CN102288220B - 一种风沙电场、沙粒带电和风速等多因素实时同步测量系统 - Google Patents

一种风沙电场、沙粒带电和风速等多因素实时同步测量系统 Download PDF

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Abstract

一种风沙电场、沙粒带电和风速等多因素实时同步测量系统，包括竖直平行设置的第一支架、第二支架、第三支架、电场仪：第一支架上安装并用数据线连接有三维超声风速仪、风速计、温湿度探测器、风向计；第二支架上安装有电场仪的探头；第三支架上安装有压电式动能传感器；第一支架与第三支架之间安装并用数据线连接有数据采集器；还包括沙粒荷质比实时测量仪，第二支架和沙粒荷质比实时测量仪之间安装并用数据线连接有电脑。通过以上装置的组合，可以对风沙电场、沙粒荷质比、输沙强度及其影响因素如风速、风向、空气温度、湿度实施全方位同步高频测量；从而可以克服现有技术中功能少与同步性差的缺陷，以实现功能多与同步性好的优点。

Description

一种风沙电场、沙粒带电和风速等多因素实时同步测量系统
技术领域
本发明涉及风沙流三维电场、沙粒带电量、三维风速、输沙强度和温湿度等探测技术，具体地，涉及一种风沙流三维电场、沙粒带电量、三维风速、输沙强度和温湿度等实时同步测量系统。
背景技术
风沙电场是指在风沙环境中由于运动沙尘带有一定量的电荷而形成的一种量级高于晴天大气电场2-3个数量级的电场。其会对风沙流强度、通讯和雷达信号等造成影响。不仅如此，地球环境中粉尘的存在是预测其温度和季节变化的一个重要的因素，对于风场作用下沙尘传输过程的认识有助于许多其他领域的研究，例如，大气科学、遥感技术和地理科学等。且沙粒静电力是床面起沙和沙丘移动研究的基本组成部分，其除了具有重要的学术价值，而且对于沙漠化和海岸控制具有重要的意义。因此，风沙电研究吸引了大量的学者对风沙电场的产生机制及其对风沙运动影响进行实验和理论研究。
但是，由于实验仪器和手段等的限制，人们对于风沙电场和沙粒带电的认识还很有限，对风沙电场的测量主要是垂向电场单因素测量、对沙粒带电量的测量则是单根据一定时间内收集到的沙粒总带电量与质量的比值确定出这些沙粒的平均荷质比，还不能有效地将风沙流三维电场、沙粒带电量、三维风速、输沙强度和温湿度等多个因素结合在一起实现实时同步测量。尚缺乏对风沙流三维电场、沙粒带电量、三维风速、输沙强度和温湿度等多因素间相关性和定量关系的认识，无法深入揭示风沙电场和风沙带电规律。
发明人发现现有技术存在风沙流三维电场、沙粒带电量、三维风速、输沙强度和温湿度等多因素无法实时同步测量的缺陷。
发明内容
本发明的目的在于，针对上述问题，提出一种三维电场、沙粒带电量、三维风速、输沙强度和温湿度等实时同步测量系统，以实现对野外条件下风沙流多因素的实时同步测量。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种风沙电场、沙粒带电和风速等多因素实时同步测量系统，包括竖直平行设置的第一支架、第二支架和第三支架，还包括电场仪：
所述第一支架上安装并用数据线连接有三维超声风速仪、风速计、温湿度探测器、风向计；
所述第二支架上安装有电场仪的探头；
所述第三支架上安装有压电式动能传感器；
所述第一支架与第三支架之间安装并用数据线连接有数据采集器；
还包括沙粒荷质比实时测量仪，所述第二支架和沙粒荷质比实时测量仪之间安装并用数据线连接有电脑。
通过以上装置的组合，可以对风沙电场、沙粒荷质比、输沙强度及其影响因素如风速、风向、空气温度、湿度实施全方位同步高频测量；从而可以克服现有技术中功能少与同步性差的缺陷，以实现功能多与同步性好的优点。
