翻斗式雨量传感器：精准测雨的工作原理

　　在气象台的不断发布降雨的预警、水文站对流域的降雨量的逐日统计等背景下，人们无不对那些默默无闻的“水的眼睛”——翻斗式雨量传感器的默默的付出深感敬佩。以其稳定的运行性能和高的测量精度，翻斗式雨量传感器已广泛地被各个气象、水文等领域的科研、生产、运用单位作为一套较好的“标配的装备”而广泛地应用于各地的雨量的监测中。借助对翻斗式雨量传感器的深入拆解，我们不难发现其就是一台精准的“雨水称量机”，它通过对雨水的精准“称量”，为我们提供了准确的雨量数据。

　　只有对翻斗式雨量传感器的核心构造有了深入的了解，我们才能真正地揭开其精妙的工作原理。其表面相对简单的外观却隐含了精密的设计理念，其主要由承水器、过滤的漏斗、双稳态的翻斗、磁钢、干簧管和对数据的采集模块等多个部分组成，各部分的巧妙的衔接、合理的布局，充分的发挥了其各个部分的作用，使其具有了更高的工作效率、更大的可靠性等多种优点。其中的“翻斗”正是整个设备的灵魂部件，它通过中间的隔板就将整个的斗室分成两个容积完全相等的三角斗室，从而形成了独特的“双稳态”的结构，就如同一块精准的“天平”一般，只有在承接了固定的一定量的雨水后才会“翻转”而起到其“活”的作用。

　　伴随降雨的到来，精准的翻斗式雨量传感器也就悄然地将其工作的“第一幕”拉开了。首先通过对雨水的自然汇集，将其引入顶部的专门的承水器中，其所采用的标准的口径的设计就能较好的模拟出自然状态下的雨水的承接的范围，从而对采集的雨水具有较好的代表性。而后通过承水器下方的过滤漏斗对落叶、灰尘、昆虫等杂质的有效的将其过滤掉，这一步就至关重要了，一旦这些杂质就进入了后续的部件，那么就很可能就导致了我们的翻斗的卡滞，直接就影响了我们的测量的精度。

　　采用漏斗的引流作用手段，将过滤后的雨水引入下方的翻斗组件，从而实现了对雨量的直接计量，体现了翻斗式雨量传感器的独特的计量结构。但由于工程师事先为翻斗设定的“触发阈值”都比较低，如0.1毫米或0.2毫米的降雨量对应的数据——一旦其中一个斗室承接的雨水就达到这个阈值，就会使得斗室的重力一下子就大大超过了另一个空的斗室的重力，随之而来就是打破了双稳态的平衡，从而使得翻斗一下子就迅速的翻转了过来。凭借这一翻转的动作不仅能将满斗的雨水迅速地排空出来，还能将斗壁上的磁钢的同步的运动也带动起来。

　　其核心的“数据的转化”就体现为了翻斗式雨量传感器中磁钢的运动。通过将磁钢随翻斗的翻转而将其“扫过”一根干的簧管，使得其内的电磁感应信号也随之产生一一即我们常说的“脉冲信号”。以0.1毫米的“刻度”作为计量的“标尺”似的脉冲信号的每一次的翻转都对应着一定的雨水量的产生，如0.1毫米的阈值的传感器，就对应着一个脉冲的0.1毫米的降雨量。

　　基于对这些脉冲的捕捉和对其预设的计算公式的换算，如脉冲的数量等与其对应的单个的脉冲对应的雨水量的乘积等，最终得出当时的降雨量的大小。由此可见，每当10分钟内接收到50个脉冲的信号，就表明了这10分钟的降雨量约为50×0.1=5毫米。基于巧妙的将“机械翻转+电子计数”的组合得以充分的发挥，其不仅保留了传统的机械结构的稳定性，也将了电子设备的精准性，其测量的误差都能控制在±4%以内。

　　考虑到其较大的测量误差，早就将不同强度的降雨都纳入了其自身的误差中，因此对不同强度的降雨的测量结果均具有较好的可靠性。借助其双稳态的快速翻转的特性(即翻转时间通常小于0.1秒)，就能在暴雨的涡流中避免了由雨水的溢出所带来的误差，对于小雨来说，其0.1毫米的最小的分辨率也能精准的捕捉到不易被人眼所见的“漏记”情况。正是其对不同降雨的灵活的适配性，使得它都能在各个不同的环境中都能稳稳的工作起来。

　　依托于对无形的雨水的精细的“捕捞”和“加工”，翻斗式雨量传感器就将其无形的降雨转化为了可量化的、可统计的、可利用的数据。在物联网的不断发展背景下，翻斗式雨量传感器不仅能为我们带来实时的雨量数据，还能将这些数据的实时信息远程传输到监测的平台，从而为我们对天气的预报、洪水的预警、农业的灌溉等都起到至关重要的关键的支撑作用，在人类对自然的降雨的感知上也起到了重要的“桥梁”作用。