可調(diào)式地表徑流監(jiān)測(cè)裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及水土保持監(jiān)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種可調(diào)式地表徑流監(jiān)測(cè)裝置。
[0002]
【背景技術(shù)】
[0003]徑流監(jiān)測(cè)是研究土壤侵蝕和面源污染規(guī)律的重要手段。隨著監(jiān)測(cè)技術(shù)的不斷發(fā)展，徑流自動(dòng)監(jiān)測(cè)已成為發(fā)展趨勢(shì)。集流箱、液位傳感器和堰口是目前徑流監(jiān)測(cè)的常見(jiàn)組合裝置，由于測(cè)量方法簡(jiǎn)單、泥沙不易淤積等優(yōu)點(diǎn)在明渠式地表徑流監(jiān)測(cè)中得到廣泛使用。在不同形狀的堰口中，三角堰的應(yīng)用較為普遍。三角堰口一般為倒等腰三角形，其監(jiān)測(cè)原理為，通過(guò)液位傳感器測(cè)量流經(jīng)堰口的斷面液位，再根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算徑流量和流速等流體特征。
[0004]目前，大多數(shù)徑流監(jiān)測(cè)裝置采用固定式堰口，如中國(guó)專(zhuān)利號(hào)為201110249797提出的一種三角堰坡面小區(qū)徑流流量測(cè)量系統(tǒng)，其三角堰口夾角固定為30°。由于徑流分布具有時(shí)空差異性，在不同降雨條件下的同一徑流小區(qū)內(nèi)或同一降雨條件下的不同徑流小區(qū)內(nèi)，其徑流量可能存在較大差異。在暴雨季節(jié)，徑流量變化尤為顯著。因此，固定式堰口不能滿(mǎn)足徑流量變化大的要求，需根據(jù)徑流量匹配合適的堰口，以避免堰上水頭過(guò)小或過(guò)大、并提高徑流測(cè)量的精度。
[0005]中國(guó)專(zhuān)利號(hào)為201220030903提出了一種活插式地表徑流測(cè)定裝置及系統(tǒng)，但由于活插式堰口板涉及三角堰、矩形堰、圓形堰、復(fù)合堰口或巴歇爾堰等多種堰口型式，增加了堰口板篩選和現(xiàn)場(chǎng)操作的工作量，且人工更換堰口板的方式具有一定延遲性，亦不能滿(mǎn)足針對(duì)徑流量實(shí)時(shí)變化的自動(dòng)監(jiān)測(cè)要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于，提供一種可調(diào)式地表徑流監(jiān)測(cè)裝置。該裝置由集流箱、可調(diào)式三角堰、液位傳感器、數(shù)據(jù)處理器和上位機(jī)五部分組成，可用于自動(dòng)、準(zhǔn)確地監(jiān)測(cè)不同降雨條件下的徑流。優(yōu)點(diǎn)是通過(guò)設(shè)置扇形活動(dòng)堰板和步進(jìn)電機(jī)，實(shí)現(xiàn)三角堰夾角的自動(dòng)調(diào)節(jié)，有效擴(kuò)大徑流測(cè)量量程、并提高不同降雨條件下的徑流監(jiān)測(cè)精度。
[0007]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
可調(diào)式地表徑流監(jiān)測(cè)裝置由集流箱、可調(diào)式三角堰、液位傳感器、數(shù)據(jù)處理器和上位機(jī)組成；集流箱為矩形箱體，箱體正面開(kāi)有三角堰口，背面開(kāi)有引流孔，頂蓋可拆卸；可調(diào)式三角堰固定于集流箱正面的三角堰口處，可調(diào)式三角堰的步進(jìn)電機(jī)控制器通過(guò)數(shù)據(jù)線與數(shù)據(jù)處理器連接；液位傳感器固定于集流箱頂蓋上，液位傳感器通過(guò)數(shù)據(jù)線與數(shù)據(jù)處理器連接；數(shù)據(jù)處理器通過(guò)數(shù)據(jù)線與上位機(jī)連接；
