可調(diào)式地表徑流監(jiān)測裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及水土保持監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種可調(diào)式地表徑流監(jiān)測裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]徑流監(jiān)測是研究土壤侵蝕和面源污染規(guī)律的重要手段。隨著監(jiān)測技術(shù)的不斷發(fā)展，徑流自動監(jiān)測已成為發(fā)展趨勢。集流箱、液位傳感器和堰口是目前徑流監(jiān)測的常見組合裝置，由于測量方法簡單、泥沙不易淤積等優(yōu)點在明渠式地表徑流監(jiān)測中得到廣泛使用。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)測原理為，通過液位傳感器測量流經(jīng)堰口的斷面液位，再根據(jù)經(jīng)驗公式計算徑流量和流速等流體特征。
[0003]目前，大多數(shù)徑流監(jiān)測裝置采用固定式堰口，如中國專利號為201110249797提出的一種三角堰坡面小區(qū)徑流流量測量系統(tǒng)，其三角堰口夾角固定為30°。由于徑流分布具有時空差異性，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，以避免堰上水頭過小或過大、并提高徑流測量的精度。
[0004]中國專利號為201220030903提出了一種活插式地表徑流測定裝置及系統(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，亦不能滿足針對徑流量實時變化的自動監(jiān)測要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本實用新型的目的在于，提供一種可調(diào)式地表徑流監(jiān)測裝置。該裝置由集流箱、可調(diào)式三角堰、液位傳感器、數(shù)據(jù)處理器和上位機五部分組成，可用于自動、準(zhǔn)確地監(jiān)測不同降雨條件下的徑流。優(yōu)點是通過設(shè)置扇形活動堰板和步進電機，實現(xiàn)三角堰夾角的自動調(diào)節(jié)，有效擴大徑流測量量程、并提高不同降雨條件下的徑流監(jiān)測精度。
[0006]為了達到上述目的，本實用新型采用如下技術(shù)方案:
[0007]可調(diào)式地表徑流監(jiān)測裝置由集流箱、可調(diào)式三角堰、液位傳感器、數(shù)據(jù)處理器和上位機組成;集流箱為矩形箱體，箱體正面開有三角堰口，背面開有引流孔，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)式三角堰的步進電機控制器通過數(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，液位傳感器通過數(shù)據(jù)線與數(shù)據(jù)處理器連接;數(shù)據(jù)處理器通過數(shù)據(jù)線與上位機連接；
[0008]所述可調(diào)式三角堰由兩塊扇形活動堰板、軸承、兩部步進電機、步進電機控制器和弧形軌道組成；兩塊扇形活動堰板的圓心端安置于軸承處，扇形活動堰板的弧形端安置于與其相匹配的弧形軌道上;兩部步進電機分別固定于兩側(cè)的弧形軌道上，步進電機的齒輪與扇形活動堰板弧形端的齒輪咬合;軸承安置于三角堰口底部正中；兩個弧形軌道分別固定于箱體正面、三角堰口上端兩側(cè)。
[0009]本實用新型的優(yōu)點:
[0010]由于單次降雨過程中產(chǎn)生的徑流量具有實時變化特征，導(dǎo)致固定夾角的三角堰難以準(zhǔn)確監(jiān)測不同降雨條件下的徑流，本實用新型解決了上述問題，通過設(shè)置扇形活動堰板和步進電機，可視徑流液位變化實現(xiàn)三角堰夾角的自動調(diào)節(jié)，從而有效擴大監(jiān)測裝置的徑流測量量程、提高不同降雨條件下的徑流監(jiān)測精度。該裝置操作便捷、自動化程度高，增強了實用性，廣泛適用于水土保持監(jiān)測領(lǐng)域。
【附圖說明】
[0011]圖1為可調(diào)式地表徑流監(jiān)測裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0012]圖2為可調(diào)式地表徑流監(jiān)測裝置的可調(diào)式三角堰結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013]圖3為可調(diào)式地表徑流監(jiān)測裝置的集流箱箱體正面示意圖。
[0014]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為扇形活動堰板，22為軸承，23為步進電機，24為步進電機控制器，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。
【具體實施方式】
[0015]以下結(jié)合附圖對本實用新型作進一步的說明:
[0016]可調(diào)式地表徑流監(jiān)測裝置由集流箱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5組成;集流箱I為矩形箱體，箱體正面開有三角堰口 11，背面開有引流孔12，頂蓋可拆卸；可調(diào)式三角堰2固定于集流箱I正面的三角堰口 11處，可調(diào)式三角堰2的步進電機控制器24通過數(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I頂蓋上，液位傳感器3通過數(shù)據(jù)線與數(shù)據(jù)處理器4連接;數(shù)據(jù)處理器4通過數(shù)據(jù)線與上位機5連接；
