自動梯度式風(fēng)沙流采集儀制造技術(shù)

本實用新型專利技術(shù)涉及一種自動梯度式風(fēng)沙流采集儀，其包括平口梯度式集沙組件、稱重傳感器、防溜沙箱體、數(shù)據(jù)采集儀與太陽能電池；平口梯度式集沙組件包括十多個規(guī)格相同的金屬方管層疊焊接為一體的集沙口與底部壓重箱體，每個集沙口連接有集沙布袋，底部壓重箱體包括箱體與扣合于箱體上口的箱蓋，層疊焊接為一體的集沙口用鐵條與箱蓋捆扎連接；平口梯度式集沙組件放置于稱重傳感器臺面上，底部壓重箱體與稱重傳感器放置于防溜沙箱體內(nèi)，稱重傳感器與數(shù)據(jù)采集儀連接，太陽能電池與數(shù)據(jù)采集儀連接。本實用新型專利技術(shù)用于對近地表風(fēng)沙流輸沙量連續(xù)自動采集記錄以及風(fēng)沙流結(jié)構(gòu)特征的獲取。本實用新型專利技術(shù)操作方便，計量精度高，可廣泛應(yīng)用于戈壁與沙漠風(fēng)沙運動規(guī)律以及防沙工程防護效益的觀測研究。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】

本技術(shù)涉及一種對近地表風(fēng)沙流輸沙量連續(xù)自動采集記錄的自動梯度式風(fēng)沙流采集儀。
技術(shù)介紹
風(fēng)沙流是一種氣體搬運沙粒在近地表運動的氣固兩相流，是造成村鎮(zhèn)居民點、工礦、交通等遭受風(fēng)沙危害的重要原因；其特性是風(fēng)沙物理與風(fēng)沙工程研究的重要課題之一，也是風(fēng)沙地貌研究的重要內(nèi)容。目前，風(fēng)沙流特性研究主要依賴風(fēng)洞模擬實驗得到的。鑒于風(fēng)洞實驗獲得的結(jié)果往往是基于理想條件下的假設(shè)，加之受模型尺寸、邊界層發(fā)育程度的影響，使實驗結(jié)果與野外實際情況必然存在偏差，從而有待于野外觀測數(shù)據(jù)的驗證。然而，受測試手段和觀測儀器的限制，野外風(fēng)沙觀測困難，使得完整、系統(tǒng)的風(fēng)沙流觀測數(shù)據(jù)比較稀少，風(fēng)洞實驗數(shù)據(jù)無法得到有效驗證。其中一個主要原因是，梯度式集沙儀集沙量有限，且監(jiān)測的連續(xù)性比較差，例如單場沙塵暴天氣中，流沙地表利用目前普遍使用的階梯式集沙儀進行風(fēng)沙觀測，監(jiān)測時段在分鐘尺度，且監(jiān)測連續(xù)完整性較差，雖然能夠得到風(fēng)沙流結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，但輸沙率與風(fēng)速建立數(shù)理關(guān)系比較困難，不便于輸沙率的模型預(yù)測。而且，目前梯度式集沙儀收集風(fēng)沙流，還沒能實現(xiàn)輸沙量的自動化記錄，人工記錄費時費力，工作環(huán)境差，數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性會有差異。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本技術(shù)的目的在于提供一種自動梯度式風(fēng)沙流采集儀；使其既能實現(xiàn)輸沙量的長時間連續(xù)自動記錄，又能獲得監(jiān)測時段內(nèi)的地表風(fēng)沙流結(jié)構(gòu)特征。本技術(shù)的目的可以通過如下措施來實現(xiàn)：一種自動梯度式風(fēng)沙流采集儀，其特征在于：其包括平口梯度式集沙組件、稱重傳感器、防溜沙箱體、數(shù)據(jù)采集儀與太陽能電池；平口梯度式集沙組件包括十多個規(guī)格相同的金屬方管層疊焊接為一體的集沙口與底部壓重箱體，每個集沙口連接有集沙布袋，底部壓重箱體包括箱體與扣合于箱體上口的箱蓋，層疊焊接為一體的集沙口用鐵條與箱蓋捆扎連接；平口梯度式集沙組件放置于稱重傳感器臺面上，底部壓重箱體與稱重傳感器放置于防溜沙箱體內(nèi)，稱重傳感器與數(shù)據(jù)采集儀連接，太陽能電池與數(shù)據(jù)采集儀連接。風(fēng)沙觀測前將集沙布袋依次安裝好，把平口梯度式集沙組件放置于稱重傳感器臺面上，將稱重傳感器與底部壓重箱體放置于防溜沙箱體并置于監(jiān)測風(fēng)沙地表地面以下，集沙儀最底部進沙口與地表齊平。