CN115452484A - 一种高浓度径流泥沙样品自动采集系统 - Google Patents
一种高浓度径流泥沙样品自动采集系统 Download PDFInfo
- Publication number
- CN115452484A CN115452484A CN202211108997.3A CN202211108997A CN115452484A CN 115452484 A CN115452484 A CN 115452484A CN 202211108997 A CN202211108997 A CN 202211108997A CN 115452484 A CN115452484 A CN 115452484A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- sediment sample
- runoff
- concentration
- sample
- runoff sediment
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000013049 sediment Substances 0.000 title claims abstract description 140
- 238000005070 sampling Methods 0.000 claims abstract description 43
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 claims abstract description 33
- 230000005484 gravity Effects 0.000 claims abstract description 12
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 claims abstract description 5
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 31
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 16
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 11
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 claims description 6
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 4
- 239000010959 steel Substances 0.000 claims description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 15
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 14
- 238000004162 soil erosion Methods 0.000 description 12
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 8
- 238000011160 research Methods 0.000 description 8
- 230000008569 process Effects 0.000 description 7
- 239000002689 soil Substances 0.000 description 7
- 238000011161 development Methods 0.000 description 6
- 230000003628 erosive effect Effects 0.000 description 4
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 2
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 description 2
- 235000015097 nutrients Nutrition 0.000 description 2
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 1
- 238000013480 data collection Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 239000008235 industrial water Substances 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 238000009533 lab test Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 238000013508 migration Methods 0.000 description 1
