CN105806584B - 一种便携式地表沙尘释放观测仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种便携式地表沙尘释放观测仪，包括箱体、进风设备、传送结构和检测设备，所述进风设备和所述检测设备安装在所述箱体上，所述传送设备包括传送带，所述传送带与所述箱体底板平行，箱体底板上开有沙尘口。本发明体积小、便于安装、易于操作且成本较低，可应用在那些风洞难以安装的复杂地形，可同时进行地表小颗粒（粉尘）释放的测量和大颗粒（沙粒）的起动规律研究，适合分析和研究不同地表上的沙尘能力及相应的物理机制。

Description

一种便携式地表沙尘释放观测仪

技术领域

本发明涉及地表风蚀研究器材制造技术领域，尤其是一种便携式地表沙尘释放观测仪。

背景技术

定量估算粉尘释放量有助于评估区域大气环境质量及其气候效应。沙粒能否起动直接关系到沙粒的输运乃至各种风沙地貌的形成，它也是联系风沙微观运动机理和宏观的沙漠迁移的纽带，同时也是引起地表粉尘释放的重要物理机制。因此针对地表沙尘释放的研究一直是相关研究领域的重要工作。自20世纪90年代以来，风洞被广泛应用于风沙动力学、风沙流结构特征以及沙尘释放、传输等研究中，它可以模拟大气边界层的流场特征。是目前公认的测量粉尘释放量和研究沙粒起动规律的实验装置。为了便于直接在野外真实地表上开展实验，野外移动式风洞被多数研究者采用。但是野外移动式风洞比较笨重、成本较高且运输不便，同时在野外测量时会受到场地的限制，实验周期较长，往往需要在地势平坦，且便于人员安装和操作风洞的地方，这就对粉尘释放和沙粒起动的研究带来了极大地的不便。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提出一种便携式地表沙尘释放观测仪，体积小、便于安装、易于操作且成本较低，可应用在那些风洞难以安装的复杂地形，可同时进行地表小颗粒（粉尘）释放的测量和大颗粒（沙粒）的起动规律研究，适合分析和研究不同地表上的沙尘能力及相应的物理机制。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

一种便携式地表沙尘释放观测仪，包括箱体、进风设备、传送结构和检测设备，所述进风设备和所述检测设备安装在所述箱体上，

所述传送设备包括传送带，所述传送带与所述箱体底板平行，

箱体底板上开有进沙尘口。

进一步地，所述进风设备包括风机，所述风机安装在所述箱体外顶部，其出风口与所述箱体内部连通，

所述检测设备包括粉尘监测仪和气体质量流量计，所述粉尘监测仪安装在所述箱体外顶部，所述气体质量流量计安装在所述风机的出风口与所述箱体之间，

在所述箱体外顶部还安装有排尘口。

进一步地，所述进风设备还包括气体分布器，所述气体分布器安装在所述箱体顶部，所述气体质量流量计安装在所述风机出风口与所述气体分布器之间。

进一步地，所述排尘口安装在所述箱体顶部、位于所述从动滚筒的上方。

进一步地，所述进风设备为进气口，所述进气口安装在所述箱体顶部，在所述进气口上安装有防尘网，

所述检测设备包括安装在所述箱体上的粉尘监测仪和光学传感器，所述光学传感器安装在所述箱体内、所述传动带下方，所述光学传感器和所述粉尘监测仪与计算机通讯。

进一步地，在所述传送带运动方向的前方安装有挡沙网，所述挡沙网水平设置覆盖所述传送带端部与所述箱体之间的空间。

进一步地，还包括集沙盒，所述集沙盒可拆卸式安装在所述箱体上、位于所述传送带下半部运动方向的前方下方。

进一步地，所述箱体位于所述传送带下半部运动方向之前和之后的两端端面均为弧形面，所述弧形面所在轴心沿水平向延伸。

进一步地，所述箱体有两个，两个所述箱体之间设有竖向分隔板，

一个所述箱体的传送结构前端设有挡沙网且该箱体顶端安装的所述进风设备为进气口、另一个所述箱体顶端进风设备上安装有气体质量流量计。

本发明一种便携式地表沙尘释放观测仪，具有以下有益效果：

1、本发明用便携式地表沙尘释放观测仪代替了传统的野外移动式风洞，极大节省了成本；

2、结构简单，操作方便，实用性强，体积较小，可快速进行野外实验，特别是在那些风洞难以安装的复杂地形；

3、内部流场均匀稳定，既可测量典型地表的粉尘释放通量，获得地表潜在粉尘释放量的直接观测数据，又可以研究同一地表的沙粒起动规律，以便于对引起当地沙尘释放的物理机制进行分析和研究。

