CN219104651U - 一种悬移质含沙量及级配现场测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种悬移质含沙量及级配现场测量装置，包括箱体，其内腔的上部设有上部腔室，内腔下部设有下部腔室，所述上部腔室与下部腔室之间通过一可打开或关闭的电动隔板分隔开；所述上部腔室的腔壁上设有可打开或关闭的活动箱壁；过滤筒，设置在所述上部腔室中；样品池，设置在所述下部腔室中，激光发射器，设置在所述下部腔室的箱壁内侧；光电转换装置，设置在所述下部腔室的箱壁内侧；压力传感器，设置在所述箱体上，用于感应箱体所处水压大小；电热丝，嵌设在箱壁内部，用以给予所取水样温度补偿。本实用新型悬移质含沙量及级配测量装置可以减少非泥沙杂质对测量结果的干扰，提高含沙量检测精度。

Description

一种悬移质含沙量及级配现场测量装置

技术领域

本实用新型涉及含沙量测量技术与泥沙颗粒粒径级配分布测量技术领域，特别涉及一种悬移质含沙量及级配现场测量装置。

背景技术

河流中的含沙量测量对于泥沙运动规律的研究有着十分宝贵的价值，是重要的水文要素。现有的含沙量测量方法分直接法和间接法。直接法包括烘干法，但其时效性差、步骤繁琐，需要室外采样、长途运输、实验室量测，过程费时费力。间接法包括电容法、超声波法、射线法、激光法、同位素法等，上述方法可以实现及时快速测量，但现场测量容易受安装条件的限制。

激光法是利用激光在不同含沙量径流中衰减的程度来测量含沙量，其测量精度高，同时易于计算机结合实现自动化，且其不仅可以实现对水体含沙量的测量，也可以根据Mie散射的原理对泥沙颗粒粒径级配分布进行测量。

蒋建平在2020年撰写了《基于激光散射原理的含沙量快速施测方法研究》（人民长江，2020,51(07):89-92），阐明了激光粒度仪在进行粒径级配分析时可以快速转换出悬移质含沙量，可见级配与含沙量的测量可以实现同步进行。

目前，常见的分析含沙量及粒径级配测量仪器有OBS-3A、LISST等激光测沙仪，OBS其原理主要依据接收的激光散射强度来测量水体浊度（NTU），再将浊度换算为水体含沙量，不能支持上述激光散射测沙的研究理论，而LISST虽在激光测含沙量方面有很好的检测效果，但价格昂贵，在实际河流含沙量检测过程中容易磨损，造成测量结果不准确，且不好维修，在很多测量中不适用。

上述两种在线测量装置均未过滤非泥沙杂质，水中的一些悬浮水生生物及水色等使得浊度与含沙量测量的关系十分复杂，特别是洪水期，河流中一些非泥沙悬浮物受到水流作用与泥沙一起扬起，影响泥沙级配及含沙量测量。

实用新型内容

实用新型目的：为了克服上述传统含沙量测量方法和仪器的不足，给上述基于激光衍射测含沙量理论提供测量仪器支持，这里提供一种悬移质含沙量及级配现场测量装置，该装置采用激光衍射原理，不仅可以对水流中含沙量进行测量，也可以对泥沙颗粒的粒径级配进行检测，同时在一定程度上解决含沙量测量易受一些非泥沙杂质的影响。