- 230000005012 migration Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 239000004576 sand Substances 0.000 description 1
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N1/00—Sampling; Preparing specimens for investigation
- G01N1/02—Devices for withdrawing samples
- G01N1/10—Devices for withdrawing samples in the liquid or fluent state
- G01N1/20—Devices for withdrawing samples in the liquid or fluent state for flowing or falling materials
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
- G01N15/06—Investigating concentration of particle suspensions
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N5/00—Analysing materials by weighing, e.g. weighing small particles separated from a gas or liquid
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N1/00—Sampling; Preparing specimens for investigation
- G01N1/02—Devices for withdrawing samples
- G01N1/10—Devices for withdrawing samples in the liquid or fluent state
- G01N2001/1006—Dispersed solids
- G01N2001/1012—Suspensions
- G01N2001/1025—Liquid suspensions; Slurries; Mud; Sludge
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N1/00—Sampling; Preparing specimens for investigation
- G01N1/02—Devices for withdrawing samples
- G01N1/10—Devices for withdrawing samples in the liquid or fluent state
- G01N2001/1031—Sampling from special places
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N1/00—Sampling; Preparing specimens for investigation
- G01N1/02—Devices for withdrawing samples
- G01N1/10—Devices for withdrawing samples in the liquid or fluent state
- G01N1/20—Devices for withdrawing samples in the liquid or fluent state for flowing or falling materials
- G01N2001/2007—Flow conveyors
- G01N2001/2021—Flow conveyors falling under gravity
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Hydrology & Water Resources (AREA)
- Dispersion Chemistry (AREA)
- Sampling And Sample Adjustment (AREA)
Abstract
本发明涉及一种高浓度径流泥沙样品自动采集系统，该系统的硬件部分包括径流泥沙样品采集盘、步进电机、重力传感器和电器柜；径流泥沙样品采集盘用于固定采样容器；步进电机用于驱动径流泥沙样品采集盘同步转动，使采样容器按照预先设置的时间间隔从当前容器位置转动至下一个容器位置，实现泥沙样品自动采集的目的；重力传感器用于检测采样容器中的泥沙样品的质量；电器柜内设置有交直流转换器、运动控制驱动器和供电系统，供电系统与交直流转换器电连接，交直流转换器为系统提供稳定的直流电源；运动控制驱动器用于精准控制和驱动步进电机的运动方向、速度、加速度和/或步长；软件部分基于LavVIEW平台控制步进电机的运动，用于调整样品采集频率。
Description
技术领域
本发明涉及自动采集技术领域，具体涉及一种高浓度径流泥沙样品自动采集系统。
背景技术
