CN216847467U - 一种泥沙量自动监测仪及在线监测系统 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种泥沙量自动监测仪及在线监测系统，属于水土流失监测的技术领域，用于解决相关技术中水土流失监测的实时性、准确性存在的问题，在该泥沙量自动监测仪中，过水槽设置于地表径流的汇集位置、以供水流经过，液位测量模块、流速获取模块、浊度测量模块分别实现地表径流的汇集位置的液位、流速、浊度的测量，数据处理模块基于液位和流速确定地表径流的径流量，基于浊度和径流量确定地表径流的含沙量，从而能够实时地、准确地实现确定水土流失的监测。该系统包含该泥沙量自动监测仪，具有该泥沙量自动监测仪的优势。

Description

一种泥沙量自动监测仪及在线监测系统

技术领域

本申请涉及水土流失监测的领域，尤其是涉及一种泥沙量自动监测仪及在线监测系统。

背景技术

水土流失监测即通过对地表径流的径流量、流速、含沙量等指标的检测来获知水土流失程度，以制定相应的解决方案。

地表径流的径流量可通过流速-面积法或浮标法确定。流速-面积法即将测量断面分为若干小块，测出没小块的面积和流速，计算出相应的流量，在将各小断面的流量累加，即为断面上的水流量。浮标法时一种粗略测量小型河、渠中水流速的简易方法，测量时，选择一平直河段，测量该河段2m间距内起点、中点和终点三个过水横断面面积，求出平均横断面面积。在上游投入浮标，测量浮标流经确定河段(L)所需时间，重复测量几次，求出所需时间的平均值(t)，即可计算出流速(L/t)。通过前述方法确定所得的水流的径流量准确度较差。

测量地表径流的含沙量的一种应用较为广泛的方法为称重法。称重法为一种人工测量的方法，其通过在地表径流中取一定体积的水，尔后通过沉降、过滤、烘干等手段确定该一定体积的水中的泥沙的重量，泥沙的重量除以水的体积即为地表径流的含沙量。称重法仅能够测量取水时段的地表径流的含沙量，而无法获得地表径流含沙量的实时数据，称重法也较为繁琐，测量误差也较大。

综上所述，本领域亟待提供一种能够实时、准确地监测地表径流的径流量和含沙量的技术，来满足水土流失监测的需要。

实用新型内容

为了便于实时、准确地监测地表径流的径流量和含沙量，本申请提供一种泥沙量自动监测仪及在线监测系统。

第一方面，本申请提供了一种泥沙量自动监测仪，其包括：过水槽、液位测量模块、流速获取模块、浊度测量模块、数据处理模块以及电源模块；

所述过水槽用于设置于地表径流的汇集位置，以供所述地表径流的水流经过；

所述液位测量模块用于测量所述过水槽内流过的水流的液位，以生成液位数据；

所述流速获取模块用于获取所述过水槽内流过的水流的流速，以生成流速数据；

所述浊度测量模块用于测量所述过水槽内流过的水流的浊度，以生成浊度数据；

所述数据处理模块分别连接所述液位测量模块、流速获取模块和浊度测量模块，接收所述液位数据、流速数据和浊度数据，以根据所述液位数据和流速数据确定地表径流的径流量数据，根据预设的回归数学模型和所述浊度数据确定地表径流的含沙量数据；

所述电源模块用于为所述液位测量模块、流速获取模块、浊度测量模块和数据处理模块供电。

通过采用上述技术方案，该泥沙量自动监测仪能够实时监测地表径流的液位数据、流速数据和浊度数据，以确定地表径流的径流量数据和含沙量数据，从而实现了地表径流的水土流失的实时监测。另外，由于液位数据、流速数据和浊度数据均较为准确，故确定所得的径流量数据和含沙量数据也较为准确，有利于更为精准的监控水土流失状况。

可选的，所述过水槽为巴歇尔槽，所述过水槽用于水平设置于所述地表径流。

可选的，所述液位测量模块包括超声波液位计，所述超声波液位计固定设置于所述过水槽的上方、自上而下朝向过水槽的底部。

可选的，所述浊度测量模块包括一体设置的浊度传感器和温度传感器，所述浊度传感器和所述温度传感器均设置于所述过水槽内，所述浊度传感器用于生成所述浊度数据，所述温度传感器用于测量所述过水槽内流过的水流的温度，以生成温度数据；