为实现上述目的，本实用新型提供如下方案：

一种悬移质含沙量及级配现场测量装置，包括：

箱体，其内腔的上部设有上部腔室，内腔下部设有下部腔室，所述上部腔室与下部腔室之间通过一可打开或关闭的电动隔板分隔开；

所述上部腔室的腔壁上设有可打开或关闭的活动箱壁，以将水样引入箱体；

过滤筒，设置在所述上部腔室中，过滤桶的桶底开口设置；

样品池，设置在所述下部腔室中，由透光材料制成，从上至下依次包括：

直径渐缩部，大直径端与所述隔板对接；

直径渐扩部，大直径端与所述下部腔室底部的排水口相接；

竖向连通段，连接在所述直径渐缩部和所述直径渐扩部之间；

激光发射器，设置在所述下部腔室的箱壁内侧，且位于所述竖向连通段一侧；

光电转换装置，设置在所述下部腔室的箱壁内侧，且位于所述竖向连通段另一侧；

压力传感器，设置在所述箱体上，用于感应箱体所处水压大小；

电热丝，嵌设在箱壁内部，用以给予所取水样温度补偿；

水位传感器，设置在所述上部腔室的顶部，用于检测上部腔室中水样的水位；

排水电磁阀，设置在所述排水口上；

磁力搅拌器及超声波发生器，位于所述下部腔室的底部，用于分散样品池内采集的水沙

主控模块，其信号输入端与所述光电转换装置、水位传感器以及压力传感器连接，其信号输出端与所述电动隔板、活动箱壁、电热丝、磁力搅拌器及超声波发生器以及排水电磁阀连接。

所述样品池的左侧与箱体内壁之间形成第一空腔，样品池的右侧与箱体内壁之间形成第二空腔，所述第一空腔内布置所述激光发射器，所述第二空腔内布置所述光电转换装置。

所述可打开或关闭的活动箱壁包括：

活动箱壁，其上端与箱体顶部铰接；

第一滚珠丝杆副，设置在所述箱体上其位于所述活动箱壁内侧；

传动连杆，一端与所述活动箱壁的内壁铰接，另一端与所述第一滚珠丝杆副上的滑块铰接；

第一伺服电机，固定安装在箱体内部，驱动轴与所述第一滚珠丝杆副上的滚珠丝杆传动连接。

所述可打开或关闭的电动隔板包括：

两组对称布置的隔板组，每组隔板组由多块等宽的隔板单元相互间通过滑轨滑动连接组成；

每组隔板组中，位于最上方的隔板单元一侧与箱壁固定连接；

一第二滚珠丝杠副，沿水平向布置在所述隔板组下方，所述滚珠丝杠副上的丝杆具有逆时针螺纹段和顺时针螺纹段，所述逆时针螺纹段上通过第一滑块与第一隔板组最下方的隔板单元固定连接，所述顺时针螺纹段上通过第二滑块与第二隔板组最下方的隔板单元固定连接；

第二伺服电机，固定安装在箱体内部，与所述第二滚珠丝杆副上的滚珠丝杆传动连接；所述第二伺服电机与所述主控模块信号连接。

所述箱体由不透光的材料制成。

所述光电转换装置上连接有第一存储器和第一信号传输器；所述压力传感器上连接有第二存储器和第二信号传输器。

还包括驱动所述装置升降的升降机，所述升降机与箱体之间通过钢丝绳连接；

所述箱体顶部设有供人手拿取用的把手部、以及供钢丝绳连接用的吊环。

过滤筒的过滤网网孔形状设为菱形。

所述活动箱壁的底部设有关闭后用于将所述箱体上部腔室密封用的橡胶

本实用新型的有益效果：

第一．本实用新型采用可自动开合的活动箱壁，可以供不同水深的悬移质水样流入装置内。

第二．本实用新型采用不透光的箱体，减少了水色及外部光线对测量的影响

第三．本实用新型安装有过滤装置及温度补偿装置，可以在一定程度上减少水中非泥沙杂质等有机物对水体含沙量测量的影响，且对水体不造成任何污染。

第四．本实用新型样品通过区由钢化玻璃制成，不容易造成磨损，增加了本身的使用寿命。

第五．本实用新型设计为箱体式，便于携带，易于现场直接进行测量，不受安装条件限制。

附图说明

图1为本实用新型箱体的立体结构图；

图2为本实用新型过滤筒网孔细节图；

图3为本实用新型箱体内伸缩板结构示意图

图4为本实用新型活动箱壁打开时的结构示意图；

图5为本实用新型水样预处理完毕后活动箱壁关闭时的结构示意图；

图6为本实用新型测量过程中的示意图；

图7为本实用新型的升降装置示意图；

图中标号：1、水位感应器；2、驱动器；3、活动箱壁；4、电热丝；5、橡皮塞；6、过滤筒；7、隔板组；8、第二滚珠丝杆；9、第一存储器；10、光电转换装置；11、第一信号传输器；12、排水口；13、磁力搅拌；14、超声波发生器；15、压力传感器；16、激光发射器；17、样品池；18、第二存储器；19、第二信号传输器；20、第一伺服电机；21、滑块；22、连杆；23、第一滚珠丝杆；24、第二伺服电机。