風(fēng)沙運動開始后，打開數(shù)據(jù)采集器，并將稱重傳感器數(shù)據(jù)采集器清零，集沙儀進入沙粒后數(shù)據(jù)采集器記錄重量變化。在野外風(fēng)沙流的觀測中，風(fēng)沙流過境時，在一定風(fēng)向、風(fēng)速作用下，風(fēng)沙流中沙粒通過平口梯度式集沙組件的進沙口進入收集沙粒的集沙布袋，稱重傳感器感應(yīng)集沙儀重量變化，數(shù)據(jù)采集儀記錄總輸沙量數(shù)據(jù)，沙塵暴風(fēng)沙流可連續(xù)監(jiān)測1-2小時；且能夠?qū)崿F(xiàn)不同坡度流沙地表風(fēng)沙流的觀測，輔助于梯度風(fēng)速儀，測得的輸沙數(shù)據(jù)可與風(fēng)速數(shù)據(jù)建立相關(guān)關(guān)系；同時，可以收集集沙儀各高度集沙布袋中沙粒，稱重后可以用來計算風(fēng)沙流結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)一般梯度式集沙儀用于觀測風(fēng)沙流結(jié)構(gòu)特征的目的。本技術(shù)構(gòu)思新穎，操作方便，計量精度高，可廣泛應(yīng)用于戈壁與沙漠風(fēng)沙運動規(guī)律以及防沙工程防護效益的觀測研究。本技術(shù)的優(yōu)點和產(chǎn)生的有益效果主要是：其一，本技術(shù)能夠長時間自動采集記錄風(fēng)沙流輸沙量數(shù)據(jù)，輸沙數(shù)據(jù)用于與風(fēng)速數(shù)據(jù)建立數(shù)理關(guān)系，同時又能監(jiān)測風(fēng)沙流結(jié)構(gòu)特征；本技術(shù)取代了傳統(tǒng)風(fēng)沙流觀測中普通梯度式集沙儀頻繁的定時取樣與稱量工作，減輕了工作人員的勞動強度，而且其結(jié)構(gòu)簡單，攜帶方便，便于野外監(jiān)測試驗。其二，本技術(shù)其稱重傳感器性能穩(wěn)定可靠，量程大，為25kg，精度為1g，采集時間0.1s-60min連續(xù)可調(diào)，能滿足高強度風(fēng)沙流的連續(xù)自動觀測，可連續(xù)觀測1-2h后更換一次沙粒收集布袋。其三，本技術(shù)已在風(fēng)沙流的實地觀測與風(fēng)洞模擬實驗中得到很好地應(yīng)用，并取得了較好的科研效果。試驗研究結(jié)果見具體實施方式相關(guān)內(nèi)容。附圖說明圖1自動梯度式風(fēng)沙流采集儀記錄的莫高窟窟頂戈壁輸沙量隨監(jiān)測時間的變化圖；圖2是自動梯度式風(fēng)沙流采集儀記錄的莫高窟窟頂戈壁輸沙率隨高度的變化圖；圖中曲線為指數(shù)擬合曲線，可決系數(shù)R2達到0.983；圖3是自動梯度式風(fēng)沙流采集儀野外實地觀測的莫高窟窟頂戈壁輸沙率q與2m高風(fēng)速u的關(guān)系圖；圖中曲線為指數(shù)擬合曲線，關(guān)系式為q=7.76×10-8u6.04，可決系數(shù)R2達0.76；圖4是自動梯度式風(fēng)沙流采集儀觀測的莫高窟窟頂戈壁輸沙率q與摩阻風(fēng)速u*、臨界起動摩阻速度u*t的關(guān)系圖；圖中直線為直線擬合，可決系數(shù)R2達0.928；圖5是自動梯度式風(fēng)沙流采集儀風(fēng)洞實驗觀測的不同實驗風(fēng)速下沙床輸沙量隨實驗時間的變化圖，其中A曲線為8m/s實驗風(fēng)速下沙床輸沙量隨實驗時間的變化圖，B曲線為12m/s實驗風(fēng)速下沙床輸沙量隨實驗時間的變化圖，C曲線為14m/s實驗風(fēng)速下沙床輸沙量隨實驗時間的變化圖；圖6是自動梯度式風(fēng)沙流采集儀風(fēng)洞實驗觀測的不同實驗風(fēng)速下輸沙率隨高度的變化圖；其中A散點圖為8m/s實驗風(fēng)速下輸沙率隨高度的變化圖，B散點圖為實驗風(fēng)速12m/s下輸沙率隨高度的變化圖，C散點圖為14m/s實驗風(fēng)速下輸沙率隨高度的變化圖，三條曲線都為指數(shù)擬合曲線，可決系數(shù)R2在0.982以上。圖7是本技術(shù)結(jié)構(gòu)示意圖；1—集沙口，2—集沙布袋，3—鉚釘，4—鐵條，5—出沙方管，6—底部承重箱體，601—箱體，602—箱蓋，7—平口梯度式集沙組件，8—稱重傳感器，9—防溜沙箱體，10—導(dǎo)線，11—數(shù)據(jù)采集儀，12—太陽能電池。