專利名稱：測(cè)量徑流泥沙含量的連續(xù)自動(dòng)采樣裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種在進(jìn)行土壤侵蝕、水土保持、生態(tài)環(huán)境、水利工程、自然地理等學(xué)科研究時(shí)，用于連續(xù)收集地表徑流泥水便于量測(cè)徑流泥沙含量及其隨時(shí)間變化的泥水自動(dòng)采樣裝置，屬于水土流失實(shí)驗(yàn)檢測(cè)及河流泥沙變化觀測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，即G01N1/00。
為了達(dá)到本實(shí)用新型的目的所采取的技術(shù)方案包括采樣室3，位于采樣室3內(nèi)的攪拌器2，攪拌電機(jī)1，位于采樣室3下部的排水閥4，閥門控制器5，位于采樣室3側(cè)壁上的上液位探針6和下液位探針7，控制裝置；在采樣室3的一側(cè)設(shè)置有伽瑪射線輸出器10，在采樣室3的另一側(cè)配置有伽瑪射線探頭9，與伽瑪射線探頭9相連有自動(dòng)定標(biāo)器12。
上述的測(cè)量徑流泥沙含量的連續(xù)自動(dòng)采樣裝置的控制裝置包括單片機(jī)8，安裝在采樣室3上位于下液位探針7下方的零線探針13，將上液位探針6、下液位探針7及零線探針13與單片機(jī)8連接起來的液位檢測(cè)電路，閥門控制器5，將閥門控制器5與單片機(jī)8連接起來的排水閥控制電路，以及攪拌電機(jī)控制電路。
上述的測(cè)量徑流泥沙含量的連續(xù)自動(dòng)采樣裝置中，在自動(dòng)定標(biāo)器12與控制裝置之間接有工控計(jì)算機(jī)11。
上述的測(cè)量徑流泥沙含量的連續(xù)自動(dòng)采樣裝置中的攪拌器2可以是攪拌桿或葉片，也可以用振動(dòng)攪拌或磁力攪拌代替。
本實(shí)用新型具有如下優(yōu)點(diǎn)由于組成結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，因此安裝也方便，工作性能可靠，使用壽命長(zhǎng)；由于裝置各個(gè)部件均通過單片機(jī)系統(tǒng)與探針能夠很好地控制和協(xié)調(diào)動(dòng)作，所以該系統(tǒng)能夠很好地進(jìn)行徑流泥水連續(xù)地收集采樣及泥沙含量的測(cè)量工作，自動(dòng)化程度高，為徑流泥沙含量現(xiàn)場(chǎng)快速、實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確測(cè)量提供了有力的保證。
圖3為本實(shí)用新型測(cè)量徑流泥沙含量的連續(xù)自動(dòng)采樣裝置的控制部分的電路圖。
具體實(shí)施方案
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型測(cè)量徑流泥沙含量的連續(xù)自動(dòng)采樣裝置作進(jìn)一步的說明。
如

圖1所示，1為攪拌電機(jī)，2為攪拌器，攪拌方式可采用多種方式，如用攪拌桿或葉片在采樣室中直接攪拌，也可振動(dòng)攪拌或磁力攪拌等，在本實(shí)施例中，采用了葉片式攪拌器；3為采樣室，其形狀不限，可以是方形，也可以是圓柱形，還可以是鼓型等，其制作材料也不限，可以是金屬，也可以是有機(jī)玻璃或塑料等其他材料，本實(shí)施例中，其容積設(shè)計(jì)為8×8×15cm，弧形的底部有利于攪拌均勻，防止泥沙淤積；4為排水閥，5為閥門控制器，通過閥門控制器5控制排水閥4實(shí)時(shí)打開或關(guān)閉；6為上液位探針，7為下液位探針，8為市售的型號(hào)為8051的MCS-51單片機(jī)，10為伽瑪射線輸出器，9為與伽瑪射線輸出器10相對(duì)應(yīng)的伽瑪射線探頭，11是型號(hào)為PC104的工控計(jì)算機(jī)，12為自動(dòng)定標(biāo)器，13為零線探針Y3。