具体实施方式

结合附图与具体实施方式对本实用新型作进一步详细描述。

如图1所示，一种悬移质含沙量及级配现场测量装置，包括防水不透光箱体，箱体上部设有手柄，方便测量人员携带。箱体顶部设有环扣，升降绳索的一端可设有挂钩挂于环扣上，与装置相连接，便于装置测量不同水深下的水体含沙量及级配。

如图2所示，箱体内部包括驱动器2、过滤筒6、隔板组7、样品池17、激光发射器16、光电转换装置10、第一存储器9、第一信号传输器11、压力传感器16、第二存储器18、第二信号传输器19、磁力搅拌13和超声波发生器14。其中过滤筒6的筛孔设计为菱形，如图1所示，是便于不同形状大小的泥沙颗粒，尤其是一些棱角状的泥沙更容易进入到装置中，提高装置含沙量测量精度。

箱体内部设有光电转换装置10，装置内包括光电探测器和光电转换器，在使用时，颗粒进入样品池，通过激光照射区，激光打在颗粒上会发生衍射，衍射后的光打在光电探测器上，根据衍射角度来判断颗粒粒径大小。光电转换装置与存储器及信号传输器连接，可以将测量得到的信号经处理后通过信号传输器传入事先匹配好的计算机设备中，并利用存储器对测量数据进行存储，以防数据丢失。

箱体内部还设有压力传感器15，同样其也与第二存储器18及第二信号传输器19相连接，当箱体放入水中时，其受到水压的作用，压力传感器会感受到压力信号，并且将这种压力信号转换为电信号传入到地面设备中，水深越大，则压力值就越大，可以根据压力判断水深大小，便可得到某一位置水深处的水体含沙量大小。

使用时，共分为两个环节，一为水样预处理，二为含沙量及级配测量。实验人员通过绳索将升降装置与箱体相连，放线，通过滑轮将箱体至于水中，待箱体进入水中后，通过主控模块使第一伺服电机20动作，第一伺服电机20转动通过第一滚珠丝杠23带动滑块21上下直线运动，再通过连杆22驱动两侧活动箱壁3打开，供水体进入到装置中，当箱内水体触碰到水位感应器时，自动触发箱体两侧活动箱壁3驱动装置，将活动箱壁合上，此时，整个过滤筒内充斥满要检测的含悬移质的水体样品，如图4所示，箱体两侧活动箱壁内设有电热丝4，当箱体内温度受外界水体环境温度影响处于低温状态时，箱体内的温度补偿装置会自动启动，一可以对水体进行加热2-3min，进一步消除水体内可挥发但不溶于水的有机物杂质，更大程度上减少非泥沙杂质对测量的影响，二可以时刻让装置处于恒温状态，减少外界温度条件对内部电路造成影响，使得装置可以一直处于正常工作状态。

水样预处理完毕后，主控模块发送无线信号，使第二伺服电机24动作，通过第二滚珠丝杆8带动隔板组7从图5运动到图6所示程度，将全部处理后的水样倒入样品池中，同时打开装置底部的磁力搅拌13和超声波发生器14，对水样进行分散，防止颗粒粘连。泥沙颗粒通过激光照射范围，会使得照射过来的激光发生衍射，衍射角度越大则颗粒小，衍射角度越小颗粒越大，将衍射后的光打在光电转换装置10上，再由信号传输器11传入相关设备中，对测量数据利用体积转换常数VCC将泥沙体积浓度进一步转换为重量浓度，得到某一水深处的水体含沙量。水样通过样品池后，可由下方排水口12排出，一次测量结束。

本实用新型可以对某一位置水深处水体含沙量及级配进行多次测量，且不会对水体及水体内水生生物造成任何污染与破坏，在很大程度上减少了外部因素对于含沙量测量的干扰，并且支持利用激光散射原理进行水体含沙量测量。

Claims (9)

