[01168786]智能人工模拟降雨装置的研制

1、课题来源与背景　　该课题来源于受北京师范大学委托开发的科研课题：“智能人工模拟降雨装置的研制”。课题后期得到北京师范大学受“十一五”国家科技支撑项目“水土流失动态监测与评价关键技术调控研究”(2007CB407204)；国家重点基础研究发展规划(973)项目“中国主要水蚀区土壤侵蚀过程与调控研究”(2007CB407204) 资助。　　该课题通过自主研发的降雨喷射系统、专用的超越离合器喷头摆动机构和具有节水功能的槽式箱体，在参照国外模拟降雨装置功能的基础上，独立研制出了拥有自主知识产权的智能人工模拟降雨系统，有效地解决了我国在水土保持和水资源利用的科学研究中长期依赖进口试验降雨装置的现状。该系统的研制成功对我国水土保持和减灾防灾研究具有重大意义。　　2、技术原理及性能指标　　工作原理的简介：该人工模拟降雨系统在计算机或控制器的控制下，给驱动电机上电，使得机械传动系统的连杆机构带动喷头靠在喷头摆动的一个极限位置；对液压系统的水泵进行上电，当液压系统的水压稳定时，设定控制器喷头的摆头的单双次和摆动频率，实现不同降雨强度的模拟降雨。根据水的消耗，地面的水源向降雨机的水箱不断的进行补水。　　该人工模拟降雨系统在供水压力0.6kg/cm^2，降雨高度2.4m时，可得到的主要技术性能参数与国际同类产品先进水平一致：即每个降雨单元的降雨面积为2m×5m，降雨强度在0～150mm/h可调，降雨均匀度＞85%，雨滴中径保持在2.19～2.33mm之间。雨滴的降落速度为2～2.9mm/s。且本系统的操作运行更可靠、更方便。采用PLC实现精确可控的高频喷射控制，模拟的降雨雨强可在无雨与特大暴雨之间按照试验需求改变；由光电测量的喷头摆动频率和喷水压力等信号的集成构成了智能化的闭环降雨控制系统；而由工业控制组态软件实现的人机交互界面，不仅直观易于操作，而且方便进行相关领域研究的数据处理。　　3、技术的创造性与先进性　　课题实现了槽式人工模拟降雨装置的集成再创新。课题利用国内首创的采用PLC结合自主设计的新型喷头摆动机构，实现精确可控的高频喷射模拟降雨，与世界同类产品先进水平同步；降雨机操作系统在结构设计上采用可调控措施，可连续（无分段）模拟降雨过程。降雨喷头在降雨机起停时能可靠地停在降雨隔罩的极限位置，有效地避免了国外同类产品的缺陷。采用本发明技术实现的计算机连续降雨程序控制目前处于国际先进水平。其中喷射频率的计算机控制获得国家新型发明专利；带回水水槽的槽式箱体结构、专用超越离合器分别获得了国家实用新型专利。　　4、技术的成熟程度，适用范围和安全性　　“智能人工模拟降雨系统”主要由五个子系统组成。各系统功能完备，各项技术指标（降雨强度、降雨均匀度和雨滴中径等）达到国际先进水平，而价格却仅不到进口同类产品的1/2。适用于我国开展水土保持和水资源利用的科学研究试验。　　5、应用情况及存在的问题　　目前该科研成果已经在北京师范大学地表过程与资源生态国家重点实验室，长江科学研究院沌口试验基地，中科院成都分院山地研究所等单位得到应用，效果良好。