所述浊度测量模块还包括连接浊度传感器和温度传感器的终端处理器，所述终端处理器接收所述温度数据和浊度数据，以根据所述温度数据调校所述浊度数据；

所述数据处理模块连接所述终端处理器，以接收调校后的浊度数据。

可选的，所述电源模块包括：电源供给模块、蓄电模块和太阳能充电模块；

所述电源供给模块用于连接蓄电模块和太阳能充电模块，以实现由蓄电模块为所述泥沙量自动监测仪供电、及由太阳能充电模块为所述蓄电模块供电；

所述太阳能充电模块用于将太阳能转换为电能；

所述蓄电模块连接所述电源供给模块和太阳能充电模块，用于存储所述电源供给模块接入的太阳能充电模块输出的电能。

可选的，还包括：数据存储模块；

所述数据存储模块连接所述数据处理模块，用于存储所述液位数据、流速数据、浊度数据、径流量数据和含沙量数据。

可选的，还包括：数据传输模块；

所述数据传输模块连接所述数据处理模块，并用于连接外部设备；

所述数据处理模块响应于外部设备的请求由所述数据处理模块调取液位数据、流速数据、浊度数据、径流量数据和含沙量数据中的指定一种或多种，以将所述指定一种或多种数据传输至所述外部设备。

可选的，还包括：显示模块；

所述显示模块连接所述数据处理模块，用于显示所述径流量数据和/或含沙量数据。

可选的，所述数据处理模块具有唯一标识。

第二方面，本申请提供了一种泥沙量在线监测系统，其包括如以上第一方面所述的任意一种泥沙量自动监测仪，还包括：服务器；

所述服务器连接所述泥沙量自动监测仪，用于监控所述泥沙量自动监测仪。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

1.提供了一种泥沙量自动监测仪及系统，该泥沙量自动监测仪能够设置于地表径流以实现地表径流的液位数据、流速数据和浊度数据的实时监测，从而实时确定地表径流的径流量数据和含沙量数据，实现水土流失实时的、较为准确的监测，该系统包含该泥沙量自动监测仪，也能够实现水土流失实时的、较为准确的监测；

2.该泥沙量自动监测仪配置有带有太阳能充电模块、蓄电模块和电源供给模块的电源模块，有利于该水土流失检测仪的不间断监测；

3.该泥沙量自动监测仪能够监测地表径流的温度数据，以温度数据调校浊度数据，使浊度数据以及根据浊度数据确定的含沙量数据更为准确。

附图说明

图1示出了本申请实施例中泥沙量自动监测仪及系统的原理图。

图2示出了本申请实施例中泥沙量自动监测仪及系统的方框图。

附图标记说明：1、巴歇尔槽；2、超声波液位计；21、支架；3、流速传感器；4、浊度传感器；41、温度传感器；5、单片机控制器；6、电源模块；61、电源变换模块；62、光伏蓄电池；63、太阳能光伏板；7、存储器；8、通信串口；9、显示器；10、服务器。

具体实施方式

以下结合附图1-2对本申请作进一步详细说明。

本申请中，通过实时监测地表径流的液位、流速和浊度，确定地表径流的径流量和含沙量，以实现对水土流失状况的实时的、较为准确的监测。

参照图1和图2，本申请实施例公开的泥沙量自动监测仪包括过水槽、液位测量模块、流速获取模块、浊度测量模块、数据处理模块和电源模块6。

过水槽用于设置于地表径流的汇集位置，以供地表径流的水流经过。在本申请实施例中，过水槽具体选择为巴歇尔槽1，巴歇尔槽1上游连接供地表径流的水流流入，以使水流流经巴歇尔槽1并由巴歇尔槽1的下游留出。在巴歇尔槽1所在的位置，地表径流的水流全部流经巴歇尔槽1，以便实现对地表径流的监测。

本公开中，液位测量模块用于测量过水槽内水流的液位、流速获取模块用于获取过水槽内水流的流速、浊度测量模块用于测量过水槽内水流的浊度，通过数据处理模块对测量所得的液位、流速、浊度的处理，即可得到地表径流的径流量和含沙量。