1.一种悬移质含沙量及级配现场测量装置，其特征在于，包括：

箱体，其内腔的上部设有上部腔室，内腔下部设有下部腔室，所述上部腔室与下部腔室之间通过一可打开或关闭的电动隔板分隔开；

所述上部腔室的腔壁上设有可打开或关闭的活动箱壁，以将水样引入箱体；

过滤筒，设置在所述上部腔室中，过滤桶的桶底开口设置；

样品池，设置在所述下部腔室中，由透光材料制成，从上至下依次包括：

直径渐缩部，大直径端与所述隔板对接；

直径渐扩部，大直径端与所述下部腔室底部的排水口相接；

竖向连通段，连接在所述直径渐缩部和所述直径渐扩部之间；

激光发射器，设置在所述下部腔室的箱壁内侧，且位于所述竖向连通段一侧；

光电转换装置，设置在所述下部腔室的箱壁内侧，且位于所述竖向连通段另一侧；

压力传感器，设置在所述箱体上，用于感应箱体所处水压大小；

电热丝，嵌设在箱壁内部，用以给予所取水样温度补偿；

水位传感器，设置在所述上部腔室的顶部，用于检测上部腔室中水样的水位；

排水电磁阀，设置在所述排水口上；

磁力搅拌器及超声波发生器，位于所述下部腔室的底部，用于分散样品池内采集的水沙

主控模块，其信号输入端与所述光电转换装置、水位传感器以及压力传感器连接，其信号输出端与所述电动隔板、活动箱壁、电热丝、磁力搅拌器及超声波发生器以及排水电磁阀连接。

2.根据权利要求1所述的悬移质含沙量及级配现场测量装置，其特征在于，所述样品池的左侧与箱体内壁之间形成第一空腔，样品池的右侧与箱体内壁之间形成第二空腔，所述第一空腔内布置所述激光发射器，所述第二空腔内布置所述光电转换装置。

3.根据权利要求1所述的悬移质含沙量及级配现场测量装置，其特征在于，所述可打开或关闭的活动箱壁包括：

活动箱壁，其上端与箱体顶部铰接；

第一滚珠丝杆副，设置在所述箱体上其位于所述活动箱壁内侧；

传动连杆，一端与所述活动箱壁的内壁铰接，另一端与所述第一滚珠丝杆副上的滑块铰接；

第一伺服电机，固定安装在箱体内部，驱动轴与所述第一滚珠丝杆副上的滚珠丝杆传动连接。

4.根据权利要求1所述的悬移质含沙量及级配现场测量装置，其特征在于， 所述可打开或关闭的电动隔板包括：

两组对称布置的隔板组，每组隔板组由多块等宽的隔板单元相互间通过滑轨滑动连接组成；

每组隔板组中，位于最上方的隔板单元一侧与箱壁固定连接；

一第二滚珠丝杆副，沿水平向布置在所述隔板组下方，所述滚珠丝杆副上的丝杆具有逆时针螺纹段和顺时针螺纹段，所述逆时针螺纹段上通过第一滑块与第一隔板组最下方的隔板单元固定连接，所述顺时针螺纹段上通过第二滑块与第二隔板组最下方的隔板单元固定连接；

第二伺服电机，固定安装在箱体内部，与所述第二滚珠丝杆副上的滚珠丝杆传动连接；所述第二伺服电机与所述主控模块信号连接。

5.根据权利要求1所述的悬移质含沙量及级配现场测量装置，其特征在于，所述箱体由不透光的材料制成。

6.根据权利要求1所述的悬移质含沙量及级配现场测量装置，其特征在于，所述光电转换装置上连接有第一存储器和第一信号传输器；所述压力传感器上连接有第二存储器和第二信号传输器。

7.根据权利要求1所述的悬移质含沙量及级配现场测量装置，其特征在于，还包括驱动所述装置升降的升降机，所述升降机与箱体之间通过钢丝绳连接；

所述箱体顶部设有供人手拿取用的把手部、以及供钢丝绳连接用的吊环。

8.根据权利要求1所述的悬移质含沙量及级配现场测量装置，其特征在于，过滤筒的过滤网网孔形状设为菱形。

9.根据权利要求1所述的悬移质含沙量及级配现场测量装置，其特征在于，所述活动箱壁的底部设有关闭后用于将所述箱体上部腔室密封用的橡胶。

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