以下内容仅代表发明人自己掌握的背景技术，并非社会公众能够随时获得的现有技术。
土壤侵蚀通常可以概括为径流搬运土壤或泥沙的行为，该现象将导致土地退化、河床和/或水库淤积、泥石流的发生。水样含沙量是土壤侵蚀、水土保持研究和监测等各种研究的重要定量参数。为动态土壤侵蚀过程、野外和实验室试验、模型标定和参数估计等提供基本数据。在坡面土壤侵蚀和水土流失治理研究中，径流和泥沙样品的监测和采集过程往往是重中之重，在水利水电工程建设、水文观测预报、工业取水等方面，也是一个十分重要的问题。为此，科研工作者在这方面做了大量的研究工作，提出了许多获取和测量方法。
目前土壤侵蚀领域广泛应用的径流监测方法主要有集水池、多孔分流法、翻斗法、量水堰等方法，但各个方法均有一定的优缺点，不能全面准确且精细化的监测径流量变化。泥沙量的监测是土壤侵蚀研究中最重要的基础数据来源，它可为土壤侵蚀动力过程的模拟与研究、土壤侵蚀预报模型的建立等提供基础资料，为监测和预报水土流失过程、及时准确地制定控制水土流失的决策提供科学依据。因此，需要基于坡面径流侵蚀系统开发更便捷的自动化泥沙样品采集和监测仪器。
现有技术中，在径流泥沙样品自动化采集方面采用的技术方案主要包括：
1)穿缝泥沙采样机(Tracering Slot Sampler)：属于一种半自动化式的机械测量装置，即在量水堰上安装一个可沿水流横断面左右滑动上下调整的导流槽。水流可以从导流槽出口按照一定的间隔流入采样瓶。一定数目的采样瓶顺序排列在量水堰侧部的传动装置上。在初始的状态下，传动装置设定了传动时间，也就确定了采样间隔。但是实际操作中，由于不能精确预知天然降雨历时，采样间隔的设置存在顾此失彼的困难，往往不能同时满足采样密度和过程监测完整性的要求。
2)Coshocton偏心轮取样器：是另外一种类型的径流分流装置，该取样器一般配套矩形堰和Drop-Box堰使用，原理是通过水流冲击的力量使偏心轮转动。在轮盘表面沿半径方向设有槽口，一部分径流沿槽口流入轮盘下方的集流盘，从而收集通过槽口部分的径流。轮盘每转一圈，收集到的流量占总流量的比例为定值，一般的分流比例小于1％。理论上，分流的比例与轮盘的转数无关，只与槽口的宽度有关。实际上，水流喷射的方向、大小和堰流的通路条件等对轮盘的工作都有一定的影响，特别是在流量较小的情况下，影响比较明显。由此，有的研究者对其做过改进，即为Coshocton偏心轮取样器安装马达，从而保证轮盘转动条件一致，但这样明显会增加成本。
以上常用的泥沙采集装置通常只针对浓度较低的径流泥沙样品进行采集，高浓度泥沙含量可能会堵塞样品采集瓶入口，从而导致获取的泥沙样品浓度不准确。
发明内容
本发明旨在提供一种高浓度径流泥沙样品自动采集系统，所要解决的技术问题是如何自动化采集高浓度径流泥沙样品。
本发明的目的是解决现有技术的不足，提供一种高浓度径流泥沙样品自动采集系统，包括硬件部分和软件部分，其中所述的硬件部分包括径流泥沙样品采集盘40、步进电机4、重力传感器12和电器柜；所述的径流泥沙样品采集盘40用于固定采样容器；所述的步进电机4用于驱动所述的径流泥沙样品采集盘40同步转动，使所述的径流泥沙样品采集盘40上的采样容器按照预先设置的时间间隔从当前容器位置转动至下一个容器位置，实现泥沙样品自动采集的目的；所述的重力传感器12用于检测所述的采样容器中的泥沙样品的质量；所述的电器柜包括电器柜设备外壳6，所述的电器柜设备外壳6内设置有交直流转换器1、运动控制驱动器3和供电系统9，所述的供电系统9与所述的交直流转换器电连接，所述的交直流转换器为所述的高浓度径流泥沙样品自动采集系统提供稳定的直流电源；所述的运动控制驱动器3用于精准控制和驱动所述步进电机的运动方向、速度、加速度和/或步长；所述的软件部分基于LavVIEW平台控制所述步进电机的运动，用于调整样品采集频率。
优选地，所述的软件部分基于LabVIEW平台开发，基于LabVIEW平台的机器视觉技术控制步进电机的运转，从而实现所述的径流泥沙样品采集盘的定位转动。
优选地，所述的软件部分通过调用LabVIEW功能模块中的循环事件结构与时间控制动态调用模块(VI)，实现所述的高浓度径流泥沙样品自动采集系统的运行时间间隔、运动步长、运动速率、以及误差微调的功能。
优选地，所述的径流泥沙样品采集盘40包括上层盘41和下层盘42，所述的上层盘41和下层盘4之间通过钢制矩形柱体连接；所述的上层盘起到固定作用，所述的下层盘主要起支撑作用。
优选地，所述的上层盘41上设置有10个圆孔(不限于10个)，能够放置10个采样容器。
优选地，所述的径流泥沙样品采集盘40与所述的步进电机4之间通过联轴器连接。
优选地，所述的电器柜设备外壳6内还设置有串口服务器2，所述的软件部分采用NI-VISA虚拟串口与所述的串口服务器2连接，并与所述的运动控制驱动器进行通讯。
优选地，所述的电器柜设备外壳6内还设置有5G传输终端7，用于实现数据实时发布、数据库远程连接访问和所述的高浓度径流泥沙样品自动采集系统的远程控制。所述的电器柜设备外壳6内还设置有声音传感器10，用于接收泥沙水样注入上层盘41上圆孔内采样容器声波变化，显示声音的振动变化图像，确定水样体积V。
优选地，所述的高浓度径流泥沙样品自动采集系统的采集口301内设置有高压水枪，用于防止泥沙淤积在采集口301。
优选地，所述的重力传感器能够自动获取所述的采样容器中的泥沙样品的质量，从而计算得到径流泥沙样品的浓度；