作为优选，所述第一支架包括位于底部的第一底座，以及竖直设在所述第一底座上的第一立柱；
所述温湿度探测器安装于第一立柱的顶端；
所述风向计、风速计与三维超声风速仪位于温湿度探测器的下方。
作为优选，所述第二支架包括位于底部的第二底座，以及竖直设在所述第二底座上的第二立柱；
若干所述电场仪的感应探头安装于第二立柱的不同高度位置上。
作为优选，所述第三支架包括位于底部的第三底座，以及竖直设在所述第三底座上的第三立柱；
若干所述压电式动能传感器安装于第三立柱的不同高度位置上。
作为优选，本测量系统还包括太阳能电池板和充电电池。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为根据本发明风沙电场、沙粒带电量和风速等多因素实时同步探测系统的第一支架和第三支架结构示意图；
图2为根据本发明风沙电场、沙粒带电量和风速等多因素实时同步探测系统的第三支架和荷质比实时测量仪结构示意图。
图中标记如下：1-温湿度探测器，2-风向计，3-风速计，4-三维超声风速仪，5-压电式动能传感器，6-数据采集器，7-电场仪探头，8-静电计，9-数字天平，10-法拉第筒，11-入沙管，12-电脑。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
温湿度探测器1：用于测量大气的温度和湿度；
风向计2：用于测量风向变化；
风速计3：用于测量不同高度处的风速；
三维超声风速仪4：用于测量三维风速；
压电式动能传感器5：用于测量风沙流的输沙强度；
数据采集器6：用于采集第一支架和第三支架上仪器的数据；
电场仪探头7：用于感应空间电场；
静电计8：用于测量法拉第筒中沙粒的电量；
数字天平9：用于测量法拉第筒中沙粒的质量；
法拉第筒10；
入沙管11：用于采集风沙流中的沙粒，使其能够进入法拉第筒；
电脑12：用于实时记录静电计和数字天平测得的沙粒带电量和质量以及各个电场仪感应到的空间电场。
最后应说明的是：以上所述仅为说明本发明的实施方式，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种风沙电场、沙粒带电和风速多因素实时同步测量系统，包括竖直平行设置的第一支架、第二支架和第三支架，还包括电场仪，其特征在于：
所述第一支架上安装并用数据线连接有三维超声风速仪、风速计、温湿度探测器、风向计；
所述第二支架上安装有电场仪的感应探头；
所述第三支架上安装有压电式动能传感器；
所述第一支架与第三支架之间安装并用数据线连接有数据采集器；
还包括沙粒荷质比实时测量仪，所述第二支架和沙粒荷质比实时测量仪之间安装并用数据线连接有电脑。
2.根据权利要求1所述的风沙电场、沙粒带电和风速多因素实时同步测量系统，其特征在于：
所述第一支架包括位于底部的第一底座，以及竖直设在所述第一底座上的第一立柱；
所述温湿度探测器安装于第一立柱的顶端；
所述风向计、风速计与三维超声风速仪位于温湿度探测器的下方。
3.根据权利要求1所述的风沙电场、沙粒带电和风速多因素实时同步测量系统，其特征在于：
所述第二支架包括位于底部的第二底座，以及竖直设在所述第二底座上的第二立柱；
若干所述电场仪的感应探头安装于第二立柱的不同高度位置上。
4.根据权利要求1所述的风沙电场、沙粒带电和风速多因素实时同步测量系统，其特征在于：
所述第三支架包括位于底部的第三底座，以及竖直设在所述第三底座上的第三立柱；
若干所述压电式动能传感器安装于第三立柱的不同高度位置上。
5.根据权利要求1所述的风沙电场、沙粒带电和风速多因素实时同步测量系统，其特征在于：还包括太阳能电池板和充电电池。
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