具體實施方式如圖7所示：本技術(shù)提供的一種自動梯度式風(fēng)沙流采集儀，其特征在于：其包括平口梯度式集沙組件7、稱重傳感器8、防溜沙箱體9、數(shù)據(jù)采集儀11與太陽能電池12；平口梯度式集沙組件7包括十六個規(guī)格相同的金屬方管層疊焊接為一體的集沙口1與底部壓重箱體6，每個集沙口1連接有集沙布袋2，底部壓重箱體6包括箱體601與扣合于箱體601上口的箱蓋602，層疊焊接為一體的集沙口1用鐵條4與箱蓋602捆扎連接；平口梯度式集沙組件7放置于稱重傳感器8臺面上，底部壓重箱體6與稱重傳感器8放置于防溜沙箱體9內(nèi)，稱重傳感器8與數(shù)據(jù)采集儀11由導(dǎo)線10連接，太陽能電池12與數(shù)據(jù)采集儀11連接。太陽能電池為數(shù)據(jù)采集儀供電。集沙口1用橫截面高×寬為7.5×2.5cm的鋁合金方管制作，鋁合金方管后端設(shè)梯形出口，梯形出口高度為1.25cm。在十六個鋁合金方管制作的集沙口1中，上部的十三個集沙口1通過鉚釘3將集沙布袋2固定于梯形出口，下部的三個集沙口1垂直連接有出沙方管5，出沙方管5出口位于底部承重箱體6內(nèi)，出沙方管5出口連接集沙布袋2，使集沙口1入口沙粒直接灌入底部承重箱體6中的沙粒收集布袋中。底部壓重箱體6為長×寬×高是40cm×40cm×30cm長方體，底部壓重箱體用于壓重防止平口梯度式集沙組件風(fēng)中晃動；稱重傳感器臺面的面積為30×30cm2。底部壓重箱體、稱重傳感器放置于防溜沙箱體中的作用在于防止箱體周圍松軟沙質(zhì)地表沙粒溜入而影響計量精度。風(fēng)沙觀測前，首先將集沙布袋依次安裝好，頂部13個集沙布袋固定于鋁合金方管后方鉚釘上，底部3個集沙布袋固定于平口梯度式集沙組件底部方盒內(nèi)的鋁合金方本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
一種自動梯度式風(fēng)沙流采集儀，其特征在于：其包括平口梯度式集沙組件（7）、稱重傳感器（8）、防溜沙箱體（9）、數(shù)據(jù)采集儀（11）與太陽能電池（12）；平口梯度式集沙組件（7）包括十多個規(guī)格相同的金屬方管層疊焊接為一體的集沙口（1）與底部壓重箱體（6），每個集沙口（1）連接有集沙布袋（2），底部壓重箱體（6）包括箱體（601）與扣合于箱體（601）上口的箱蓋（602），層疊焊接為一體的集沙口（1）用鐵條（4）與箱蓋（602）捆扎連接；平口梯度式集沙組件（7）放置于稱重傳感器（8）臺面上，底部壓重箱體（6）與稱重傳感器（8）放置于防溜沙箱體（9）內(nèi)，稱重傳感器（8）與數(shù)據(jù)采集儀（11）由導(dǎo)線（10）連接，太陽能電池（12）與數(shù)據(jù)采集儀（11）連接。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種自動梯度式風(fēng)沙流采集儀，其特征在于：其包括平口梯度式集沙組件（7）、稱重傳感器（8）、防溜沙箱體（9）、數(shù)據(jù)采集儀（11）與太陽能電池（12）；平口梯度式集沙組件（7）包括十多個規(guī)格相同的金屬方管層疊焊接為一體的集沙口（1）與底部壓重箱體（6），每個集沙口（1）連接有集沙布袋（2），底部壓重箱體（6）包括箱體（601）與扣合于箱體（601）上口的箱蓋（602），層疊焊接為一體的集沙口（1）用鐵條（4）與箱蓋（602）捆扎連接；平口梯度式集沙組件（7）放置于稱重傳感器（8）臺面上，底部壓重箱體（6）與稱重傳感器（8）放置于防溜沙箱體（9）內(nèi)，稱重傳感器（8）與數(shù)據(jù)采集儀（11）由導(dǎo)線（10）連接，太陽能電池（12）與數(shù)據(jù)采集儀（11）連接。
2.如權(quán)利要求1所述的一種自動梯度式風(fēng)沙流采集儀，其特征在于...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：張偉民，譚立海，劉立超，
申請(專利權(quán))人：中國科學(xué)院寒區(qū)旱區(qū)環(huán)境與工程研究所，
類型：新型
國別省市：甘肅;62