当获得泥沙样品质量m后，泥沙样品总质量m表达为：
m＝ρsVs+ρwVw (1)
其中，ρs、ρw分别为泥沙和水的密度，单位为g/cm3，Vs为泥沙体积，单位为cm3，Vw为水的体积，单位为cm3，泥沙样品总质量m的单位为g；
由于泥沙样品体积V(cm3)能够由采样容器直接读取，公式(1)能够改写为：
m＝ρsVs+ρw(V-Vs) (2)
从而得到泥沙体积Vs为：
径流泥沙样品浓度的计算公式为：
其中c为径流泥沙样品浓度，g/cm3，泥沙样品体积V的单位为cm3。
有益效果
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明所述的高浓度径流泥沙样品自动采集系统针对目前坡面径流侵蚀系统存在的无法自动化采集高浓度(＞0.5g/cm3)径流泥沙样品的问题，对径流侵蚀系统的坡面薄层流监测和泥沙样品自动采集功能进行开发，结合近十年来土壤侵蚀研究领域内包括智能控制、自动采样及测量等先进现代测量方法的发展，开展精细化和自动化径流泥沙监测设备研制和功能开发。功能开发后可将坡面径流侵蚀系统的监测和样品采集分析水平提高至国内外领先水平，促进坡面土壤侵蚀和面源污染运移等陆地表层研究，服务于水土流失治理以及与水相关的生态环境建设等国家重大需求问题。
本发明所述的高浓度径流泥沙样品自动采集系统的硬件部分采用步进电机、计算机控制平台、5G传输终端、供电系统、传感器等硬件，实现高浓度径流泥沙自动、连续采集，获得随时间变化的土壤侵蚀和养分流失动态变化过程。基于LabVIEW平台开发仪器控制和数据采集的软件系统，通过调整步进电机转数、控制径流泥沙采样时间间隔，实现径流泥沙样品自动采集及控制采样频率。通过在采集口301增加入射射流，使泥沙不在瓶口发生淤积，保证获取的径流泥沙量的准确性。该采集系统是一种连续、省时省力、自动径流泥沙采集系统，能够取代传统费时费力的泥沙采样技术和设备。
附图说明
附图用来提供对本发明技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的具体实施方式一起用于解释本发明的技术方案，并不构成对本发明技术方案的限制。
图1是本发明所述的高浓度径流泥沙样品自动采集系统的设计效果图。
图2是本发明所述的高浓度径流泥沙样品自动采集系统的内部构造图。
图3是本发明所述的高浓度径流泥沙样品自动采集系统的电器柜的内部构造图。
具体实施方式
在下文中更详细地描述了本发明以有助于对本发明的理解。
本发明运用流体力学、物理学、计算机科学等学科的理论知识，针对目前高浓度泥沙样品自动采集监测应用中存在的主要问题，以研制根据需求调节采样时间的自动径流泥沙采集系统为目标。硬件部分采用步进电机、计算机控制平台、5G传输终端、供电系统、传感器等硬件，实现高浓度径流泥沙自动、连续采集，获得随时间变化的土壤侵蚀和养分流失动态变化过程。基于LabVIEW平台开发仪器控制和数据采集的软件系统，通过调整步进电机转数、控制径流泥沙采样时间间隔，实现径流泥沙样品自动采集及控制采样频率。通过在采集口增加入射射流，使泥沙不在瓶口发生淤积，保证获取的径流泥沙量的准确性。该采集系统旨在取代传统费时费力的泥沙采样技术和设备，根据实验需求，研制自动采样系统，获得连续、省时省力、自动径流泥沙采集系统，实现自动监测和远程控制，为水文和水土保持监测领域提供实验装置。
本发明的主要任务包括：
(1)完成径流泥沙采集系统硬件设备构建、调试和安装。设计和加工电器柜等，将硬件设备安装至电器柜内。在泥沙采样器上搭建步进电机、供电系统、串口控制器、串口服务器、压力传感器、5G传输终端，实现高浓度径流泥沙自动采集、数据远程传输、及泥沙无接触式获取。
(2)基于LabVIEW平台开发仪器控制、数据采集软件系统。编写软件程序对搭建的硬件设备进行控制，实现径流泥沙样品自动采集，数据的获取、存储、传输，通过调整步进电机转数、采样时间间隔，并结合入射射流装置，实现高浓度径流泥沙样品自动采集。
(3)将研发的泥沙样品系统应用于室内、野外径流监测试验中，探索泥沙采集装置获取样品的适用性。
如图1至图3所示，本发明所述的高浓度径流泥沙样品自动采集系统包括硬件部分和软件部分，其中所述的硬件部分包括径流泥沙样品采集盘40、步进电机4、重力传感器12和电器柜；所述的径流泥沙样品采集盘40用于固定采样容器；所述的步进电机4用于驱动所述的径流泥沙样品采集盘40同步转动，使所述的径流泥沙样品采集盘40上的采样容器按照预先设置的时间间隔从当前容器位置转动至下一个容器位置，实现泥沙样品自动采集的目的；所述的重力传感器12用于检测所述的采样容器中的泥沙样品的质量；所述的电器柜包括电器柜设备外壳6，所述的电器柜设备外壳6内设置有交直流转换器1、运动控制驱动器3和供电系统9，所述的供电系统9与所述的交直流转换器电连接，所述的交直流转换器为所述的高浓度径流泥沙样品自动采集系统提供稳定的直流电源；所述的运动控制驱动器3用于精准控制和驱动所述步进电机的运动方向、速度、加速度和/或步长；所述的软件部分基于LavVIEW平台控制所述步进电机的运动，用于调整样品采集频率。
所述的径流泥沙样品采集盘40设置在设备保护罩20的内部；所述的电器柜设置在设备保护罩20的下方。设备保护罩20主要用于保护内部的径流泥沙样品采集盘40，支撑泥沙采集器30，以及悬挂电器柜。