附图说明

图1为本发明所述一种便携式地表沙尘释放观测仪的第三种结构的示意图；

图2为本发明所述一种便携式地表沙尘释放观测仪的第一种结构的传送带与地表位置关系示意图；

图3为本发明所述一种便携式地表沙尘释放观测仪的第二种结构的传送带、地表与挡沙网之间位置关系的示意图；

图4为本发明所述一种便携式地表沙尘释放观测仪的第二种结构中传送带运动时其底部与地面之间的速度梯度示意图，

其中，131为被释放的沙尘颗粒；132为地表上的沙尘颗粒；133为速度梯度；

图5本发明所述一种便携式地表沙尘释放观测仪的内部俯视示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本发明的保护范围有任何的限制作用。

如图1-5所示的一种便携式地表沙尘释放观测仪，包括箱体、进风设备、传送结构和检测设备，进风设备和检测设备安装在箱体上，

箱体的传送设备包括传送带、主动滚筒和从动滚筒，主动滚筒和从动滚筒平行设置，且二者两端均分别与箱体两个侧壁连接，传送带缠绕在主动滚筒和从动滚筒外部，传送带与箱体底板17平行，箱体底板17上开有进沙尘口，在箱体外部设置有沿进沙尘口外沿延伸的密封层21，该密封层21可为帆布条，排出外界沙尘干扰。箱体内壁或外壁上可设置加强筋以提高稳定性。箱体两侧可用钢化玻璃制成，便于用高速摄影机拍摄粉尘释放和沙粒起动情况。在箱体（整个设备）底部可以安装四个可调节高度的地脚螺栓。在保证稳定性的前提下调节传送带到地表的高度。用沙滩车输运观测仪，可在不同地表快速得进行野外实验。

集沙盒可拆卸式安装在箱体上，位于传送带下半部运动方向的前方下方。箱体位于传送带下半部运动方向之前和之后的两端端面均为弧形面，弧形面所在轴心沿水平向延伸。

本发明可设计成三种结构，

第一种结构：

进风设备包括风机2，风机2安装在箱体1外顶部，其出风口与箱体1内部连通，在风机2的进风口处安装有过滤海绵以净化空气，

检测设备包括粉尘监测仪9和气体质量流量计3，粉尘监测仪9安装在箱体1外顶部，气体质量流量计3安装在风机2的出风口与箱体1之间，

在箱体1外顶部还安装有排尘口10。

进风设备还包括气体分布器5，气体分布器5安装在箱体1顶部，气体质量流量计3安装在风机2出风口与气体分布器5之间，气体分布器5与气体质量流量计3通过法兰4连接。

排尘口10安装在箱体1顶部、位于从动滚筒11的上方。

本发明为第一种结构时，用于测量地表15粉尘释放量，具体方法如下：

实验开始前，先将本发明放置在光滑的胶合板上，用欧文传感器测量不同转速下的风剪切力，测量数据由计算机18记录。

将本发明放置在待测表面，外部24V直流电源19带动主动滚筒25（其转速大小由计算机控制），进而带动传送带12和从动滚筒11运动。传送带12表面120可以设置不同的粗糙度，且传送带与地面平行。在传送带运动过程中，其底部与地面之间存在速度梯度，在表面上形成剪切力，引起粉尘释放。从风机2进入箱体1的气体与粉尘充分混合，由箱体1顶部的粉尘监测仪每隔一秒测定一次粉尘浓度。混合后的气体和粉尘由排尘口10排出，并由集沙盒收集，该集沙盒通过管道与箱体1连接。实验开始前后都要用净风“清洗”箱体1内部，防止内部粉尘干扰实验结果。

在实验过程中，主动滚筒25转速最终的设定值要分几步达到（4-6步），每一步持续两分钟左右，最终得到不同地表某段时间内的转速、摩阻速度、粉尘浓度、粉尘释放通量之间的关系。

第二种结构：

进风设备为进气口7，进气口7安装在箱体26顶部，在进气口7上安装有防尘网6，

检测设备包括安装在箱体26上的粉尘监测仪8和光学传感器20，光学传感器20安装在箱体26内壁上、传动带13下方，光学传感器20和粉尘监测仪8与计算机18通讯，检测沙粒起动和颗粒浓度，必要时可用高速摄影机拍摄起动过程，也可以放置皮托管测量风速。传送带13表面130可以设置不同的粗糙度。

在传送带13运动方向的前方安装有挡沙网23，挡沙网23水平设置覆盖传送带端部与箱体26之间的空间，挡沙网23与主动滚筒24和从动滚筒14轴心在同一平面内，防止沙粒进入传送带上部。

本发明第二种结构用于研究地表15沙粒的起动规律。

第三种结构：

本结构中箱体有两个，分别为箱体1和箱体26，二者之间设有竖向分隔板16，

箱体26的传送结构前端设有挡沙网23且该箱体26顶端安装的进风设备为进气口7、箱体1顶端进风设备上安装有气体质量流量计3。实际上是将第一种结构和第二种结构结合在一起。

本发明一种便携式地表沙尘释放观测仪，具有以下有益效果：

1、本发明用便携式地表沙尘释放观测仪代替了传统的野外移动式风洞，极大节省了成本；

2、结构简单，操作方便，实用性强，体积较小，可快速进行野外实验，特别是在那些风洞难以安装的复杂地形；

3、内部流场均匀稳定，既可测量典型地表的粉尘释放通量，获得地表潜在粉尘释放量的直接观测数据，又可以研究同一地表的沙粒起动规律，以便于对引起当地沙尘释放的物理机制进行分析和研究。

Claims (8)

1.一种便携式地表沙尘释放观测仪，其特征在于，包括箱体、进风设备、传送结构和检测设备，所述进风设备和所述检测设备安装在所述箱体上，

箱体的传送设备包括传送带、主动滚筒和从动滚筒，主动滚筒和从动滚筒平行设置，且二者两端均分别与箱体两个侧壁连接，传送带缠绕在主动滚筒和从动滚筒外部，传送带与箱体底板平行，箱体底板上开有进沙尘口，在箱体外部设置有沿进沙尘口外沿延伸的密封层，该密封层可为帆布条，排出外界沙尘干扰；

集沙盒可拆卸式安装在箱体上，位于传送带下半部运动方向的前方下方；箱体位于传送带下半部运动方向之前和之后的两端端面均为弧形面，弧形面所在轴心沿水平向延伸。

2.如权利要求1所述一种便携式地表沙尘释放观测仪，其特征在于，所述进风设备包括风机，所述风机安装在所述箱体外顶部，其出风口与所述箱体内部连通，

所述检测设备包括粉尘监测仪和气体质量流量计，所述粉尘监测仪安装在所述箱体外顶部，所述气体质量流量计安装在所述风机的出风口与所述箱体之间，

在所述箱体外顶部还安装有排尘口。

3.如权利要求2所述一种便携式地表沙尘释放观测仪，其特征在于，所述进风设备还包括气体分布器，所述气体分布器安装在所述箱体顶部，所述气体质量流量计安装在所述风机出风口与所述气体分布器之间。

4.如权利要求2所述一种便携式地表沙尘释放观测仪，其特征在于，所述排尘口安装在所述箱体顶部、位于所述从动滚筒的上方。

5.如权利要求1所述一种便携式地表沙尘释放观测仪，其特征在于，所述进风设备为进气口，所述进气口安装在所述箱体顶部，在所述进气口上安装有防尘网，

所述检测设备包括安装在所述箱体上的粉尘监测仪和光学传感器，所述光学传感器安装在所述箱体内、所述传送带下方，所述光学传感器和所述粉尘监测仪与计算机通讯。

6.如权利要求5所述一种便携式地表沙尘释放观测仪，其特征在于，在所述传送带运动方向的前方安装有挡沙网，所述挡沙网水平设置覆盖所述传送带端部与所述箱体之间的空间。

7.如权利要求1至6任一所述一种便携式地表沙尘释放观测仪，其特征在于，还包括集沙盒，所述集沙盒可拆卸式安装在所述箱体上、位于所述传送带下半部运动方向的前方下方。

8.如权利要求1所述一种便携式地表沙尘释放观测仪，其特征在于，所述箱体有两个，两个所述箱体之间设有竖向分隔板，

一个所述箱体的传送结构前端设有挡沙网且该箱体顶端安装的所述进风设备为进气口、另一个所述箱体顶端进风设备上安装有气体质量流量计。