，在浮子14與光纖傳感器15之間的排斥力會引起光纖傳感器15發生形變，從而改變信號的光學性質。信號處理設備2通過分析信號的變化可以還原出浮子14與光纖傳感器15之間的相對位置變化，從而計算出浮子室13內的水位高度。如圖2所述，信號處理設備2包括光調制解調模塊21和處理單元22，光纖傳感器15通過光纜30與光調制解調模塊21的輸入端連接，光調制解調模塊21的輸出端與處理單元22連接。其中，光調制解調模塊21用于接收光纜傳輸的信號，并將其轉變為電信號，并由處理單元22進行計算，獲得一次降水過程的強度變化、起止時間和降水量。下面對采用光纖傳感器15的虹吸式雨量計的測量過程進行介紹。當降雨發生時，承雨器11接收到的雨水經漏斗12流入浮子室13，浮子14隨浮子室13內水位升高而上升，浮子14移動的過程中，引起光纖傳感器15發生形變，改變信號的光學性質，光纖傳感器15實時地將信號傳輸至信號處理設備2，從而記錄整個降雨過程。當浮子14上升到一定高度時,浮子室13內的水位達到虹吸高度，虹吸管17發生虹吸，將浮子室13內的雨水排出。虹吸結束時，浮子14歸零位，隨著降雨的進行，浮子室13內的雨水開始新一輪的積聚，同時，光纖傳感器15將光信號發送至信號處理設備2進行降雨記錄，如此重復。信號處理設備2中的光調制解調模塊21接收到光纖傳感器15的信號，對其進行解調，獲得實時信號，通過實時信號與原始信號的對比，判斷浮子室13內的水位高度，記錄水位的變化曲線，并通過該曲線計算出降雨時間、降雨量及降雨強度。第二實施例翻斗式雨量計包括光纖雨量筒I和信號處理設備2，該實施例中信號處理設備2的結構與第一實施例相同，在此不再贅述。如圖3所示，光纖雨量筒I包括承雨器41、位于承雨器41下方的漏斗42和位于漏斗42下方的翻斗機構43。結合圖4可知，翻斗機構43具有設置在底座支架44上的分水器43A和分別設置于分水器43A兩側的兩個翻斗盤43B，翻斗機構43通過軸承43C與底座支架44可旋轉地連接。在分水器43A上設置反射鏡面55，將光纖光柵傳感器45設置在漏斗42的外側或者將光纖光柵傳感器45設置在分水器43A附近的其他位置，光纖傳感器45中具有接收光纖，用于接收經過反射鏡面55反射的光纖，光纖傳感器45通過光纜60與信號處理設備2連接。當翻斗機構43發生翻轉時，光纖傳感器45的信號發生變化，通過分析信號的變化可以獲得翻斗機構43的翻轉次數。在光纖雨量筒中還包括底座52，底座52上設有對應翻斗盤43B的盛水器皿46，為了保證翻斗機構43的正常翻轉，可以在翻斗機構43上設置用于調節翻斗機構43平衡的調
平裝置。 此外，為了同時保證翻斗式雨量計在中小雨及強降雨時的測量精度，可以在翻斗雨量計中同時設置兩套翻斗機構，兩套翻斗機構中的翻斗盤采用不同的預設值。例如圖3中所示，在盛水器46下方設置出水口，并在該出水口下方依次設置漏斗47、翻斗機構48、用于固定翻斗機構48的底座支架49和盛水器皿51，盛水器皿51固定在底座52上，在底座52上方可以設置圓柱形的不銹鋼外殼，將整個光纖雨量筒包裹于外殼內，防止上述機械結構因生銹或者雜質阻塞而停止正常翻轉。同理，可以在翻斗機構48上設置反射鏡面55，并將光纖光柵傳感器50設置在漏斗47外側。當翻斗機構48發生翻轉時，光纖傳感器50中的接收信號發生變化，通過分析信號的變化可以獲得翻斗機構48的翻轉次數。在該雨量計中，將翻斗機構43中的翻斗預設值設定為較小的值，例如O. 1mm，將翻斗機構48的翻斗預設值設為相對較大的值，例如O. 5mm或者1_，這樣可以同時保證大雨和小雨的測量精度。下面對采用光纖光柵傳感器45和50的翻斗式雨量計的工作過程進行介紹。