[0017]所述可調(diào)式三角堰2由兩塊扇形活動堰板21、軸承22、兩部步進電機23、步進電機控制器24和弧形軌道25組成;兩塊扇形活動堰板21的圓心端安置于軸承22處，扇形活動堰板21的弧形端安置于與其相匹配的弧形軌道25上;兩部步進電機23分別固定于兩側(cè)的弧形軌道25上，步進電機23的齒輪與扇形活動堰板21弧形端的齒輪咬合;軸承22安置于三角堰口 11底部正中；兩個弧形軌道25分別固定于箱體正面、三角堰口 11上端兩側(cè)。
[0018]所述的兩塊扇形活動堰板21外側(cè)、沿半徑方向設(shè)置密封條。
[0019]所述的液位傳感器3用于采集徑流液位信息。
[0020]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)液位信息計算徑流流量和流速等流體參數(shù)。
[0021]所述的上位機5通過數(shù)據(jù)線與數(shù)據(jù)處理器4保持實時通訊，批處理并分析數(shù)據(jù)處理器4傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。
[0022]本實用新型的工作流程是:
[0023]本實施例中，三角堰口11最大夾角α設(shè)為100°，三角堰夾角的變化區(qū)間設(shè)為30-100° ；兩塊扇形活動堰板21圓心角β設(shè)為38° (35° *2+30° =100°，滿足38° >35° )，確保當(dāng)三角堰口 η實際夾角為30°時，兩側(cè)扇形活動堰板21與箱體之間各有3°的重合區(qū)，以增強三角堰的密封性。本裝置單塊扇形活動堰板21的次步進角度設(shè)為5°，即三角堰口 11夾角的次步進角度為 10° (5° *2=10° )，則三角堰夾角分為30°、40。、50。、60。、70。、80。、90° 和 100° 共8個等級。經(jīng)扇形活動堰板21調(diào)節(jié)后的三角堰口 11實際夾角表示為α’，當(dāng)實際夾角調(diào)至最大值時，貝lja=a’。設(shè)定液位傳感器最佳測量量程為[Irnhu]。
[0024]將可調(diào)式地表徑流監(jiān)測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進入集流箱I。降雨時，當(dāng)徑流液位達到三角堰口 11最小夾角對應(yīng)的最佳測量量程下限(In)時，液位傳感器3檢測到徑流信號開始工作，數(shù)據(jù)處理器4根據(jù)三角堰口 11最小夾角對應(yīng)的經(jīng)驗公式計算徑流量。當(dāng)徑流液位發(fā)生變化、達到三角堰口 11預(yù)設(shè)夾角的最佳測量量程上限(hu)時，數(shù)據(jù)處理器4將信號傳輸給步進電機控制器24，步進電機控制器24控制左右兩部步進電機23帶動左右兩塊扇形活動堰板21分別沿逆、順時針方向同步移動5°，使三角堰口 11實際夾角調(diào)大10° ;當(dāng)徑流液位達到三角堰口 11預(yù)設(shè)夾角的最佳測量量程下限(In)時，兩側(cè)扇形活動堰板21在步進電機23帶動下分別沿順、逆時針方向移動，使三角堰口 11實際夾角調(diào)小10°。如調(diào)整一次、徑流液位未處于相應(yīng)夾角的最佳測量量程內(nèi)，則數(shù)據(jù)處理器4繼續(xù)傳輸信號給步進電機控制器24、步進電機23繼續(xù)帶動扇形活動堰板21移動，直至徑流液位處于相應(yīng)夾角的最佳測量量程內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.可調(diào)式地表徑流監(jiān)測裝置，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(5)組成;集流箱(I)為矩形箱體，箱體正面開有三角堰口(11)，背面開有引流孔(12)，頂蓋可拆卸;可調(diào)式三角堰(2)固定于集流箱(I)正面的三角堰口(11)處，可調(diào)式三角堰(2)的步進電機控制器(24)通過數(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(I)頂蓋上，液位傳感器(3)通過數(shù)據(jù)線與數(shù)據(jù)處理器(4)連接;數(shù)據(jù)處理器(4)通過數(shù)據(jù)線與上位機(5)連接； 所述可調(diào)式三角堰(2)由兩塊扇形活動堰板(21)、軸承(22)、兩部步進電機(23)、步進電機控制器(24)和弧形軌道(25)組成；兩塊扇形活動堰板(21)的圓心端安置于軸承(22)處，扇形活動堰板(21)的弧形端安置于與其相匹配的弧形軌道(25)上;兩部步進電機(23)分別固定于兩側(cè)的弧形軌道(25)上，步進電機(23)的齒輪與扇形活動堰板(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)測裝置，其特征在于:所述的兩塊扇形活動堰板(21)外側(cè)、沿半徑方向設(shè)置密封條。
【專利摘要】本實用新型公開了一種可調(diào)式地表徑流監(jiān)測裝置，涉及水土保持監(jiān)測技術(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（5）五部分組成。集流箱（1）正面開有三角堰口（11），背面開有引流孔（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）的步進電機控制器（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（5）連接。本實用新型可自動調(diào)整三角堰夾角，有利于擴大徑流測量量程、提高不同降雨條件下的徑流測量精度，廣泛適用于水土保持監(jiān)測領(lǐng)域。
【IPC分類】G01N33/24, G01F13/00
【公開號】CN205228551
【申請?zhí)枴緾N201520990672
【發(fā)明人】莊艷華, 薛懷平, 張亮, 杜耘, 杜超, 牛蓓蓓, 王歡歡
【申請人】中國科學(xué)院測量與地球物理研究所
【公開日】2016年5月11日
【申請日】2015年12月3日