CN202676218U - 翻斗式径流量自动监测及水沙采样一体机 - Google Patents

Abstract

翻斗式径流量自动监测及水沙采样一体机，包括自上而下依次拼接的缓冲装置、可调节重心式翻斗计数装置和水沙采样装置，所述缓冲装置为漏斗；所述可调节重心式翻斗计数装置由翻斗、重力调节杆和自动计数系统装置组成，翻斗下方设有转轴，重力调节杆设于翻斗左右两侧，自动计数系统装置由翻斗上磁铁和计数传感器组成，采集翻斗转动产生的脉冲信号至记录仪；缓冲装置的出水口在翻斗上的投影位于翻斗满水时重心的内侧，所述内侧为远离重心更靠近转轴的一侧；所述水沙采样装置由自上而下设置的第一抽屉、第二抽屉和排水装置组成，第一抽屉为集沙装置框架，第二抽屉为沉泥和集水装置，底部设有2个排水口。实现了稳定的自动监测和便捷的水沙采样。

Description

翻斗式径流量自动监测及水沙采样一体机

技术领域

本实用新型属于径流监测技术领域，尤其涉及一种应用于野外径流小区水土流失监测，监测整个径流产流过程的翻斗式径流量自动监测及水沙采样一体机。

背景技术

目前，坡面径流过程中的流量自动观测是野外实验的难点问题，主要受制造工艺、稳定结构设计、测量范围、测量精度和误差不确定等多方面的制约。

径流小区的研究起源于1917年美国密苏里农业试验站，而国内则在1954年才开始在辽宁阜新县探索性地建立径流小区。无论是国内还是国际上，由于建立径流小区的成本大且通常得到的数据很容易丢失而无效，至今其水沙的监测没有统一的监测标准，统计方法也没有统一标准。如今大部分地区沿用最初的径流小区的径流池和分流池的设计进行收集，大家都认可其收集总量的准确性，但是随着水土流失机理的研究的不断深入，这种监测手段已经无法满足水保专家们对径流过程研究的信息量。

1997年，Khan, A. A. H.和他的同事就已经全面介绍并评价了翻斗计数式对径流水量进行监测的仪器，但是至今仍然没有推广开来。主要原因是机械构造复杂制造工艺困难、计数型单片机在当时技术环境下的野外运行的稳定性较差以及构造的材料和工艺价格昂贵。

国内紧跟着国外（国外1962年开始应用于径流的探索）制造了不同的产品，有双翻斗，有翻斗和径流池结合的，但都是集中在事件记录的单片机研究和误差评估，没有从翻斗翻动的本质原理出发对翻斗结构设计和野外稳定性的研究，所以大部分产品根本无法进入到野外。

实用新型内容

解决的技术问题：为了克服现有的径流池监测方法信息量小的不足、传统翻斗式径流监测不稳定的不足以及后期采样不方便的不足，本实用新型提供翻斗式径流量自动监测及水沙采样一体机，实现了稳定的自动监测和便捷的水沙采样，避免了外界环境和人为的影响，方便后期维护检查工作。

技术方案：

一种翻斗式径流量自动监测及水沙采样一体机，包括自上而下依次拼接的缓冲装置、可调节重心式翻斗计数装置和水沙采样装置，所述缓冲装置为漏斗；所述可调节重心式翻斗计数装置由翻斗、重力调节杆和自动计数系统装置组成，翻斗下方设有转轴，重力调节杆设于翻斗左右两侧，自动计数系统装置由翻斗上磁铁和计数传感器组成，采集翻斗转动产生的脉冲信号至记录仪；缓冲装置的出水口在翻斗上的投影位于翻斗满水时重心的内侧，所述内侧为远离重心更靠近转轴的一侧；所述水沙采样装置由自上而下设置的第一抽屉、第二抽屉和排水装置组成，第一抽屉为集沙装置框架，第二抽屉为沉泥和集水装置，底部设有2个排水口。

所述翻斗形状为两个簸箕背靠连接状，中脊由两端95mm高逐渐过度到中心84.1mm高，簸箕的底面长200mm，宽390mm。

所述缓冲装置、可调节重心式翻斗计数装置设于密封框架内，直径100mm进水口设于密封框架后部，密封框架上设有密封盖。

所述第一抽屉底部分布1cm直径圆孔，相邻孔间距为1cm；抽屉内配取沙装置，所述取沙装置为钢铁框架结构，框架底部为不锈钢滤网，框架内设有涤纶100目网袋，袋口边缘由粘扣带固定取沙装置四边。