承雨器41接收降雨，并通過漏斗42和分水器43A進入翻斗盤43B中，當翻斗盤43B中的雨水達到預設值時，翻斗機構43在雨水的重力作用下翻轉，倒空翻斗盤43B中的雨水，同時由另一個翻斗盤43B開始接收雨水。在翻斗機構43的翻轉過程中，反射鏡面55發生傾斜，光路發生改變，光纖光柵傳感器45接收的光信號發生改變，從而光纖光柵傳感器45實現一次計數。在降雨過程中，翻斗機構43不斷翻轉，使得光纖光柵傳感器45不斷計數，從而實現降雨量的累積和統計。翻斗機構48和光纖傳感器50的工作過程與上述翻斗機構43和光纖傳感器45的工作過程類似，唯一的區別在于，光纖傳感器45和50發生一次計數，所對應的降雨量不同，分別等于對應翻斗機構的翻斗預設值，通過翻斗預設值和翻斗次數可以計算出降雨量。第三實施例稱重式雨量計包括光纖雨量筒I和信號處理設備2，該實施例中的信號處理設備2的結構與第一實施例相同，在此不再贅述。如圖5所不,該實施例中光纖雨量筒I具有密封的外殼70,在外殼70上側的開口處，設有承雨器71，漏斗72位于承雨器71的下方，并與承雨器71連接，漏斗72的下端伸入儲水罐73底部。在外殼10內設置稱量架74，儲水罐73設置在稱量架74上方，在稱量架74上對應于儲水罐73的位置設置有光纖光柵傳感器75，光纖光柵傳感器75通過測量稱量架74在雨水作用下的形變量來獲得儲水罐73內雨水的重量。光纖光柵傳感器75通過光纜80與信號處理設備2連接。此外，在儲水罐73的底部設置有虹吸管76的入水口，虹吸管76與儲水罐73連通，當儲水罐73內的水位達到虹吸高度時，虹吸管76用于迅速排空儲水罐73內的雨水。下面對該稱重式雨量計的測量過程進行介紹。當降雨發生時，承雨器71接收到的雨水經漏斗72流入儲水罐73 ;隨著儲水罐73內雨水的增加，稱量架74發生彎曲變形，設置在稱量架74上的光纖光柵傳感器75也發生形變,從而改變光纖光柵傳感器75中的信號；通過對光纖光柵傳感器75信號的實時監測，可以分析出稱量架74的形變量，從而測得稱量架74上方儲水罐73內雨水的重量，獲得實時降雨量。當儲水罐73內雨水積聚到一定高度時，水位達到虹吸高度，虹吸管76發生虹吸，將儲水罐73內的雨水排出。虹吸結束時，光纖光柵傳感器75的信號恢復，隨著降雨的進行，儲水罐73內的雨水開始新一輪的積聚，同時，光纖光柵傳感器75將信號發送至信號處理設備2進行降雨記錄，如此重復。信號處理設備 2中的光調制解調模塊21接收到光纖傳感器15的信號，對其進行解調，獲得實時信號，通過實時信號與原始信號的對比，判斷儲水罐73中雨水的重量，從而獲得降雨量。上面對三種雨量計中采用光纖傳感器對降雨量進行測量的過程進行了詳細描述。同理，還可以將光纖傳感器用于其他類型的雨量計進行測量，而上述實施例中采用光纖光柵傳感器也可以用其它光纖傳感器來取代。本發明所提供的雨量計中包括含有光纖傳感器的光纖雨量筒I和信號處理設備2，可以將多個光纖雨量筒I通過光纜與同一信號處理設備2連接，從而利用一個信號處理設備2對多個雨量計的雨量測量結果進行記錄和分析，簡化了雨量計的設備。而在鐵路防災雨量監測系統中，需要布置多個野外雨量監測點。因此，本發明還提供了一種利用上述雨量計的鐵路防災雨量監測系統，包括布設在不同野外雨量監測點的多個光纖雨量筒I和設置在監控中心的信號處理設備2，多個光纖雨量筒I與信號處理設備2通過光纜連接。具體來說，如圖6所示，可以將η個光纖雨量筒(光纖雨量筒I到光纖雨量筒η)布置在不同的雨量監測點，而將信號處理設備2設在監控中心，通過光纜將所有光纖雨量筒與該信號處理設備2連接，將信號處理設備2與監控中心的中央處理設備和顯示設備連接，從而實現對多個雨量監測點的降雨量的實時監測。這種雨量筒的布置方式便于對多個監測點的整體監控，不僅在雨量監測點實現了雨量測量設備的無源化，無需遠程供電，而且利用光纜傳輸信號，可以避免工頻信號等對信號的干擾，抗干擾能力強，可靠性高。