优选地，所述的软件部分基于LabVIEW平台开发，基于LabVIEW平台的机器视觉技术控制步进电机的运转，从而实现所述的径流泥沙样品采集盘的定位转动。
优选地，所述的软件部分通过调用LabVIEW功能模块中的循环事件结构与时间控制动态调用模块(VI)，实现所述的高浓度径流泥沙样品自动采集系统的运行时间间隔、运动步长、运动速率、以及误差微调的功能。
优选地，所述的径流泥沙样品采集盘40包括上层盘41和下层盘42，所述的上层盘41和下层盘4之间通过钢制矩形柱体连接；所述的上层盘起到固定作用，所述的下层盘主要起支撑作用。
优选地，所述的上层盘41上设置有10个圆孔(不限于10个)，能够放置10个采样容器。
优选地，所述的径流泥沙样品采集盘40与所述的步进电机4之间通过联轴器连接。
优选地，所述的电器柜设备外壳6内还设置有串口服务器2，所述的软件部分采用NI-VISA虚拟串口与所述的串口服务器2连接，并与所述的运动控制驱动器进行通讯；串口服务器(RS485转RJ45)的主要功能是建立运动控制驱动器与工控机8之间的稳定通信，实现将RS485串口设备连接至Ethernet进行无线传输。
优选地，所述的电器柜设备外壳6内还设置有5G传输终端7，用于实现数据实时发布、数据库远程连接访问和所述的高浓度径流泥沙样品自动采集系统的远程控制。
优选地，所述的高浓度径流泥沙样品自动采集系统的采集口301内设置有高压水枪，用于防止泥沙淤积在采集口，收集高浓度泥沙样品。
优选地，所述电器柜设备外壳6的上方还设置有测量系统连接件5，所述的测量系统连接件5用于连接径流泥沙样品采集盘40和步进电机4。
所述的电器柜设备外壳6内还设置有声音传感器10，用于接收泥沙水样注入上层盘41上圆孔内采样容器声波变化，显示声音的振动变化图像，确定水样体积V。
优选地，所述的重力传感器可自动获取所述的采样容器中的泥沙样品的质量，从而计算得到径流泥沙样品的浓度；
当获得泥沙样品质量m(g)后，泥沙样品总质量m可表达为：
m＝ρsVs+ρwVw (1)
其中，ρs、ρw分别为泥沙和水的密度，g/cm3，Vs为泥沙体积，Vw为水的体积，由于泥沙样品体积V(cm3)可由采样容器直接读取，公式(1)可改写为：
m＝ρsVs+ρw(V-Vs) (2)
从而得到泥沙体积Vs为：
径流泥沙样品浓度的计算公式为：
其中c为径流泥沙样品浓度，g/cm3。
本发明所述的高浓度径流泥沙样品自动采集系统中，硬件部分主要负责装置运行、数据采集和传输；软件部分基于LavVIEW平台控制硬件的运动，调整样品采集频率。软件部分和硬件部分集成后可实现高浓度径流泥沙样品的自动采集。
本发明所述的高浓度径流泥沙样品自动采集系统的框架和电器柜由不锈钢制成，用来支撑和保护采样器内部硬件设备，包括：径流泥沙样品采集盘、步进电机和重力传感器(图2)。电器柜内置直流电源、智能微型工控机8(用于控制电器柜内的工业设备，包括交直流转换器1、串口服务器2、运动控制驱动器3、步进电机4、5G传输终端7、供电系统9)、步进电机驱动器、串口服务器(图3)。图2中径流泥沙样品采集盘分为上下2层，带有10个圆孔的上层盘起到固定作用，可放置10个采样容器；下层盘主要起支撑作用；两盘之间用钢制矩形柱体连接。下置步进电机，采集盘与电机同步转动，可实现采集盘上采样容器按照预先设置的时间间隔从当前容器位置转动至下一个容器位置，达到泥沙样品自动采集的目的。
本发明中软件处理模块的主要功能是基于LabVIEW平台的机器视觉技术控制步进电机运转，从而实现采集盘定位转动。
集成所有模块功能后，最终可以实时获取具有经纬信息的高精度地形测量数据。本发明所述的高浓度径流泥沙样品自动采集系统的功能是通过软件系统和硬件设备相结合实现的。硬件系统由交直流转换器(24V和5V)、步进电机、运动控制驱动器、串口服务器(RS485转RJ45)组成。交直流转换器为系统提供稳定的直流电源；步进电机通过联轴器与采样转盘(即径流泥沙样品采集盘)的传动部分固定，实现无损精准动力传输；运动控制驱动器用于精准控制和驱动步进电机的运动方向、速度、加速度、步长；串口服务器的主要功能是建立运动控制驱动器与智能微型工控机8之间的稳定通信，实现将RS485串口设备连接至Ethernet进行无线传输。
软件系统基于LabVIEW平台开发，采用NI-VISA虚拟串口连接串口服务器，并与运动控制驱动器进行通讯。通过调用LabVIEW功能模块中的循环事件结构与时间控制VI，实现系统运行时间间隔、运动步长、运动速率、以及误差微调的功能。
本发明的主要的创新点如下：
1、采集口内置高压水枪，防止泥沙淤积在采集口，收集高浓度泥沙样品；
2、利用采集盘与步进电机同步转动，实现径流泥沙样品自动收集；
3、基于LabVIEW平台的硬件控制技术，实现仪器控制、数据采集；
4、压力传感器可自动获取泥沙样品重量，从而计算得到径流泥沙样品浓度；
当获得泥沙样品质量m(g)后，泥沙样品总质量可表达为：
m＝ρsVs+ρwVw (1)
其中，ρs、ρw分别为泥沙和水的密度，g/cm3，由于样品体积V(cm3)可由容器直接读取，公式(1)可改写为：
m＝ρsVs+ρw(V-Vs) (2)
从而得到泥沙体积为：
泥沙样品浓度计算公式为：
其中c为径流泥沙样品浓度，g/cm3。
5、数据实时发布、数据库远程连接访问、泥沙采集系统远程控制。