所述可調(diào)式三角堰由兩塊扇形活動(dòng)堰板、軸承、兩部步進(jìn)電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)控制器和弧形軌道組成；兩塊扇形活動(dòng)堰板的圓心端安置于軸承處，扇形活動(dòng)堰板的弧形端安置于與其相匹配的弧形軌道上；兩部步進(jìn)電機(jī)分別固定于兩側(cè)的弧形軌道上，步進(jìn)電機(jī)的齒輪與扇形活動(dòng)堰板弧形端的齒輪咬合；軸承安置于三角堰口底部正中；兩個(gè)弧形軌道分別固定于箱體正面、三角堰口上端兩側(cè)。
[0008]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn):
由于單次降雨過(guò)程中產(chǎn)生的徑流量具有實(shí)時(shí)變化特征，導(dǎo)致固定夾角的三角堰難以準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)不同降雨條件下的徑流，本發(fā)明解決了上述問(wèn)題，通過(guò)設(shè)置扇形活動(dòng)堰板和步進(jìn)電機(jī)，可視徑流液位變化實(shí)現(xiàn)三角堰夾角的自動(dòng)調(diào)節(jié)，從而有效擴(kuò)大監(jiān)測(cè)裝置的徑流測(cè)量量程、提高不同降雨條件下的徑流監(jiān)測(cè)精度。該裝置操作便捷、自動(dòng)化程度高，增強(qiáng)了實(shí)用性，廣泛適用于水土保持監(jiān)測(cè)領(lǐng)域。
【附圖說(shuō)明】
[0009]圖1為可調(diào)式地表徑流監(jiān)測(cè)裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0010]圖2為可調(diào)式地表徑流監(jiān)測(cè)裝置的可調(diào)式三角堰結(jié)構(gòu)示意圖。
[0011]圖3為可調(diào)式地表徑流監(jiān)測(cè)裝置的集流箱箱體正面示意圖。
[0012]其中:1為集流箱，11為三角堰口，12為引流孔，2為可調(diào)式三角堰，21為扇形活動(dòng)堰板，22為軸承，23為步進(jìn)電機(jī)，24為步進(jìn)電機(jī)控制器，25為弧形軌道，3液位傳感器，4為數(shù)據(jù)處理器，5為上位機(jī)。
【具體實(shí)施方式】
[0013]以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明:
可調(diào)式地表徑流監(jiān)測(cè)裝置由集流箱1、可調(diào)式三角堰2、液位傳感器3、數(shù)據(jù)處理器4和上位機(jī)5組成；集流箱1為矩形箱體，箱體正面開(kāi)有三角堰口 11，背面開(kāi)有引流孔12，頂蓋可拆卸；可調(diào)式三角堰2固定于集流箱1正面的三角堰口 11處，可調(diào)式三角堰2的步進(jìn)電機(jī)控制器24通過(guò)數(shù)據(jù)線與數(shù)據(jù)處理器4連接；液位傳感器3固定于集流箱1頂蓋上，液位傳感器3通過(guò)數(shù)據(jù)線與數(shù)據(jù)處理器4連接；數(shù)據(jù)處理器4通過(guò)數(shù)據(jù)線與上位機(jī)5連接；所述可調(diào)式三角堰2由兩塊扇形活動(dòng)堰板21、軸承22、兩部步進(jìn)電機(jī)23、步進(jìn)電機(jī)控制器24和弧形軌道25組成；兩塊扇形活動(dòng)堰板21的圓心端安置于軸承22處，扇形活動(dòng)堰板21的弧形端安置于與其相匹配的弧形軌道25上；兩部步進(jìn)電機(jī)23分別固定于兩側(cè)的弧形軌道25上，步進(jìn)電機(jī)23的齒輪與扇形活動(dòng)堰板21弧形端的齒輪咬合；軸承22安置于三角堰口 11底部正中；兩個(gè)弧形軌道25分別固定于箱體正面、三角堰口 11上端兩側(cè)。