在本申请实施例中，液位测量模块包括超声波液位计2，超声波液位计2通过门型的支架21支撑于巴歇尔槽1的上游，超声波液位计2的测量方向垂直朝向巴歇尔槽1的底面，超声波液位计2能够实现巴歇尔槽1的液位的测量，以生成液位数据。

流速获取模块可以包括流速传感器3，流速传感器3设置于巴歇尔槽3的上游，用于测量巴歇尔槽3上游的流速，以生成流速数据。

浊度测量模块包括浊度传感器4和温度传感器41，浊度传感器4和温度传感器41设置于巴歇尔槽1上游。浊度传感器4用于测量巴歇尔槽1上游内水流的浊度，以生成浊度数据，温度传感器41用于测量巴歇尔槽1上游内水流的温度，以生成温度数据。浊度传感器4和温度传感器41一体设置，设置温度传感器41的目的在于调校浊度传感器4的测量结果，原理为：浊度传感器4测量所得的浊度数据受测量温度影响会产生偏差，通过温度传感器41测量浊度传感器4的测量温度，即可实现对测量所得的浊度数据的调校，以得到标准测量温度下较为准确的浊度数据。在本申请实施例中，浊度传感器4和温度传感器41集成设置，即可近似认为温度传感器41能够实现对浊度传感器4的测量温度的测量。

数据处理模块连接液位测量模块、流速获取模块和浊度测量模块，以接收液位数据、流速数据、浊度数据和温度数据。数据处理模块通过处理液位数据和流速数据即可得到地表径流的径流量数据，通过处理浊度数据和温度数据即可得到地表径流的含沙量数据。

在本申请的实施例中，数据处理模块包括单片机控制器5，单片机控制器5内预存储有巴歇尔槽1上游的槽宽，通过槽宽和实时的液位数据即可得到巴歇尔槽1内水流的水流截面积，通过水流截面积和实时的流速数据即可计算得到巴歇尔槽1内水流的径流量，从而得到径流量数据。

单片机控制器5预存储有浊度数据的调校算法，在单片机控制器5接收浊度数据和反映浊度数据的测量温度的温度数据时，其能够基于温度数据和调校算法将浊度数据调校成为标准测量温度下的浊度数据，以实现巴歇尔槽1中水流的浊度较为精准的确定。

单片机控制器5内还预存储有浊度和含沙量的回归数学模型，浊度和含沙量的回归数学模型可由本领域技术人员的依据不同土壤区域的大数据分析确定，不同土壤区域如黄土区、红壤区的回归数学模型不同，该回归数学模型体现指定土壤区域中标准测量温度下的浊度数据与地表径流的含沙量数据的关系。基于该回归数学模型，实时所得的每个浊度数据均可确定一含沙量数据，该含沙量数据能够体现地表径流的含沙量。

在另一个实施例中，浊度测量模块还可以包括分别连接所述单片机控制器5、浊度传感器4和温度传感器41的终端控制器，终端控制器接收温度数据和浊度数据，浊度数据的调校算法存储于终端控制器内，基于温度数据和调校算法将浊度数据调校成为标准测量温度下的浊度数据的工作由终端控制器执行，单片机控制器5仅接收终端控制器发送的调校后的浊度数据。

在另一个实施例中，流速获取模块也可以为程序功能模块，该程序功能模块表征为巴歇尔槽1的液位-流量对照表，终端控制器依据巴歇尔槽1的液位-流量对照表，能够直接确定巴歇尔槽1内的流量信息以及巴歇尔槽1上游的流速信息。

以上即为对泥沙量自动监测仪用于监测水土流失的功能构件的一个实施例的介绍，可以理解的是，也存在一些并列的实施例，用来实现水土流失的监测。例如，过水槽除可以选用巴歇尔槽1外，还可以选用U型槽、梯形槽等其他槽型结构，仅需能够供地表径流的水流经过即可；液位测量模块除可选择超声波液位计2外，还可以选用其他类型的液位计，仅需能够实现对过水槽内水流的液位的测量即可；流速获取模块也可以选用在线流速计等其他具有流速测量功能的设备、浊度测量模块也可以选用在线浊度仪等其他具有浊度测量功能的设备，当然，在实际选择时需考虑测量量程、精度、稳定性等需求，以确保长期使用的效果为准。并列的实施例中的设置方式与前述实施例中的具体实施方式类似，本领域技术人员可通过前述实施例的描述自行设置及改动本申请中的泥沙量自动监测仪，为保障说明书的简洁，此处不作一一列举介绍。