本发明所述的高浓度径流泥沙样品自动采集系统在使用时，设备保护罩20主要用于保护内部的径流泥沙样品采集盘40，支撑泥沙采集器30，以及悬挂电器柜。采集口301用于汇流进入泥沙采集器30的泥沙样品；分流管302将一定比例的泥沙样品分流至容器外；导流管303伸至容器内，用于将泥沙样品引导至径流泥沙样品采集盘40所置的采样容器中；支撑板304用于支撑和固定泥沙采集器30。
以上描述了本发明优选实施方式，然其并非用以限定本发明。本领域技术人员对在此公开的实施方案可进行并不偏离本发明范畴和精神的改进和变化。
Claims (10)
1.一种高浓度径流泥沙样品自动采集系统，其特征在于，所述的高浓度径流泥沙样品自动采集系统包括硬件部分和软件部分，其中所述的硬件部分包括径流泥沙样品采集盘、步进电机、重力传感器和电器柜；所述的径流泥沙样品采集盘用于固定采样容器；所述的步进电机用于驱动所述的径流泥沙样品采集盘同步转动，使所述的径流泥沙样品采集盘上的采样容器按照预先设置的时间间隔从当前容器位置转动至下一个容器位置，实现泥沙样品自动采集的目的；所述的重力传感器用于检测所述的采样容器中的泥沙样品的质量；所述的电器柜包括电器柜设备外壳，所述的电器柜设备外壳内设置有交直流转换器、运动控制驱动器和供电系统，所述的供电系统与所述的交直流转换器电连接，所述的交直流转换器为所述的高浓度径流泥沙样品自动采集系统提供稳定的直流电源；所述的运动控制驱动器用于精准控制和驱动所述步进电机的运动方向、速度、加速度和/或步长；所述的软件部分基于LavVIEW平台控制所述步进电机的运动，用于调整样品采集频率。
2.根据权利要求1所述的高浓度径流泥沙样品自动采集系统，其特征在于，所述的软件部分基于LabVIEW平台开发，基于LabVIEW平台的机器视觉技术控制步进电机的运转，从而实现所述的径流泥沙样品采集盘的定位转动。
3.根据权利要求1所述的高浓度径流泥沙样品自动采集系统，其特征在于，所述的软件部分通过调用LabVIEW功能模块中的循环事件结构与时间控制动态调用模块，实现所述的高浓度径流泥沙样品自动采集系统的运行时间间隔、运动步长、运动速率、以及误差微调的功能。
4.根据权利要求1所述的高浓度径流泥沙样品自动采集系统，其特征在于，所述的径流泥沙样品采集盘包括上层盘和下层盘，所述的上层盘和下层盘之间通过钢制矩形柱体连接；所述的上层盘起到固定作用，所述的下层盘主要起支撑作用。
5.根据权利要求4所述的高浓度径流泥沙样品自动采集系统，其特征在于，所述的上层盘上设置有多个圆孔，能够放置多个采样容器。
6.根据权利要求1所述的高浓度径流泥沙样品自动采集系统，其特征在于，所述的径流泥沙样品采集盘与所述的步进电机之间通过联轴器连接。
7.根据权利要求1所述的高浓度径流泥沙样品自动采集系统，其特征在于，所述的电器柜设备外壳内还设置有串口服务器，所述的软件部分采用NI-VISA虚拟串口与所述的串口服务器连接，并与所述的运动控制驱动器进行通讯。
8.根据权利要求1所述的高浓度径流泥沙样品自动采集系统，其特征在于，所述的电器柜设备外壳内还设置有5G传输终端，用于实现数据实时发布、数据库远程连接访问和所述的高浓度径流泥沙样品自动采集系统的远程控制；所述的电器柜设备外壳内还设置有声音传感器，用于接收泥沙水样注入上层盘上圆孔内采样容器的声波变化，显示声音的振动变化图像，确定水样体积。
9.根据权利要求1至8任一项所述的高浓度径流泥沙样品自动采集系统，其特征在于，所述的高浓度径流泥沙样品自动采集系统的采集口内设置有高压水枪，用于防止泥沙淤积在采集口。
10.根据权利要求1至8任一项所述的高浓度径流泥沙样品自动采集系统，其特征在于，所述的重力传感器能够自动获取所述的采样容器中的泥沙样品的质量，从而计算得到径流泥沙样品的浓度；
当获得泥沙样品总质量m后，泥沙样品总质量m表达为：
m＝ρsVs+ρwVw (1)
其中，ρs、ρw分别为泥沙和水的密度，单位为g/cm3，Vs为泥沙体积，单位为cm3，Vw为水的体积，单位为cm3，泥沙样品总质量m的单位为g；
泥沙样品体积V能够由采样容器直接读取，公式(1)能够改写为：
m＝ρsVs+ρw(V-Vs) (2)
从而得到泥沙体积Vs为：
径流泥沙样品浓度的计算公式为：
其中c为径流泥沙样品浓度，g/cm3，泥沙样品体积V的单位为cm3。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202211108997.3A CN115452484B (zh) | 2022-09-13 | 2022-09-13 | 一种高浓度径流泥沙样品自动采集系统 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202211108997.3A CN115452484B (zh) | 2022-09-13 | 2022-09-13 | 一种高浓度径流泥沙样品自动采集系统 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN115452484A true CN115452484A (zh) | 2022-12-09 |
| CN115452484B CN115452484B (zh) | 2023-09-12 |
Family
ID=84302097
