CN109974964B - 电子式风沙蚀积测量仪及测量方法 - Google Patents

电子式风沙蚀积测量仪及测量方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种电子式风沙蚀积测量仪及测量方法，包括通过连接装置连接的压力感应装置、抽拉式风速测量装置、数据采集装置、电力装置；压力感应装置包括压力传感器，压力传感器设于防沙密封膜和防沙外壳内，顶部设有托盘，底部设有底座；抽拉式风速测量装置包括风速仪，风速仪通过抽拉杆安装在底座上。可持续自动数据采集，有处理校正功能，可长期野外放置，操作方便，数据精度高。

Description

电子式风沙蚀积测量仪及测量方法
技术领域
本发明涉及一种风沙区风沙蚀积动态测量监测的装置，尤其涉及一种电子式风沙蚀积测量仪及测量方法。
背景技术
风沙的蚀积测定是风沙研究的一项基础而广泛的研究，对一定区域内风沙的蚀积进行测定分析，准确认识和掌握风沙运动规律，这一点对防沙治沙，防治土壤风蚀危害，指导风蚀防治措施的选择至关重要。
现在对风沙测定的方法有风蚀盘法、插钎法、陷阱诱捕法、集沙仪测定法、扫描摄影法，研究者利用这些方法完成了土壤风蚀量的野外监测，但不同方法各有利弊。风蚀盘法对风蚀测定，一般耗时较长，操作复杂，不可连续测量；插钎法是应用最广的一种风沙蚀积测量方法，但这种方法费时费力，测量精度有限，误差较大，特别是在风蚀较轻地区，观测误差往往大于实际的风蚀量；集沙仪测定法，主要测定地表不同高度风蚀量和风蚀物的分布，不能反应地面的蚀积状况；扫描摄影法，是一种高效的蚀积监测方法，但监测中采用估计的方法，误差较大。
目前还没有一种自动、可连续动态监测且监测精度较高的风沙蚀积测量监测的电子装置。
发明内容
本发明的目的是提供一种电子式风沙蚀积测量仪及测量方法。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
本发明的电子式风沙蚀积测量仪，包括通过连接装置连接的压力感应装置、抽拉式风速测量装置、数据采集装置、电力装置；
所述压力感应装置包括由压力传感器，所述压力传感器设于防沙密封膜和防沙外壳内，顶部设有托盘，底部设有底座一；
所述抽拉式风速测量装置包括风速仪，所述风速仪通过抽拉杆安装在底座二上；
所述数据采集装置设有与所述压力感应装置连接的端口、与所述抽拉式风速测量装置连接的端口和信号输出端口，数据采集装置内部设有数据处理器。
所述电力装置包括12V蓄电池。
所述连接装置包括连接电缆。
上述的电子式风沙蚀积测量仪进行风沙蚀积测量的方法，包括步骤：
仪器布设：根据调查和计算，确定深度后，根据需求对压力传感装置、信息采集装置、电力装置及电缆进行水平放置及填埋；
数据采集：数据记录频率为每日八次，数据采集装置与压力传感器及抽拉式风速测量装置通过电缆连接，所以考虑到电阻对电信号的影响，传输距离不超过十米，超过十米则需进一步进行零点校准；
数据计算方法说明：
Figure BDA0002015858750000021
除特殊气候因素影响，沙子的蚀积高度与沙子重量变化量成正比；
单位时间侵蚀厚度＝多年平均侵蚀模数×容重；
侵蚀厚度＝单位时间侵蚀厚度×时间。
由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明实施例提供的电子式风沙蚀积测量仪及测量方法，可持续自动数据采集，有处理校正功能，可长期野外放置，操作方便，数据精度高。
附图说明
图1为本发明实施例提供的电子式风沙蚀积测量仪整体结构示意图；
图2a、图2b、图2c分别为本发明实施例中压力感应装置的主视、侧视、俯视结构示意图；
图3为本发明实施例中压力感应装置的结构示意图；
图4为本发明实施例中抽拉式风速测量装置的结构示意图。
具体实施方式
下面将对本发明实施例作进一步地详细描述。本发明实施例中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