电源模块6的功能是对液位测量模块、流速获取模块、浊度测量模块和数据处理模块进行供电。在本申请实施例中，电源模块6包括电源供给模块、蓄电模块和太阳能充电模块。

其中，电源供给模块连接蓄电模块及太阳能充电模块，用于将蓄电模块的电能转换并输出，以满足泥沙量自动监测仪其余部分的供电需求，电源供给模块还用于将蓄太阳能充电模块产生的电能转换并输出至蓄电模块，以实现蓄电模块的太阳能充电。电源供给模块具体选择电源变换模块61，例如，电源变换模块61具体为将220V市电转换为12V、5V直流电，以满足单片机控制器5和各个传感器的取电需要，当然，电源变换模块61的具体变换参数也可以根据外部电源和泥沙量自动监测仪的内部器件的选型具体选择；太阳能充电模块用于以太阳能进行发电，以便保障蓄电模块具备可持续的电能供给，继而保障泥沙量自动监测仪的工作，本申请实施例中太阳能充电模块具体选择为太阳能光伏板63，太阳能光伏板63连接电源变换模块61以将通过太阳能产生的电能输出至电源变换模块61；蓄电模块用于存储电能，以便保障泥沙量自动监测仪的正常工作，在本申请实施例中，蓄电模块具体选择为光伏蓄电池62，光伏蓄电池62连接电源变换模块61，以外部的电源和/或太阳能光伏板63产生的电能进行充电，其能够在外部的电源异常故障时向泥沙量自动监测仪供电。

电源模块6的结构，有利于实现该泥沙量自动监测仪的不间断工作。

该泥沙量自动监测仪还包括数据存储模块、数据传输模块和显示模块，其中，数据存储模块连接数据处理模块，以用于存储液位数据、流速数据、浊度数据、径流量数据和含沙量数据；数据传输模块供该泥沙量自动监测仪与外部设备通信连接；显示模块用于显示液位数据、流速数据、浊度数据、径流量数据和含沙量数据。

在本申请实施例中，数据存储模块具体选择为存储器7，存储器7连接单片机控制机器5，以存储单片机控制器5接收的液位数据、流速数据、浊度数据和温度数据，以及存储单片机控制器5生成的径流量数据和含沙量数据。

数据传输模块具体选择为通信串口8，通信串口8连接单片机控制器5，以便实现单片机控制器5与外部设备的通信连接。在该泥沙量自动监测仪应用时，单片机控制器5通过通信串口8连接与其配合的服务器10，以实现与服务器10的通信连接，服务器10能够与单片机控制器5数据交互，以及控制该泥沙量自动监测仪工作。

在实际应用时，由于一个服务器10一般会连接多个泥沙量自动监测仪，为区分来自不同泥沙量自动监测仪的数据，一般使泥沙量自动监测仪的数据处理模块即前述的单片机控制器5具有唯一标识，通过该唯一标识，即可区分来自不同泥沙量自动监测仪的数据。

显示模块具体包括显示器9，显示器9可以为LED显示屏、LCD显示屏等任意具有显示功能的显示屏。显示器9连接单片机控制器5，其用于显示含沙量数据。当然，显示器9也可以显示径流量数据或流速数据、液位数据等其他数据，显示器9也可以滚动显示或并列显示多种数据。

本申请还提供了一种泥沙量在线监测系统，该系统包括前述的泥沙量自动监测仪以及服务器10，其中泥沙量自动监测仪可以有一个，也可以有多个，通过泥沙量自动监测仪，服务器10可以监测一条地表径流的一个或多个位置的径流量和含沙量，或者监测多条地表径流的多个位置的径流量和含沙量。

应理解，基于前述对泥沙量自动监测仪的公开，本领域技术人员能够实现该泥沙量在线监测系统，故此处不对泥沙量在线监测系统作重复公开。

本申请中泥沙量自动监测仪及系统的具体实施原理为：将泥沙量自动监测仪设置于地表径流的汇集位置，泥沙量自动监测仪即可实现对地表径流的径流量和含沙量的监测，服务器10同样能够实现对地表径流的径流量和含沙量的监测，从而实现对水土流失的实时的监测。