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202211108997.3A Active CN115452484B (zh) | 2022-09-13 | 2022-09-13 | 一种高浓度径流泥沙样品自动采集系统 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN115452484B (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116380714A (zh) * | 2023-03-15 | 2023-07-04 | 中国科学院地理科学与资源研究所 | 一种水样含沙量测量装置及使用其的测量方法 |
Citations (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003130778A (ja) * | 2001-10-29 | 2003-05-08 | Kyushu Electric Power Co Inc | 燃料スラリーの水分測定装置及び燃料スラリーの水分測定方法 |
| CN102839122A (zh) * | 2012-06-29 | 2012-12-26 | 上海杰穆实业有限公司 | 一种微生物发酵过程的实时监测系统 |
| CN102937538A (zh) * | 2012-11-08 | 2013-02-20 | 浙江大学 | 应用于水质应急监测的遥控立体采样系统及采样方法 |
| CN107192584A (zh) * | 2017-06-20 | 2017-09-22 | 中国水利水电科学研究院 | 一种水土保持监测小区径流泥沙连续取样保存系统和方法 |
| CN207894668U (zh) * | 2018-03-13 | 2018-09-21 | 水利部牧区水利科学研究所 | 地表径流变频取样装置 |
| CN208443829U (zh) * | 2018-06-30 | 2019-01-29 | 浙江环境监测工程有限公司 | 一种生化需氧量快速测定仪进样盘 |
| CN109343374A (zh) * | 2018-09-12 | 2019-02-15 | 厦门大学 | 一种基于LabVIEW的脉冲同步控制二维扫描和信号采集实现方法 |
| CN209055343U (zh) * | 2018-09-12 | 2019-07-02 | 水利部交通运输部国家能源局南京水利科学研究院 | 一种基于声波振动的高坝深库沉积物柱芯采集装置 |
| CN111398104A (zh) * | 2020-04-01 | 2020-07-10 | 珠江水利委员会珠江水利科学研究院 | 一种泥沙颗粒三维仿真运动监测实验装置及方法 |
| CN211374219U (zh) * | 2019-12-20 | 2020-08-28 | 常州磐宇仪器有限公司 | 一种容积可调式取样进样系统 |
| CN111595636A (zh) * | 2019-09-01 | 2020-08-28 | 中国铁道科学研究院集团有限公司铁道建筑研究所 | 一种机制砂生产监控系统在线自动取样方法与装置 |
| CN211576651U (zh) * | 2020-03-11 | 2020-09-25 | 张卫 | 一种用于水土保持监测的泥沙取样装置 |
| CN113933201A (zh) * | 2021-09-26 | 2022-01-14 | 西安理工大学 | 一种测量全场景径流泥沙的装置及方法 |
| CN215598792U (zh) * | 2021-09-07 | 2022-01-21 | 长春合利水土保持科技有限公司 | 一种河道断面自动取样装置 |
-
2022
- 2022-09-13 CN CN202211108997.3A patent/CN115452484B/zh active Active
Patent Citations (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003130778A (ja) * | 2001-10-29 | 2003-05-08 | Kyushu Electric Power Co Inc | 燃料スラリーの水分測定装置及び燃料スラリーの水分測定方法 |
| CN102839122A (zh) * | 2012-06-29 | 2012-12-26 | 上海杰穆实业有限公司 | 一种微生物发酵过程的实时监测系统 |
| CN102937538A (zh) * | 2012-11-08 | 2013-02-20 | 浙江大学 | 应用于水质应急监测的遥控立体采样系统及采样方法 |
| CN107192584A (zh) * | 2017-06-20 | 2017-09-22 | 中国水利水电科学研究院 | 一种水土保持监测小区径流泥沙连续取样保存系统和方法 |
| CN207894668U (zh) * | 2018-03-13 | 2018-09-21 | 水利部牧区水利科学研究所 | 地表径流变频取样装置 |
| CN208443829U (zh) * | 2018-06-30 | 2019-01-29 | 浙江环境监测工程有限公司 | 一种生化需氧量快速测定仪进样盘 |