[0014]所述的兩塊扇形活動(dòng)堰板21外側(cè)、沿半徑方向設(shè)置密封條。
[0015]所述的液位傳感器3用于采集徑流液位信息。
[0016]所述的數(shù)據(jù)處理器4用于讀取和記錄液位傳感器3采集的參數(shù)信息，并根據(jù)液位信息計(jì)算徑流流量和流速等流體參數(shù)。
[0017]所述的上位機(jī)5通過(guò)數(shù)據(jù)線與數(shù)據(jù)處理器4保持實(shí)時(shí)通訊，批處理并分析數(shù)據(jù)處理器4傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。
[0018]本發(fā)明的工作流程是:
本實(shí)施例中，三角堰口 11最大夾角o'設(shè)為100°，三角堰夾角的變化區(qū)間設(shè)為30-100 ° ;兩塊扇形活動(dòng)堰板21圓心角f設(shè)為38° (35° *2+30° =100°，滿(mǎn)足38° >35° )，確保當(dāng)三角堰口 11實(shí)際夾角為30°時(shí)，兩側(cè)扇形活動(dòng)堰板21與箱體之間各有3°的重合區(qū)，以增強(qiáng)三角堰的密封性。本裝置單塊扇形活動(dòng)堰板21的次步進(jìn)角度設(shè)為5°，即三角堰口 11夾角的次步進(jìn)角度為10° (5° *2=10° )，則三角堰夾角分為30°、40°、50°、60°、70°、80°、90°和100°共8個(gè)等級(jí)。經(jīng)扇形活動(dòng)堰板21調(diào)節(jié)后的三角堰口丨丨實(shí)際夾角表示為a ~當(dāng)實(shí)際夾角調(diào)至最大值時(shí)，則a=a ~設(shè)定液位傳感器最佳測(cè)量量程為[力7，九]。
[0019]將可調(diào)式地表徑流監(jiān)測(cè)裝置放置于徑流小區(qū)徑流匯集處(如卡口處)，確保徑流能經(jīng)引流孔12進(jìn)入集流箱1。降雨時(shí)，當(dāng)徑流液位達(dá)到三角堰口 11最小夾角對(duì)應(yīng)的最佳測(cè)量量程下限(A)時(shí)，液位傳感器3檢測(cè)到徑流信號(hào)開(kāi)始工作，數(shù)據(jù)處理器4根據(jù)三角堰口 11最小夾角對(duì)應(yīng)的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算徑流量。當(dāng)徑流液位發(fā)生變化、達(dá)到三角堰口 11預(yù)設(shè)夾角的最佳測(cè)量量程上限(九)時(shí)，數(shù)據(jù)處理器4將信號(hào)傳輸給步進(jìn)電機(jī)控制器24，步進(jìn)電機(jī)控制器24控制左右兩部步進(jìn)電機(jī)23帶動(dòng)左右兩塊扇形活動(dòng)堰板21分別沿逆、順時(shí)針?lè)较蛲揭苿?dòng)5°，使三角堰口 11實(shí)際夾角調(diào)大10° ;當(dāng)徑流液位達(dá)到三角堰口 11預(yù)設(shè)夾角的最佳測(cè)量量程下限(A)時(shí)，兩側(cè)扇形活動(dòng)堰板21在步進(jìn)電機(jī)23帶動(dòng)下分別沿順、逆時(shí)針?lè)较蛞苿?dòng)，使三角堰口 11實(shí)際夾角調(diào)小10°。如調(diào)整一次、徑流液位未處于相應(yīng)夾角的最佳測(cè)量量程內(nèi)，則數(shù)據(jù)處理器4繼續(xù)傳輸信號(hào)給步進(jìn)電機(jī)控制器24、步進(jìn)電機(jī)23繼續(xù)帶動(dòng)扇形活動(dòng)堰板21移動(dòng)，直至徑流液位處于相應(yīng)夾角的最佳測(cè)量量程內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.