所述抽屉均设有轨道。

所述第二抽屉的排水口由橡皮塞控制，且第二抽屉与第一抽屉大小相同。

在缓冲装置中，将其出水口的位置设计在翻斗临界翻动重心的内侧上方，即减少水的动能和翻斗中水流波动的干扰。

在取样装置中，设计的双层抽屉相当于过滤筛子，将沙拦截在上层抽屉，水和泥在下层，大量的泥沉淀在下层抽屉底下，下层抽屉内的水样模块随机小范围的收集水样。多余的水从下层抽屉的排水装置排出。

整个装置密封式设计避免了外界影响，各拼接口用螺丝加固可实现更加稳定更加安全，两侧的透明设计可以直接观察内部构造，方便维护和检查。

有益效果：稳定的自动监测和便捷的水沙采样，避免了外界环境和人为的影响，方便后期维护检查工作。以及构造简单实用。

所述密封盖子，监测径流时排除了降雨的污染。

所述缓冲装置，对径流进行缓冲，保证水流平缓进入翻斗装置，缓冲装置的出口位置设计成特殊位置（详见说明书）使减少水流波动对翻斗的扰动。

所述密封框架，两侧为透明有机玻璃，可以随时观察翻斗运行情况。

所述可调节重心式翻斗计数装置，可调节翻斗转动的临界重心，翻斗翻动磁铁通过接近开关产生脉冲信号被连接的计数器记录，记录翻斗次数和时间。

所述水沙采样装置，抽屉式过滤收集翻斗下来的水沙，方便野外田间的工作人员采样。

所述抽屉轨道，在野外较脏情况下抽屉轨道仍然可以畅通。

附图说明

图1 为本实用新型的一种翻斗结构图，o为翻斗的理论质心；

图2为某一状态下侧面翻斗转动分析图，图2中缓冲装置（2）和可调节重心式翻斗计数装置（4）。A为翻斗转轴，B为翻斗自身重力，C为翻斗中水一定量翻动时水自身重力；

图3为取样装置第一层设计结构图，图3中第一抽屉（8），D材料为尼龙绳，有弹性可拎，E为钢结构，底部为不锈钢滤网（100目）；

图4为产品整体结构示意图，密封盖（1）、缓冲装置（2）、密封框架（3）、可调节重心式翻斗计数装置（4）、重力调节杆（5）、水沙采样装置（6）、记录仪（7）、第一抽屉（8）、第二抽屉（9）、轨道（10）、自动计数系统装置（11）和排水装置（12）。

具体实施方式

实施例1：

整个仪器材料选用耐用的PVC板（外框架厚度8mm，内部各零件厚5mm）、有机玻璃（厚度8mm）、不锈钢转轴、内部不锈钢外包PVC材质两端可旋上螺母固定的重心调节杆、100目涤纶网、橡皮塞、不锈钢抽屉轨道、磁钢、MKA-10110干簧管和HOBO事件记录仪。

按照如图1所示的翻斗形状，定轴转动的动量矩定理，以及满足刚好1翻斗满则翻动的条件求得翻斗的具体尺寸，该理论求解忽略轴摩擦力，在实际研究中尝试了3种尺寸的翻斗，最终最合适的尺寸为图1所示。

根据PVC的实际密度和可行的设计形状，如图1，由计算机模拟（Sketchup8.0）找到翻斗的质心，如图2所示的状态，求得翻斗逆时针的转动力矩。同法找到右翻斗水接近满时的质心，同理求得水顺时针翻动的转动力矩，所以如图2所示，将缓冲装置的下出口的缝宽限制在图2所示的水的重心内侧，使由上而下冲击下来的水增加逆时针的转动力矩，而逆时针方向总有调节杆约束着不动，所以冲击下来的水慢慢平缓在翻斗中，直至自身重力产生足够的顺时针转动力矩而翻动。所以减少了水的冲击动能的干扰。

由翻斗翻下来的水和沙混合流入下面的取样装置，第一层如图3所示，抽屉底部分布1cm直径圆孔，相邻孔间距为1cm；抽屉内配取沙模块，可直接从抽屉中取出称量和分析，如图3上部分结构，取沙模块框架结构为钢铁，底下为不锈钢滤网，四周及底部是一个完整的涤纶100目网袋，袋口边缘由粘扣带固定取沙装置四边。经实验确定一次最多可以容纳30kg泥沙。