由于液位数据、流速数据均为实际测量所得，过水槽的形状规则、槽宽已知，故通过液位数据、流速数据和槽宽确定的径流量数据较为准确。同样的，由于浊度数据为实时测量所得，并且经过测量温度的调校、较为准确，浊度数据与径流量数据的回归数学模型已知，故通过浊度数据、温度数据和回归数学模型确定的含沙量数据较为准确。

综上所述，该泥沙量自动监测仪及系统能够实现水土流失状况的实时的、准确的监测。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种泥沙量自动监测仪，其特征在于，包括：过水槽、液位测量模块、流速获取模块、浊度测量模块、数据处理模块以及电源模块；

所述过水槽用于设置于地表径流的汇集位置，以供所述地表径流的水流经过；

所述液位测量模块用于测量所述过水槽内流过的水流的液位，以生成液位数据；

所述流速获取模块用于获取所述过水槽内流过的水流的流速，以生成流速数据；

所述浊度测量模块用于测量所述过水槽内流过的水流的浊度，以生成浊度数据；

所述数据处理模块分别连接所述液位测量模块、流速获取模块和浊度测量模块，接收所述液位数据、流速数据和浊度数据，以根据所述液位数据和流速数据确定地表径流的径流量数据，根据预设的回归数学模型和所述浊度数据确定地表径流的含沙量数据；

所述电源模块用于为所述液位测量模块、流速获取模块、浊度测量模块和数据处理模块供电。

2.根据权利要求1所述的泥沙量自动监测仪，其特征在于，所述过水槽为巴歇尔槽，所述过水槽用于水平设置于所述地表径流。

3.根据权利要求2所述的泥沙量自动监测仪，其特征在于，所述液位测量模块包括超声波液位计，所述超声波液位计固定设置于所述过水槽的上方、自上而下朝向过水槽的底部。

4.根据权利要求3所述的泥沙量自动监测仪，其特征在于，所述浊度测量模块包括一体设置的浊度传感器和温度传感器，所述浊度传感器和所述温度传感器均设置于所述过水槽内，所述浊度传感器用于生成所述浊度数据，所述温度传感器用于测量所述过水槽内流过的水流的温度，以生成温度数据；

所述浊度测量模块还包括连接浊度传感器和温度传感器的终端处理器，所述终端处理器接收所述温度数据和浊度数据，以根据所述温度数据调校所述浊度数据；

所述数据处理模块连接所述终端处理器，以接收调校后的浊度数据。

5.根据权利要求1至4中任意一项所述的泥沙量自动监测仪，其特征在于，所述电源模块包括：电源供给模块、蓄电模块和太阳能充电模块；

所述电源供给模块用于连接蓄电模块和太阳能充电模块，以实现由蓄电模块为所述泥沙量自动监测仪供电、及由太阳能充电模块为所述蓄电模块供电；

所述太阳能充电模块用于将太阳能转换为电能；

所述蓄电模块连接所述电源供给模块和太阳能充电模块，用于存储所述电源供给模块接入的太阳能充电模块输出的电能。

6.根据权利要求5所述的泥沙量自动监测仪，其特征在于，还包括：数据存储模块；

所述数据存储模块连接所述数据处理模块，用于存储所述液位数据、流速数据、浊度数据、径流量数据和含沙量数据。

7.根据权利要求6所述的泥沙量自动监测仪，其特征在于，还包括：数据传输模块；

所述数据传输模块连接所述数据处理模块，并用于连接外部设备；

所述数据处理模块响应于外部设备的请求由所述数据处理模块调取液位数据、流速数据、浊度数据、径流量数据和含沙量数据中的指定一种或多种，以将所述指定一种或多种数据传输至所述外部设备。

8.根据权利要求1至4中任意一项所述的泥沙量自动监测仪，其特征在于，还包括：显示模块；

所述显示模块连接所述数据处理模块，用于显示所述径流量数据和/或含沙量数据。

9.根据权利要求7所述的泥沙量自动监测仪，其特征在于，所述数据处理模块具有唯一标识。

10.一种泥沙量在线监测系统，其特征在于，包括如权利要求1至9中任意一项所述的泥沙量自动监测仪，还包括：服务器；

所述服务器连接所述泥沙量自动监测仪，用于监控所述泥沙量自动监测仪。

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