如圖3所示，首先，圖的右下方是電源供電部分電路，它將220v交流電源轉(zhuǎn)換為直流5v電壓以供單片機(jī)及其他電路所需；其次，左下方是采樣室中液位檢測(cè)電路，包括上液位探針Y1，下液位探針Y2以及零線探針Y3，分別與可調(diào)電阻R16和R17相連接，信號(hào)分別經(jīng)過比較器A和B，然后經(jīng)LL和LH與單片機(jī)8相連，該電路通過上液位探針6即探針Y1和下液位探針7即探針Y2與零線探針Y3是否導(dǎo)通來獲取信號(hào)，并且由LH和LL兩路把信號(hào)傳輸給單片機(jī)8，對(duì)液位進(jìn)行檢測(cè)判斷；第三部分電路是右上方的排水閥控制電路，包括與單片機(jī)8相連的J3，電阻R1，三極管N1，繼電器JDQ1，J4，電阻R6，三極管N2以及繼電器JDQ2，該電路通過單片機(jī)8對(duì)來自液位信號(hào)的處理作出判斷，而后單片機(jī)8向J3或J4發(fā)出關(guān)閉或打開信號(hào)，由閥門控制器5進(jìn)行排水和關(guān)閉動(dòng)作，控制排水閥4實(shí)時(shí)打開或關(guān)閉；第四部分電路是攪拌電機(jī)控制電路，它包括了與單片機(jī)8相連的F，電阻R15，三極管N3以及繼電器JDQ3，由單片機(jī)8控制攪拌電機(jī)；最后部分是圖左上方的J5，是單片機(jī)8與PC104工控計(jì)算機(jī)11進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸接口部分。圖2表明了上述電路的邏輯控制關(guān)系。
本實(shí)用新型是利用一個(gè)容器作為收集徑流泥水的采樣室，考慮到無論是在室內(nèi)人工模擬降雨，還是在野外天然降雨，坡面產(chǎn)生的地表徑流流量大小是隨機(jī)變化的，所以采樣室的側(cè)壁裝有兩對(duì)液位探針，通過這兩對(duì)液位探針來感知采樣室中液位的變化，而后通過控制系統(tǒng)來控制排水閥實(shí)時(shí)打開或關(guān)閉，以保證提供測(cè)量必需的泥水量。同時(shí)，對(duì)流入采樣室中的泥水進(jìn)行連續(xù)不斷地?cái)嚢枰苑乐故占膹搅髂嗨l(fā)生沉淀導(dǎo)致嚴(yán)重影響測(cè)量精度。通過上述方法設(shè)計(jì)的徑流泥水自動(dòng)采樣裝置能夠很好地實(shí)現(xiàn)用伽瑪射線透射法實(shí)時(shí)、在線、快速測(cè)量徑流泥沙含量及其隨時(shí)間的變化過程。
本實(shí)用新型裝置的工作原理及工作過程是當(dāng)坡面有徑流產(chǎn)生時(shí)，通過導(dǎo)流槽將徑流泥水引入采樣室中；MCS-51單片機(jī)通過J3信號(hào)電路向閥門控制器發(fā)出關(guān)閉信號(hào)，排水閥關(guān)閉，同時(shí)也通過F信號(hào)電路向攪拌器發(fā)出啟動(dòng)信號(hào)，開始不停攪拌；隨著徑流泥水不斷流入采樣室，采樣室中的泥水液面不斷上升。當(dāng)液面達(dá)到下液位探針Y2時(shí)，Y2與Y3導(dǎo)通；MCS-51單片機(jī)通過LL信號(hào)電路接收到下液位探針Y2的信號(hào)，MCS-51單片機(jī)馬上通過串行口向PC104工控計(jì)算機(jī)11發(fā)出信號(hào)；PC104工控計(jì)算機(jī)11馬上啟動(dòng)定標(biāo)器12，定標(biāo)器12開始連續(xù)采集伽瑪射線探頭9所獲得的伽瑪射線強(qiáng)度，而此伽瑪射線強(qiáng)度大小由伽瑪射線輸出器10發(fā)出的透過泥水溶液的濃度高低所決定。而后定標(biāo)器12把伽瑪射線強(qiáng)度數(shù)據(jù)傳輸?shù)絇C104工控計(jì)算機(jī)11，通過運(yùn)算處理可得相應(yīng)的泥沙含量。泥沙含量測(cè)量系統(tǒng)就如此不斷地測(cè)量。隨著徑流泥水不斷流入采樣室，采樣室液面不斷上升；當(dāng)液面達(dá)到上液位探針Y1位置時(shí)，Y1和Y3也導(dǎo)通；MCS-51單片機(jī)通過LH信號(hào)電路接受到上液位探針Y1的信號(hào)，通過J4信號(hào)電路向閥門控制器發(fā)出打開排水閥信號(hào)，排放采樣室中的泥水，液面下降；當(dāng)液面下降到下液位探針位置Y2時(shí)，即Y1和Y2與Y3均斷開；MCS-51單片機(jī)隨即通過J3信號(hào)電路向閥門控制器發(fā)出關(guān)閉信號(hào)，關(guān)閉排水閥，液面又上升。通過MCS-51單片機(jī)根據(jù)液面變化實(shí)時(shí)控制排水閥關(guān)閉與打開，無論地表徑流流量大小如何變化，也可以很好地將采樣室內(nèi)的液位控制在一定高度上，這樣就能夠很好地用伽瑪射線透射法實(shí)時(shí)、在線、快速地測(cè)量徑流泥沙含量，并且可很好地反映其隨時(shí)間的變化過程。