事件记录仪对翻斗转动产生的脉冲信号的最短时间间隔分辨为0.5秒，即翻斗翻动速度超过2次/秒，则出现数据偏小，所以整个仪器的测量范围为0.0L/s-4L/s。

实施例2：

本实施例所用产品型号与实施例相同，翻斗式径流量自动监测及水沙采样一体机，包括自上而下依次拼接的缓冲装置2、可调节重心式翻斗计数装置4和水沙采样装置6，所述缓冲装置2为漏斗；所述可调节重心式翻斗计数装置4由翻斗、重力调节杆5和自动计数系统装置11组成，翻斗下方设有转轴，重力调节杆5设于翻斗左右两侧，自动计数系统装置11由翻斗上磁铁和计数传感器组成，采集翻斗转动产生的脉冲信号至记录仪7；缓冲装置2的出水口在翻斗上的投影位于翻斗满水时重心的内侧，所述内侧为远离重心更靠近转轴的一侧；所述水沙采样装置6由自上而下设置的第一抽屉8、第二抽屉9和排水装置12组成，第一抽屉8为集沙装置框架，第二抽屉9为沉泥和集水装置，底部设有2个排水口。所述翻斗形状为两个簸箕背靠连接状，中脊由两端95mm高逐渐过度到中心84.1mm高，簸箕的底面长200mm，宽390mm。所述缓冲装置2、可调节重心式翻斗计数装置4设于密封框架3内，直径100mm进水口设于密封框架3后部，密封框架3上设有密封盖1。所述第一抽屉8底部分布1cm直径圆孔，相邻孔间距为1cm；抽屉内配取沙装置，所述取沙装置为钢铁框架结构，框架底部为不锈钢滤网，框架内设有涤纶100目网袋，袋口边缘由粘扣带固定取沙装置四边。所述抽屉均设有轨道10。所述第二抽屉9的排水口由橡皮塞控制，且第二抽屉9与第一抽屉8大小相同。

Claims (6)

1.翻斗式径流量自动监测及水沙采样一体机，其特征在于包括自上而下依次拼接的缓冲装置（2）、可调节重心式翻斗计数装置（4）和水沙采样装置（6），所述缓冲装置（2）为漏斗；所述可调节重心式翻斗计数装置（4）由翻斗、重力调节杆（5）和自动计数系统装置（11）组成，翻斗下方设有转轴，重力调节杆（5）设于翻斗左右两侧，自动计数系统装置（11）由翻斗上磁铁和计数传感器组成，采集翻斗转动产生的脉冲信号至记录仪（7）；缓冲装置（2）的出水口在翻斗上的投影位于翻斗满水时重心的内侧，所述内侧为远离重心更靠近转轴的一侧；所述水沙采样装置（6）由自上而下设置的第一抽屉（8）、第二抽屉（9）和排水装置（12）组成，第一抽屉（8）为集沙装置框架，第二抽屉（9）为沉泥和集水装置，底部设有2个排水口。

2.根据权利要求1所述翻斗式径流量自动监测及水沙采样一体机，其特征在于所述翻斗形状为两个簸箕背靠连接状，中脊由两端95mm高逐渐过度到中心84.1mm高，簸箕的底面长200mm，宽390mm。

3.根据权利要求1所述翻斗式径流量自动监测及水沙采样一体机，其特征在于所述缓冲装置（2）、可调节重心式翻斗计数装置（4）设于密封框架（3）内，直径100mm进水口设于密封框架（3）后部，密封框架（3）上设有密封盖（1）。

4.根据权利要求1所述翻斗式径流量自动监测及水沙采样一体机，其特征在于所述第一抽屉底部分布1cm直径圆孔，相邻孔间距为1cm；抽屉内配取沙装置，所述取沙装置为钢铁框架结构，框架底部为不锈钢滤网，框架内设有涤纶100目网袋，袋口边缘由粘扣带固定取沙装置四边。

5.根据权利要求1所述翻斗式径流量自动监测及水沙采样一体机，其特征在于所述抽屉均设有轨道（10）。

6.根据权利要求1所述翻斗式径流量自动监测及水沙采样一体机，其特征在于所述第二抽屉（9）的排水口由橡皮塞控制，且第二抽屉（9）与第一抽屉（8）大小相同。

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