| CN109343374A (zh) * | 2018-09-12 | 2019-02-15 | 厦门大学 | 一种基于LabVIEW的脉冲同步控制二维扫描和信号采集实现方法 |
| CN209055343U (zh) * | 2018-09-12 | 2019-07-02 | 水利部交通运输部国家能源局南京水利科学研究院 | 一种基于声波振动的高坝深库沉积物柱芯采集装置 |
| CN111595636A (zh) * | 2019-09-01 | 2020-08-28 | 中国铁道科学研究院集团有限公司铁道建筑研究所 | 一种机制砂生产监控系统在线自动取样方法与装置 |
| CN211374219U (zh) * | 2019-12-20 | 2020-08-28 | 常州磐宇仪器有限公司 | 一种容积可调式取样进样系统 |
| CN211576651U (zh) * | 2020-03-11 | 2020-09-25 | 张卫 | 一种用于水土保持监测的泥沙取样装置 |
| CN111398104A (zh) * | 2020-04-01 | 2020-07-10 | 珠江水利委员会珠江水利科学研究院 | 一种泥沙颗粒三维仿真运动监测实验装置及方法 |
| CN215598792U (zh) * | 2021-09-07 | 2022-01-21 | 长春合利水土保持科技有限公司 | 一种河道断面自动取样装置 |
| CN113933201A (zh) * | 2021-09-26 | 2022-01-14 | 西安理工大学 | 一种测量全场景径流泥沙的装置及方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 曹建生: "小流域径流泥沙自动采集器的试验研究", 《农业工程学报》, no. 1, pages 57 - 61 * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116380714A (zh) * | 2023-03-15 | 2023-07-04 | 中国科学院地理科学与资源研究所 | 一种水样含沙量测量装置及使用其的测量方法 |
| CN116380714B (zh) * | 2023-03-15 | 2023-09-22 | 中国科学院地理科学与资源研究所 | 一种水样含沙量测量装置及使用其的测量方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN115452484B (zh) | 2023-09-12 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11821885B2 (en) | Test methods for simulating sediment pollutant release under effect of river channel erosion | |
| CN206863020U (zh) | 一种城市污水管网水质在线监测系统 | |
| CN102707035B (zh) | 一种全自动土柱淋滤实验装置 | |
| CN108645758B (zh) | 一种底泥污染物动态释放性分析方法 | |
| CN207133276U (zh) | 一种水质自动采样监测系统 | |
| CN103760623B (zh) | 全自动水面蒸发量监测系统 | |
| CN113505471A (zh) | 一种河流断面污染物浓度预测计算方法 | |
| CN115452484A (zh) | 一种高浓度径流泥沙样品自动采集系统 | |
| CN117109522B (zh) | 沉降水位一体化监测装置 | |
| CN105738152A (zh) | 一种大型深层水库分层连续泥沙采集装置 | |
| CN104764494A (zh) | 动态径流泥沙自动监测仪 | |
| CN1225647C (zh) | 径流泥沙含量的连续自动测量装置 | |
| CN106989956A (zh) | 一种浅水海域含沙水体原位自动采集装置及方法 | |
| CN218098506U (zh) | 一种高浓度径流泥沙样品采集系统 | |
| CN205228998U (zh) | 一种水土流失自动监测仪 | |
| CN107656028A (zh) | 检测装置 | |
| CN104846926A (zh) | 一种体积法测量管网外源入侵的系统和方法 | |
| CN215525410U (zh) | 一种全自动称重式蒸发监测仪 | |
| CN214472031U (zh) | 一种抽水试验参数数据自动化高精度采集预处理仪器 | |
| CN2442259Y (zh) | 便携式水流泥沙含量测量仪 | |
| CN110619804B (zh) | 产汇流实验平台 | |
| CN204575142U (zh) | 动态径流泥沙自动监测仪 | |
| CN204988968U (zh) | 一种土柱入渗性能检测装置 | |
| CN110346247B (zh) | 一种吹填区底泥盐分扩散系数中尺度试验测定方法 | |
| CN203349872U (zh) | 一种降雨径流测量设备 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |