CN218628907U - 一种潮汐模拟装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种潮汐模拟装置，排液组件在潮汐模拟池中具有排液口，排液组件向下穿过潮汐模拟池与回收池连通；驱动组件驱动排液组件运动以实现排液口在潮汐模拟池中高度位置的变化；PLC可编程控制器控制驱动组件驱动排液组件做周期性上下运动；补液组件向潮汐模拟池泵送液体；检测组件检测排液口的高度位置，并在排液口的高度位置高于潮汐模拟池内液体的液面位置时、控制补液组件泵送液体直至潮汐模拟池内液体的液面位置与排液口的高度位置平齐。上述潮汐模拟装置，用于红树林、海草床等滨海湿地生态研究过程中的潮汐模拟，可以精确设定各时刻潮汐模拟池的液面高度，模拟精准，操作更加简便，自动化、智能化程度更高，节能环保。

Description

一种潮汐模拟装置

技术领域

本申请涉及潮汐模拟技术领域，特别涉及一种潮汐模拟装置。

背景技术

潮汐现象是指海水在天体引潮力作用下所产生的周期性运动，是近海普遍且重要的一种水文现象，潮汐会引起水位周期性的变化，水位周期性变化会使潮间带生物周期性的淹没和干出，也会影响土壤盐度、土壤中养分、沉积物属性和pH等理化性质。潮汐模拟是采用一定的装置模拟潮汐的周期性运动，主要用于滨海湿地生态学的相关控制性实验研究。相较于普通潮汐模拟装置，精准设定液面高度的潮汐模拟装置能降低实验误差，显著提高数据精确度，更精准的模拟涨潮落潮过程。

现有潮汐模拟装置主要有两种类型：一是利用电动水泵抽水至设定的最高水位，再利用虹吸效应将水位降至设定的最低水位。二是利用电力周期性升降外置水箱，改变与之联通的实验水槽中的水位。前一种模式的缺点是水位非高即低，实验水槽中特定水位的维持时间难以精确控制。后一种模式虽可以控制实验水槽中的水位及维持时间，但仍不能做到水位的精确控制，而且因为需要不断改变外置水箱的高度，故障率高，系统耗能较大，不利于节能环保。

实用新型内容

本申请的目的是提供一种潮汐模拟装置，可以精确设定各时刻潮汐模拟池的液面高度，模拟精准，操作更加简便，自动化、智能化程度更高，节能环保。

为实现上述目的，本申请提供一种潮汐模拟装置，包括：

潮汐模拟池及回收池，所述回收池位于所述潮汐模拟池的下方；

排液组件，在所述潮汐模拟池中具有排液口，且所述排液组件向下穿过所述潮汐模拟池与所述回收池连通；

驱动组件，与所述排液组件相连，用于驱动所述排液组件运动以实现所述排液口在所述潮汐模拟池中高度位置的变化；

PLC可编程控制器，与所述驱动组件相连，用于控制所述驱动组件驱动所述排液组件做周期性上下运动；

补液组件，与所述回收池和所述潮汐模拟池连通，用于向所述潮汐模拟池泵送液体；

检测组件，与所述补液组件相连，用于检测所述排液口的高度位置，并在所述排液口的高度位置高于所述潮汐模拟池内液体的液面位置时、控制所述补液组件泵送液体直至所述潮汐模拟池内液体的液面位置与所述排液口的高度位置平齐。

在一些实施例中，所述排液组件包括：

波纹伸缩管，顶端具有所述排液口，所述波纹伸缩管设置在所述潮汐模拟池内部；

出水管，顶端穿过所述潮汐模拟池并与所述波纹伸缩管连通，底端向所述回收池排液。

在一些实施例中，所述潮汐模拟装置还包括三角支架，所述三角支架设置于所述波纹伸缩管的顶端，所述驱动组件通过所述三角支架与所述波纹伸缩管相连。

在一些实施例中，所述潮汐模拟装置还包括液面传感器支架，所述液面传感器支架设置于所述三角支架，所述检测组件包括第三液位传感器，所述第三液位传感器安装在所述液面传感器支架上，所述第三液位传感器的检测位置与所述排液口的高度位置齐平。

在一些实施例中，所述潮汐模拟装置还包括限位传感器支架，所述限位传感器支架设置于所述潮汐模拟池内部，所述检测组件还包括第一液位传感器和第二液位传感器，所述第一液位传感器和所述第二液位传感器安装在所述限位传感器支架上，所述检测组件还用于在液面位置低于所述第一液位传感器检测的高度位置时控制所述补液组件泵送液体、以及在液面位置等于或高于所述第二液位传感器检测的高度位置时控制所述补液组件停止泵送液体。

在一些实施例中，所述驱动组件包括动力源和传动件，所述PLC可编程控制器与所述动力源相连，所述动力源通过所述传动件驱动所述补液组件运动。

在一些实施例中，所述潮汐模拟装置还包括支撑台，所述动力源为设置于所述支撑台的步进电机。

在一些实施例中，所述潮汐模拟装置还包括齿条滑槽，所述齿条滑槽竖向设置于所述支撑台，所述传动件包括在所述齿条滑槽装配的齿条以及与所述齿条啮合的变速齿轮，所述步进电机通过传动轴与所述变速齿轮相连。

在一些实施例中，所述补液组件包括水泵和上水管，所述水泵设置于所述回收池内部，所述上水管既与所述水泵相连，还与所述潮汐模拟池连通。

在一些实施例中，所述潮汐模拟装置还包括第一滤网和第二滤网，所述第一滤网在所述潮汐模拟池内部设置并包围所述排液组件，所述第二滤网在所述回收池内部设置并包围所述补液组件。

相对于上述背景技术，本申请所提供的潮汐模拟装置包括潮汐模拟池、回收池、排液组件、驱动组件、PLC可编程控制器、补液组件和检测组件。其中，回收池位于潮汐模拟池的下方；排液组件在潮汐模拟池中具有排液口，且排液组件向下穿过潮汐模拟池与回收池连通；驱动组件与排液组件相连，用于驱动排液组件运动以实现排液口在潮汐模拟池中高度位置的变化；PLC可编程控制器与驱动组件相连，用于控制驱动组件驱动排液组件做周期性上下运动；补液组件与回收池和潮汐模拟池连通，用于向潮汐模拟池泵送液体；检测组件与补液组件相连，用于检测排液口的高度位置，并在排液口的高度位置高于潮汐模拟池内液体的液面位置时、控制补液组件泵送液体直至潮汐模拟池内液体的液面位置与排液口的高度位置平齐。

上述潮汐模拟装置，用于红树林、海草床等滨海湿地生态学研究的潮汐模拟，可以精确设定各时刻潮汐模拟池的液面高度，模拟精准，操作更加简便，自动化、智能化程度更高，节能环保。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的潮汐模拟装置的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的液位传感器的结构示意图。

其中：

1-潮汐模拟池、2-回收池、3-波纹伸缩管、4-出水管、5-限位传感器支架、6-第一滤网、7-三角支架、8-液面传感器支架、9-支撑台、10-齿条滑槽、11-齿条、12-PLC可编程控制器、13-步进电机、14-传动轴、15-变速齿轮、16-第二滤网、17-上水管、18-水泵、101-第一液位传感器、102-第二液位传感器、103-第三液位传感器。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

为了使本技术领域的技术人员更好地理解本申请方案，下面结合附图和具体实施方式对本申请作进一步的详细说明。

请参考图1和图2，其中，图1为本申请实施例提供的潮汐模拟装置的结构示意图，图2为本申请实施例提供的液位传感器的结构示意图。

在第一种具体的实施方式中，本申请提供了一种潮汐模拟装置，主要包括潮汐模拟池1、回收池2、排液组件、驱动组件、PLC可编程控制器12、补液组件和检测组件。

其中，潮汐模拟池1的内部空间进行模拟潮汐现象，回收池2位于潮汐模拟池1的下方，利用其它部件实现潮汐模拟池1与回收池2之间液体的交换。

排液组件为实现潮汐模拟池1与回收池2之间液体交换的部件之一，起到将潮汐模拟池1的液体排入回收池2的作用；其以管路的形式，在潮汐模拟池1中具有排液口，且向下穿过潮汐模拟池1与回收池2连通，进而通过排液口将潮汐模拟池1的液体排入回收池2。

驱动组件与排液组件相连，起到对排液组件的驱动作用，进而驱动排液组件运动以实现排液口在潮汐模拟池1中高度位置的变化；其驱动形式有多种，包括但不限于电动、气动和液压等，传动形式也有多种，包括但不限于直接驱动和传动如齿轮、皮带等。

PLC可编程控制器12与驱动组件相连，PLC可编程控制器12为具有微处理器和可编程存储器的数字运算控制器，起到对驱动组件自动化控制的作用；在PLC可编程控制器12对驱动组件的控制下，驱动组件驱动排液组件做周期性上下运动，即排液口在潮汐模拟池1中周期性上下运动。

补液组件为实现潮汐模拟池1与回收池2之间液体交换的部件之一，起到将回收池2的液体泵送至潮汐模拟池1的作用；其以管路的形式，与回收池2和潮汐模拟池1连通，进而由回收池2向潮汐模拟池1泵送液体。

检测组件与补液组件相连，起到对潮汐模拟池1内液体的液面位置的检测作用，以及基于液面位置的情况对补液组件的控制作用；例如，其通过检测排液口的高度位置，并在排液口的高度位置高于潮汐模拟池1内液体的液面位置时，控制补液组件由回收池2向潮汐模拟池1泵送液体，直至潮汐模拟池1内液体的液面位置与排液口的高度位置平齐。

在该潮汐模拟装置的使用过程中，首先精确设定潮汐模拟池1内液体的液面高度：通过PLC可编程控制器12设定驱动组件对排液组件的往复运动，带动排液口做周期性升降，PLC可编程控制器12可精确设定各时刻排液口的停留位置，高于此位置的液体将通过排液组件排入回收池，从而精确设定各时刻潮汐模拟池1内液体的液面高度。

在模拟涨潮过程时：带动排液口抬升，检测组件检测到排液口的高度位置高于潮汐模拟池1内液体的液面位置，控制补液组件由回收池2向潮汐模拟池1泵送液体，直至排液口的高度位置与潮汐模拟池1内液体的液面位置平齐，补液组件停止，潮汐模拟池1内液体的液面高度维持在所对应时刻的设定高度。

在模拟退潮过程时：带动排液口下降，潮汐模拟池1内液体从排液口通过排液组件流出，并且补液组件停止，潮汐模拟池1内液体的液面高度维持在所对应时刻的设定高度。

综上，该潮汐模拟装置可以精确设定各时刻潮汐模拟池1的液面高度，尤其用于红树林、海草床等滨海湿地生态系统的潮汐模拟；该潮汐模拟装置模拟精准，操作更加简便，自动化、智能化程度更高，节能环保。

在一些实施例中，排液组件包括波纹伸缩管3和出水管4，波纹伸缩管3顶端具有排液口。

在本实施例中，波纹伸缩管3设置在潮汐模拟池1内部，其底部与潮汐模拟池1的底部固定，顶部与驱动组件相连，波纹伸缩管3自身可以上下伸缩运动，进而在驱动组件的驱动下上下运动。出水管4顶端穿过潮汐模拟池1并与波纹伸缩管3连通，底端朝向回收池2设置，以不浸入回收池2的液面为准。在使用时，波纹伸缩管3上下伸缩运动，进而带动排液口上下运动，由排液口进入的液体在重力的作用下依次经由波纹伸缩管3和出水管4后向回收池2排液。

在一些实施例中，潮汐模拟装置还包括三角支架7，三角支架7设置于波纹伸缩管3的顶端，驱动组件通过三角支架7与波纹伸缩管3相连。

除此以外，潮汐模拟装置还包括液面传感器支架8，液面传感器支架8设置于三角支架7，检测组件包括第三液位传感器103，第三液位传感器103安装在液面传感器支架8上，第三液位传感器103的检测位置与排液口的高度位置齐平。

在本实施例中，检测组件采用传感器的形式且至少包括第三液位传感器103，以此实现对排液口高度位置的检测。在使用时，排液口抬升时，第三液位传感器103高于潮汐模拟池1内液面，第三液位传感器103的触点闭合，补液组件开始往潮汐模拟池1抽水，模拟涨潮过程，当抽水至潮汐模拟池1内液面与排液口平齐，第三液位传感器103的触点断开，补液组件停止抽水，直至潮汐模拟池1内液面维持在所对应时刻的设定高度。排液口下降时，第三液位传感器103低于潮汐模拟池1内液面，使其触点断开，补液组件停止抽水，模拟落潮过程，直至潮汐模拟池1内液面高度维持在对应时刻的设定高度。

在一些实施例中，潮汐模拟装置还包括限位传感器支架5，限位传感器支架5设置于潮汐模拟池1内部，检测组件还包括第一液位传感器101和第二液位传感器102，第一液位传感器101和第二液位传感器102安装在液面传感器支架8上，检测组件还用于在液面位置低于第一液位传感器101检测的高度位置时控制补液组件泵送液体、以及在液面位置等于或高于第二液位传感器102检测的高度位置时控制补液组件停止泵送液体。

在本实施例中，检测组件还包括第一液位传感器101和第二液位传感器102，通过第一液位传感器101和第二液位传感器102分别设定潮汐模拟池1的最低水位和最高水位。在使用时，第一液位传感器101和第二液位传感器102为限位传感器，第一液位传感器101触点常开，当潮汐模拟池1中液位降至设定最低水位时，其触点闭合，补液组件开始工作；第二液位传感器102触点常闭，当潮汐模拟池1中液位升至设定最高水位时，其触点断开，补液组件停止工作。

在一些实施例中，驱动组件包括动力源和传动件，PLC可编程控制器12与动力源相连，动力源通过传动件驱动补液组件运动。其中，动力源包括但不限于电动、气动和液压等，传动件包括但不限于直接驱动和传动如齿轮、皮带等。

示例性的，潮汐模拟装置还包括支撑台9，动力源为设置于支撑台9的步进电机13。

在本实施例中，该种精确设定液面高度的潮汐模拟装置，在使用时，通过PLC可编程控制器12设定步进电机13的往复运动，步进电机13通过传动件带动波纹伸缩管3做周期性升降。

在一些实施例中，潮汐模拟装置还包括齿条滑槽10，齿条滑槽10竖向设置于支撑台9，传动件包括在齿条滑槽10装配的齿条11以及与齿条11啮合的变速齿轮15，步进电机13通过传动轴14与变速齿轮15相连。

在本实施例中，支撑台9位于潮汐模拟池1的一侧上端，限位传感器支架5与支撑台9位于潮汐模拟池1的同侧且设置于潮汐模拟池1内部，齿条滑槽10在支撑台9靠近潮汐模拟池1的一端固定，此时上述部件形成固定的固定部分，相对这一固定部分运动的活动部分包括波纹伸缩管3、三角支架7、液面传感器支架8、齿条11等。在使用时，PLC可编程控制器12对步进电机13进行控制，由步进电机13通过传动轴14带动变速齿轮15旋转，变速齿轮15再带动齿条11在齿条滑槽10中滑动，进而由齿条11通过三角支架7带动波纹伸缩管3上下运动。

在一些实施例中，补液组件包括水泵18和上水管17，水泵18设置于回收池2内部，上水管17既与水泵18相连，还与潮汐模拟池1连通。

在本实施例中，水泵18为补液组件中的动力源，进而通过上水管17将潮汐模拟池1下方回收池2的液体克服重力向上泵送进入潮汐模拟池1中。水泵18受到检测组件的控制，基于潮汐模拟池1内液位情况，实现模拟过程中的自动开启和自动关闭。

在一些实施例中，潮汐模拟装置还包括第一滤网6和第二滤网16，第一滤网6在潮汐模拟池1内部设置并包围排液组件，第二滤网16在回收池2内部设置并包围补液组件。

在本实施例中，第一滤网6将潮汐模拟池1中波纹伸缩管3等周围水域与潮汐模拟池1过滤式隔开，第二滤网16将回收池2中水泵18等周围水域与回收池2过滤式隔开，实现在排液和补液时对液体进行过滤。

在一种具体的实施方式中，本实施例提供了一种精确设定液面高度的潮汐模拟装置，支撑台9上有一个PLC可编程控制器12，PLC可编程控制器12连接步进电机13，步进电机13通过传动轴14连接变速齿轮15，变速齿轮15连接齿条11，齿条11通过齿条滑槽10安装在支撑台9上。支撑台9下方设置有潮汐模拟池1，潮汐模拟池1和支撑台9间设置限位传感器支架5，限位传感器支架5下方设置有一个第一液面传感器101，限位传感器支架5上方设置有一个第二液面传感器102。潮汐模拟池1内有一个波纹伸缩管3，波纹伸缩管3顶端有一个排液口，波纹伸缩管3上方连接一个三角形支架7，三角形支架7上方连接齿条11，三角形支架7右侧连接液面传感支架8，液面传感支架8下方连接第三液位传感器103，第三液位传感器103与波纹伸缩管3顶端的排液口齐平，波纹收缩管3下方连接出水管4，在潮汐模拟池1内波纹伸缩管3右侧设置有第一滤网6。出水管4下方设置有回收池2，回收池2内放置有一个水泵18，水泵18连接上水管17，上水管17通往潮汐模拟池1，在回收池2内水泵18左侧设置有第二滤网16。

上述精确设定液面高度的潮汐模拟装置用于红树林、海草床等滨海湿地生态学研究，与现有技术相比，具有以下优点：

该模拟潮汐装置通过可编程控制器对步进电机设置往返行程和停留时间，从而带动齿条和波纹伸缩管上下移动固定距离，因波纹管顶端排液口与液面最终是平齐状态，从而实现精准定位液面高度；

水位会按PLC可编程控制器控制的速度和周期进行升降，水位低于排液口时水泵抽水，只要达到指定水位，水泵就停止工作，并维持在指定水位上。该方案正常工作的用电量少，比较节能环保；

普通潮汐装置只能简单模拟涨潮、落潮过程，该方案还设定了最高水位和最低水位两个安全水位，使池内的水不会因为过多而溢出模拟池，也不会因为过少而干涸，以保证各类模拟实验的顺利进行；

普通潮汐模拟装置在模拟涨落潮潮过程时，需要手动开启、关闭进水泵、出水泵，过程繁琐，该方案可通过第一液位传感器、第二液位传感器、第三液位传感器与液面的上下关系，自动开启或关闭水泵，自动化、智能化程度更高，操作更加简便，人工成本低。

需要注意的是，本申请中提及的诸多部件均为通用标准件或本领域技术人员知晓的部件，其结构和原理都为本技术人员均可通过技术手册得知或通过常规实验方法获知。

需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二之类的关系术语仅仅用来将一个实体与另外几个实体区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

以上对本申请所提供的潮汐模拟装置进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本申请权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种潮汐模拟装置，其特征在于，包括：

潮汐模拟池及回收池，所述回收池位于所述潮汐模拟池的下方；

排液组件，在所述潮汐模拟池中具有排液口，且所述排液组件向下穿过所述潮汐模拟池与所述回收池连通；

驱动组件，与所述排液组件相连，用于驱动所述排液组件运动以实现所述排液口在所述潮汐模拟池中高度位置的变化；

PLC可编程控制器，与所述驱动组件相连，用于控制所述驱动组件驱动所述排液组件做周期性上下运动；

补液组件，与所述回收池和所述潮汐模拟池连通，用于向所述潮汐模拟池泵送液体；

检测组件，与所述补液组件相连，用于检测所述排液口的高度位置，并在所述排液口的高度位置高于所述潮汐模拟池内液体的液面位置时、控制所述补液组件泵送液体直至所述潮汐模拟池内液体的液面位置与所述排液口的高度位置平齐。

2.根据权利要求1所述的潮汐模拟装置，其特征在于，所述排液组件包括：

波纹伸缩管，顶端具有所述排液口，所述波纹伸缩管设置在所述潮汐模拟池内部；

出水管，顶端穿过所述潮汐模拟池并与所述波纹伸缩管连通，底端向所述回收池排液。

3.根据权利要求2所述的潮汐模拟装置，其特征在于，还包括三角支架，所述三角支架设置于所述波纹伸缩管的顶端，所述驱动组件通过所述三角支架与所述波纹伸缩管相连。

4.根据权利要求3所述的潮汐模拟装置，其特征在于，还包括液面传感器支架，所述液面传感器支架设置于所述三角支架，所述检测组件包括第三液位传感器，所述第三液位传感器安装在所述液面传感器支架上，所述第三液位传感器的检测位置与所述排液口的高度位置齐平。

5.根据权利要求1所述的潮汐模拟装置，其特征在于，还包括限位传感器支架，所述限位传感器支架设置于所述潮汐模拟池内部，所述检测组件还包括第一液位传感器和第二液位传感器，所述第一液位传感器和所述第二液位传感器安装在所述限位传感器支架上，所述检测组件还用于在液面位置低于所述第一液位传感器检测的高度位置时控制所述补液组件泵送液体、以及在液面位置等于或高于所述第二液位传感器检测的高度位置时控制所述补液组件停止泵送液体。

6.根据权利要求1所述的潮汐模拟装置，其特征在于，所述驱动组件包括动力源和传动件，所述PLC可编程控制器与所述动力源相连，所述动力源通过所述传动件驱动所述补液组件运动。

7.根据权利要求6所述的潮汐模拟装置，其特征在于，还包括支撑台，所述动力源为设置于所述支撑台的步进电机。

8.根据权利要求7所述的潮汐模拟装置，其特征在于，还包括齿条滑槽，所述齿条滑槽竖向设置于所述支撑台，所述传动件包括在所述齿条滑槽装配的齿条以及与所述齿条啮合的变速齿轮，所述步进电机通过传动轴与所述变速齿轮相连。

9.根据权利要求1所述的潮汐模拟装置，其特征在于，所述补液组件包括水泵和上水管，所述水泵设置于所述回收池内部，所述上水管既与所述水泵相连，还与所述潮汐模拟池连通。

10.根据权利要求1所述的潮汐模拟装置，其特征在于，还包括第一滤网和第二滤网，所述第一滤网在所述潮汐模拟池内部设置并包围所述排液组件，所述第二滤网在所述回收池内部设置并包围所述补液组件。

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