本发明的电子式风沙蚀积测量仪及测量方法，其较佳的具体实施方式是：
电子式风沙蚀积测量仪包括通过连接装置连接的压力感应装置、抽拉式风速测量装置、数据采集装置、电力装置；
所述压力感应装置包括由压力传感器，所述压力传感器设于防沙密封膜和防沙外壳内，顶部设有托盘，底部设有底座一。
所述抽拉式风速测量装置包括风速仪，所述风速仪通过抽拉杆安装在底座二上。
所述数据采集装置设有与所述压力感应装置连接的端口、与所述抽拉式风速测量装置连接的端口和信号输出端口，数据采集装置内部设有数据处理器。
所述电力装置包括12V蓄电池。
所述连接装置包括连接电缆。
所述托盘和底座一的尺寸分别为10cm*10cm。
所述抽拉杆量程为15-150cm，所述抽拉杆底部与底座二通过螺纹口连接，埋沙35cm，顶部与所述风速连接仪。
所述压力感应装置有多台。
上述的电子式风沙蚀积测量仪进行风沙蚀积测量的方法，包括步骤：
仪器布设：根据调查和计算，确定深度后，根据需求对压力传感装置、信息采集装置、电力装置及电缆进行水平放置及填埋；
数据采集：数据记录频率为每日八次，数据采集装置与压力传感器及抽拉式风速测量装置通过电缆连接，所以考虑到电阻对电信号的影响，传输距离不超过十米，超过十米则需进一步进行零点校准；
数据计算方法说明：
Figure BDA0002015858750000031
除特殊气候因素影响，沙子的蚀积高度与沙子重量变化量成正比；
单位时间侵蚀厚度＝多年平均侵蚀模数×容重；
侵蚀厚度＝单位时间侵蚀厚度×时间。
测量前，首先进行立地环境调查：
由于压力传感器的精度和量程的相互制约，所述压力传感器的量程为6kg，精度为0.03％FS，预计监测最大侵蚀高度为20cm；
通过调查立地环境风速风向及侵蚀模数，进一步确定监测时长及仪器布设深度。
本发明的电子式风沙蚀积测量仪及测量方法，可持续自动数据采集，有处理校正功能，可长期野外放置，操作方便，数据精度高。
本发明可以达到以下目标：
(1)对一定区域内风沙的蚀积进行测定分析，准确认识和掌握风沙运动规律。
(2)不同防治规格的沙障(植物和机械)防护效果(堆积和剥蚀)的动态监测。
具体实施例的精度和量程，蚀积监测精度1mm，量程为20cm。
具体实施例；
如图1至图4所示，包括压力感应装置I，抽拉式风速测量装置II，数据采集装置III，电力装置IV，连接装置V，所述的元件间用电缆连接。
压力感应装置I：压力传感器1，10cm*10cm的托盘2，10cm*10cm的底座3，防沙密封膜4，防沙外壳5组成的感应装置，风沙蚀积变化引起压力传感器中感应器应变变化，这种测量的应变变化会转变成一种电子信号敏感元件并对其进行扩大，再传递给处理数据采集器显示或执行代理。
抽拉式风速测量装置II：由风速仪6，抽拉杆7，底座8组成，抽拉杆量程为15-150cm，抽拉杆7底部与底座8通过螺纹口连接，埋沙35cm,防止因风而发生倾斜或倒伏；顶部连接风速仪6测量风速数据。
数据采集装置III：由八个端口的信号的处理装置，其中六个与压力感应装置I连接，一个连接抽拉式风速测量装置II，一个负责信号输出。由压力感应装置I和抽拉式风速测量装置II产生的信号，经数据采集装置内部编程处理，校正转变为需要的数据。
电力装置IV：本发明的电子式风沙蚀积装置在野外实用需要电力装置的供电实用，为了方便携带和更换，配套了专门的蓄电池。输出电压为12V。
连接装置V：各个装置间的信号传递和电力供应连接均通过电缆连接。
本发明的原理是：
风沙堆积和剥蚀量动态监测与数据采集系统的集成。
风沙的堆积和剥蚀量动态增减引起传感器受到压力的变化，每个的蚀积量对应着一个压力值，当沙子的密度已知时，就可以计算出固定面积上沙子的高度，通过长期连续测量，就可以得到沙面高度变化曲线，即风沙堆积和剥蚀量动态变化；在测量时，压力传感器会受到风速和温度的变化的影响，在通过查阅资料和实验后，得到了风速，温度对传感器的影响的数学模型，通过编制出风速，温度补偿的软件程序，即可实现温度的自动补偿，使输出数据更加方便准确。
ΔF压＝ΔG沙＝ΔM沙g
ΔM沙＝p沙S托ΔH
ΔH＝F压/p沙gS托
H校＝ΔH+H初+H温+H风
ΔF压为压力传感器压力变化 ΔG沙为沙子重力变化
ΔM沙为沙子质量变化 S托为托盘的面积
ΔH为沙子高度变化 p沙为沙子密度
H初为初始沙子高度 H温为温度补偿高度
H风为风速补偿高度 H校为通过校正和补偿后显示的高度
具体实施测量方法：
所述压力感应装置I与数据采集装置III通过电缆连接；数据采集装置III共八个端口，其中六个分别连接六台压力感应装置I，另两个连接抽拉式风速测量装置II；数据采集装置III与电力装置IV通过电缆连接；抽拉式风速测量装置II与数据采集装置III通过电缆连接。
立地环境调查：由于压力传感器的精度和量程的相互制约，所述压力传感器的量程为6kg，精度为0.03％FS，预计监测最大侵蚀高度为20cm；通过调查立地环境风速风向及侵蚀模数，进一步确定监测时长及仪器布设深度。
单位时间侵蚀厚度＝多年平均侵蚀模数×容重(1)
侵蚀厚度＝单位时间侵蚀厚度×时间(2)
其中，单位时间侵蚀厚度单位为mm/a，多年平均侵蚀模数单位为t/(km^2·a)，容重单位为t/m^3，时间单位为a，侵蚀厚度单位为mm。
仪器布设：根据调查和计算，确定深度后，根据需求对压力传感装置、信息采集装置、电力装置及电缆进行水平放置及填埋。
数据采集：数据记录频率为每日八次；数据采集装置与压力传感器及抽拉式风速测量装置通过电缆连接，所以考虑到电阻对电信号的影响，传输距离不宜超过十米，超过十米则需进一步进行零点校准。
数据计算方法说明：
Figure BDA0002015858750000061
除降水等特殊气候因素影响，沙子的蚀积高度与沙子重量变化量成正比。
本发明能够运用于条件不能长期人工监测的野外站点；所获数据精度高于人工采集数据；仪器体积小，受地形因素影响较小；能够进行长时间不间断监测和数据采集；可根据试验方案，随时对装置进行重新布置；可重复使用。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (1)

1.一种电子式风沙蚀积测量仪进行风沙蚀积测量的方法，其特征在于：
所述电子式风沙蚀积测量仪包括通过连接装置连接的压力感应装置、抽拉式风速测量装置、数据采集装置、电力装置；
所述压力感应装置包括由压力传感器，所述压力传感器设于防沙密封膜和防沙外壳内，顶部设有托盘，底部设有底座一；
所述抽拉式风速测量装置包括风速仪，所述风速仪通过抽拉杆安装在底座二上；
所述数据采集装置设有与所述压力感应装置连接的端口、与所述抽拉式风速测量装置连接的端口和信号输出端口，数据采集装置内部设有数据处理器；
所述电力装置包括12V蓄电池；
所述连接装置包括连接电缆；
所述托盘和底座一的尺寸分别为10cm*10cm；
所述抽拉杆量程为15-150cm，所述抽拉杆底部与底座二通过螺纹口连接，埋沙35cm，顶部与所述风速连接仪；
所述压力感应装置有多台；
所述的电子式风沙蚀积测量仪进行风沙蚀积测量的方法，包括步骤：
仪器布设：根据调查和计算，确定深度后，根据需求对压力传感装置、数据采集装置、电力装置及电缆进行水平放置及填埋；
数据采集：数据记录频率为每日八次，数据采集装置与压力传感器及抽拉式风速测量装置通过电缆连接，所以考虑到电阻对电信号的影响，传输距离不超过十米，超过十米则需进一步进行零点校准；
数据计算方法说明：
Figure FDA0002811970270000011
除特殊气候因素影响，沙子的蚀积高度与沙子重量变化量成正比；
单位时间侵蚀厚度＝多年平均侵蚀模数×容重；
侵蚀厚度＝单位时间侵蚀厚度×时间；
测量前，首先进行立地环境调查：
由于压力传感器的精度和量程的相互制约，所述压力传感器的量程为6kg，精度为0.03％FS，预计监测最大侵蚀高度为20cm；
通过调查立地环境风速风向及侵蚀模数，进一步确定监测时长及仪器布设深度。
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