可調(diào)式地表徑流監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于:該裝置由集流箱(1)、可調(diào)式三角堰(2)、液位傳感器(3 )、數(shù)據(jù)處理器(4 )和上位機(jī)(5 )組成；集流箱(1)為矩形箱體，箱體正面開(kāi)有三角堰口(11)，背面開(kāi)有引流孔(12)，頂蓋可拆卸；可調(diào)式三角堰(2)固定于集流箱(1)正面的三角堰口(11)處，可調(diào)式三角堰(2)的步進(jìn)電機(jī)控制器(24)通過(guò)數(shù)據(jù)線與數(shù)據(jù)處理器(4)連接；液位傳感器(3)固定于集流箱(1)頂蓋上，液位傳感器(3)通過(guò)數(shù)據(jù)線與數(shù)據(jù)處理器(4)連接；數(shù)據(jù)處理器(4)通過(guò)數(shù)據(jù)線與上位機(jī)(5)連接； 所述可調(diào)式三角堰(2)由兩塊扇形活動(dòng)堰板(21)、軸承(22)、兩部步進(jìn)電機(jī)(23)、步進(jìn)電機(jī)控制器(24)和弧形軌道(25)組成；兩塊扇形活動(dòng)堰板(21)的圓心端安置于軸承(22)處，扇形活動(dòng)堰板(21)的弧形端安置于與其相匹配的弧形軌道(25)上；兩部步進(jìn)電機(jī)(23)分別固定于兩側(cè)的弧形軌道(25)上，步進(jìn)電機(jī)(23)的齒輪與扇形活動(dòng)堰板(21)弧形端的齒輪咬合；軸承(22)安置于三角堰口(11)底部正中；兩個(gè)弧形軌道(25)分別固定于箱體正面、三角堰口(11)上端兩側(cè)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可調(diào)式地表徑流監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于:所述三角堰口(11)夾角為30° -100。。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可調(diào)式地表徑流監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于:所述的兩塊扇形活動(dòng)堰板(21)外側(cè)、沿半徑方向設(shè)置密封條。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種可調(diào)式地表徑流監(jiān)測(cè)裝置，涉及水土保持監(jiān)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域。該裝置由集流箱（1）、可調(diào)式三角堰（2）、液位傳感器（3）、數(shù)據(jù)處理器（4）和上位機(jī)（5）五部分組成。集流箱（1）正面開(kāi)有三角堰口（11），背面開(kāi)有引流孔（12）；可調(diào)式三角堰（2）固定于集流箱（1）正面的三角堰口（11）處，可調(diào)式三角堰（2）的步進(jìn)電機(jī)控制器（24）與數(shù)據(jù)處理器（4）連接；液位傳感器（3）固定于集流箱（1）頂蓋上，液位傳感器（3）與數(shù)據(jù)處理器（4）連接；數(shù)據(jù)處理器（4）與上位機(jī)（5）連接。本發(fā)明可自動(dòng)調(diào)整三角堰夾角，有利于擴(kuò)大徑流測(cè)量量程、提高不同降雨條件下的徑流測(cè)量精度，廣泛適用于水土保持監(jiān)測(cè)領(lǐng)域。
【IPC分類(lèi)】G01F13/00, G01N33/24
【公開(kāi)號(hào)】CN105403269
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510876797
【發(fā)明人】莊艷華, 薛懷平, 張亮, 杜耘, 杜超, 牛蓓蓓, 王歡歡
【申請(qǐng)人】中國(guó)科學(xué)院測(cè)量與地球物理研究所
【公開(kāi)日】2016年3月16日
【申請(qǐng)日】2015年12月3日