權(quán)利要求1.一種測(cè)量徑流泥沙含量的連續(xù)自動(dòng)采樣裝置，其特征在于，它包括采樣室(3)，位于采樣室(3)內(nèi)的攪拌器(2)，攪拌電機(jī)(1)，位于采樣室(3)下部的排水閥(4)，閥門控制器(5)，位于采樣室(3)側(cè)壁上的上液位探針(6)和下液位探針(7)，控制裝置；在采樣室(3)的一側(cè)設(shè)置有伽瑪射線輸出器(10)，在采樣室(3)的另一側(cè)配置有伽瑪射線探頭(9)，與伽瑪射線探頭(9)相連有自動(dòng)定標(biāo)器(12)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)量徑流泥沙含量的連續(xù)自動(dòng)采樣裝置，其特征在于，所述的控制裝置包括單片機(jī)(8)，安裝在采樣室(3)上位于下液位探針(7)下方的零線探針(13)，將上液位探針(6)、下液位探針(7)及零線探針(13)與單片機(jī)(8)連接起來的液位檢測(cè)電路，閥門控制器(5)，將閥門控制器(5)與單片機(jī)(8)連接起來的排水閥控制電路，以及攪拌電機(jī)控制電路。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的測(cè)量徑流泥沙含量的連續(xù)自動(dòng)采樣裝置，其特征在于，所述的液位檢測(cè)電路包括上液位探針Y1，下液位探針Y2以及零線探針Y3，分別與可調(diào)電阻R16和R17相連接，信號(hào)分別經(jīng)過比較器A和B，然后經(jīng)LL和LH與單片機(jī)(8)相連；排水閥控制電路包括與單片機(jī)(8)相連的J3，電阻R1，三極管N1，繼電器JDQ1，J4，電阻R6，三極管N2以及繼電器JDQ2；攪拌電機(jī)控制電路包括了與單片機(jī)(8)相連的F，電阻R15，三極管N3以及繼電器JDQ3。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的測(cè)量徑流泥沙含量的連續(xù)自動(dòng)采樣裝置，其特征在于，在自動(dòng)定標(biāo)器(12)與控制裝置之間接有工控計(jì)算機(jī)(11)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)量徑流泥沙含量的連續(xù)自動(dòng)采樣裝置，其特征在于，攪拌器(2)可以是攪拌桿或葉片，也可以用振動(dòng)攪拌或磁力攪拌代替。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)量徑流泥沙含量的連續(xù)自動(dòng)采樣裝置，其特征在于，采樣室(3)的形狀可以是方形或圓柱型，也可以是鼓型。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)量徑流泥沙含量的連續(xù)自動(dòng)采樣裝置，其特征在于，排水閥(4)安裝在采樣室(3)的底部。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)量徑流泥沙含量的連續(xù)自動(dòng)采樣裝置，其特征在于，采樣室(3)的底部為弧形。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種用于連續(xù)收集地表徑流泥水便于量測(cè)徑流泥沙含量的裝置，屬于G01N 1/00領(lǐng)域。技術(shù)方案包括采樣室3，攪拌器2，排水閥4，閥門控制器5，采樣室3側(cè)壁上的上液位探針6和下液位探針7，控制裝置；在采樣室3的兩側(cè)分別設(shè)有伽瑪射線輸出器10、伽瑪射線探頭9及自動(dòng)定標(biāo)器12。本裝置具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝方便，工作性能可靠，使用壽命長(zhǎng)，自動(dòng)化程度高等優(yōu)點(diǎn)，為徑流泥沙含量現(xiàn)場(chǎng)快速、實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確測(cè)量提供了有力的保證。
文檔編號(hào)G01N35/10GK2548152SQ0223823
公開日2003年4月30日 申請(qǐng)日期2002年6月26日 優(yōu)先權(quán)日2002年6月26日
發(fā)明者雷廷武, 趙軍, 王輝, 劉清坤 申請(qǐng)人:中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)