綜上所述，本發明公開了一種采用光纖測量的雨量計，并同時提供了一種鐵路防災雨量監測系統，包括光纖雨量筒和信號處理設備，光纖雨量筒中包括用于測量雨量的光纖傳感器，光纖傳感器通過光纜與信號處理設備連接。該雨量計通過光纖傳感器測量降雨量，并通過光纜進行信號傳輸，避免了傳統雨量計在雨量監測點需要配置電源的要求，實現了設備的無源化。此外，可以將多個光纖雨量筒布置于野外不同的雨量監測點，并通過光纜將多個光纖雨量筒與設于監控室的同一信號處理設備連接，實現對野外降雨的監測，使得鐵路雨測量系統的布置更為簡單和便捷，并且通過光纜傳輸信號，使得數據的傳輸過程不易受到外界信號干擾，具有高的可靠性。上面對本發明所提供的采用光纖測量的雨量計和采用該雨量計的鐵路防災雨量監測系統進行了詳細的說明。對于本領域普通技術人員來說，在此基礎上所做的任何變化，都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。因此，本發明的保護范圍 應以權利要求書的保護范圍為準。
權利要求
1.一種采用光纖測量的雨量計，其特征在于 所述雨量計包括光纖雨量筒和信號處理設備； 所述光纖雨量筒中包括光纖傳感器，所述光纖傳感器通過光纜與所述信號處理設備連接。
2.如權利要求I所述的雨量計，其特征在于 所述光纖雨量筒包括浮子室、位于所述浮子室內的浮子，以及用于測量所述浮子高度變化的光纖傳感器。
3.如權利要求2所述的雨量計，其特征在于 所述光纖傳感器固定在所述浮子上。
4.如權利要求2所述的雨量計，其特征在于 所述光纖傳感器固定在所述浮子室上方，在所述光纖傳感器和所述浮子相對的兩個表面設置兩個同極相對的磁鐵。
5.如權利要求I所述的雨量計，其特征在于 所述光纖雨量筒包括稱量架、設置在所述稱量架上方的儲水罐，以及設置于所述稱量架上用于測量所述稱量架的形變量的光纖傳感器。
6.如權利要求I所述的雨量計，其特征在于 所述光纖雨量筒包括翻斗機構和設置在所述翻斗機構上的反射鏡面，在所述翻斗機構附近設置光纖傳感器。
7.如權利要求6所述的雨量計，其特征在于 所述翻斗機構包括分水器和設置在所述分水器兩側的兩個翻斗盤，所述反射鏡面設置在所述分水器上，所述光纖傳感器設置在所述翻斗機構上方的漏斗的外側。
8.如權利要求I所述的雨量計，其特征在于 所述信號處理設備包括光調制解調模塊和處理單元，所述光纖傳感器通過光纜與所述光調制解調模塊的輸入端連接，所述光調制解調模塊的輸出端與處理單元連接。
9.如權利要求I所述的雨量計，其特征在于 多個所述光纖雨量筒與同一信號處理設備連接。
10.一種包括權利要求I至9中任一項所述光纖雨量計的鐵路防災雨量監測系統，其特征在于包括布設在雨量監測點的多個光纖雨量筒和設置在監控中心的信號處理設備，所述多個光纖雨量筒與所述信號處理設備通過光纜連接。
全文摘要
本發明公開了一種采用光纖測量的雨量計和采用該雨量計的鐵路防災雨量監測系統。該雨量計包括光纖雨量筒和信號處理設備，光纖雨量筒中包括光纖傳感器，光纖傳感器通過光纜與信號處理設備連接。該鐵路防災雨量監測系統包括布設在不同雨量監測點的多個光纖雨量筒和設置在監控中心的信號處理設備，多個光纖雨量筒與信號處理設備之間通過光纜連接。本發明所提供的雨量計和鐵路防災雨量監測系統，通過光纖傳感器和機械部分的結合對降雨量進行測量，不僅在雨量監測點實現了測量設備的無源化，無需遠程供電，而且利用光纜傳輸信號，可以避免外界信號的干擾，抗干擾能力強，可靠性高。
文檔編號G08C23/06GK102879836SQ201210333228
公開日2013年1月16日 申請日期2012年9月10日 優先權日2012年9月10日
發明者馮軍 申請人:北京佳訊飛鴻電氣股份有限公司