多風向風沙流流量實時監測儀的制作方法
【專利摘要】一種多風向風沙流流量實時監測儀，包括殼體、集沙管，面板、轉動裝置、數個稱量系統、數控數采儀與終端計算機；面板安裝在殼體蓋板上方，面板設有面板通孔，殼體蓋板上面安裝轉動裝置，集沙管與轉動裝置連接，集沙管設有上下貫穿的進沙口，集沙管上部與進沙口正對應處設有風向板，集沙管下端固設有底板，底板位于面板通孔，底板外緣與面板通孔之間設有間距，底板設有與集沙管出沙口位置對應的通孔，通孔下端連接有空心軸，空心軸下端設有導沙管，導沙管出口位于稱量系統上方，數個稱量系統均布在殼體內、分別通過數據線與數控數采儀連接，數控數采儀與終端計算機連接。本發明自動跟蹤風向、測定準確，將不同風向輸送的風沙流量區分開來。
【專利說明】多風向風沙流流量實時監測儀
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種收集風沙流量的設施，特別是一種多風向風沙流流量實時監測儀，用于在主風向隨機變化的情況下實時監測并對不同主風向風沙流量給予準確區分。
【背景技術】
[0002]沙漠化是當今全球所面臨的具有局部地區與世界范圍效應的最嚴重的環境問題之一，在土地荒漠化進程當中，伴隨著沙塵顆粒運動亦即風沙流，帶來局部區域表層土壤風蝕或者沙物質堆積，從而加速了干旱地區土壤沙漠化的進程，引起土地荒漠化的極速擴張和不斷加劇。而風沙流及其運動規律的研究重點之一就是對不同氣象條件及地域環境中的風沙流流量進行短期或長期的定點及定位監測。目前與風沙流流量相關的研究多是借助前蘇聯的積沙儀及其派生出的儀器，據 申請人:所知尚沒有能夠在主風向不斷變化的情況下能夠實時監測并嚴格區分不同主風向影響下的風沙流流量的儀器。而對于在同一次風沙天氣過程中，風沙流流量隨風速的實時變化以及由于風速、風向的隨機變化所引起的風沙流在流量和流向方面變化的研究風沙運動規律必不可少的一個方面，也是監測土壤風蝕強度和荒漠化程度發展變化的關鍵因子之一。
【發明內容】
[0003]本發明要解決的技術問題在于提供一種結構簡單、使用方便、測定結果可靠、可自動跟蹤風向、收集區分不同主風向風沙流量的多風向風沙流流量實時監測儀。該多風向風沙流流量實時監測儀，采用重力沉降法實時測量所收集的不同主風向范圍內目標斷面風沙流流量，并將實時數據輸送到終端計算機。
[0004]為解決上述技術問題，本發明采取的技術方案的如下:一種多風向風沙流流量實時監測儀，包括殼體、集沙管，其特征在于還包括面板、轉動裝置、數個稱量系統、數控數采儀與終端計算機；面板安裝在殼體蓋板上方，面板設有面板通孔，殼體蓋板上面安裝轉動裝置，集沙管與轉動裝置連接，集沙管設有上下貫穿的進沙口，集沙管上部與進沙口正對應處設有風向板，集沙管下端固設有底板，底板位于面板通孔，底板外緣與面板通孔之間設有間距，底板設有與集沙管出沙口位置對應的通孔，通孔下端連接有空心軸，空心軸下端設有導沙管，導沙管出口位于稱量系統上方，數個稱量系統均布在殼體內，數個稱量系統分別通過數據線與數控數采儀連接，數控數采儀與終端計算機連接；導沙管出口與進沙口方向相反。
[0005]稱量系統包括集沙盤、四腳爪形支架、電磁閥、重量傳感器、萬向連接器與傳感器支架；傳感器支架固定于殼體底板，傳感器支架上端安裝萬向連接器，萬向連接器上面安裝重量傳感器，四腳爪形支架安裝在重量傳感器上面，集沙盤安裝在四腳爪形支架，集沙盤下端設有敞口，敞口位置安裝電磁閥，導沙管出口位于集沙盤上方；電磁閥與重量傳感器分別通過各自的數據線與數控數采儀連接。
[0006]轉動裝置包括軸承套、軸承與空心軸；軸承安裝于軸承套，空心軸安裝于軸承；集沙管通過底板與空心軸連接。[0007]集沙管為菱形，底板設有的通孔為菱形通孔；集沙盤為上大下小的圓臺形集沙盤。
[0008]本發明安裝于風沙觀測點，將外殼整體埋于地表以下，并使面板以及底板與測量點地表保持平行、等高，可依據測量點地表特征對面板表面進行處理，以保證測量點粗糙度等相關指標的準確性，集沙管垂直于觀測點地表。風沙流運動開始后，風向板在風力的作用下牽引集沙管以及底板、空心軸、導沙管轉動，使進沙口的方向始終對準主風向，同時，導沙管的出口對準與風向相對的集沙盤的上口。含沙氣流從進沙口進入集沙管，沙粒受到集沙管內部風速降低的影響及集沙管背風向壁面的阻擋，在重力作用下，沙粒沿集沙管向下沉降并穿過底板中心的菱形通口進入空心軸，最終通過與空心軸連接的導沙管輸送到與主風向相對應的集沙盤內，由重量傳感器在數控數采儀指令控制下完成測量后通過數據線將采集的數據傳入數控數采儀，數控數采儀與終端計算機之間可采用有線或者無線連接方式進行數據通信，實現實時監測。
[0009]本發明包括十二至十六套彼此獨立的稱量系統，即可滿足測量需求。每一套稱量系統與固定的主風向對應，當風向板在風力的作用下牽引集沙管轉動、使進沙口對準主風向時，通過空心軸與集沙管連接的導沙管也將隨之轉動，便可以將進入集沙管的沙粒導入與此刻主風向相對應的圓臺形集沙盤內。當集沙盤內的沙粒重量接近重量傳感的測量范圍或者是圓臺形集沙盤的容量時，數控數采儀將指令傳遞給電磁閥，電磁閥開啟，待圓臺形集沙盤內的沙子在重力的作用下迅速通過四腳爪形支架的空隙排空后，電磁閥關閉，繼續進行測量。進入進沙口的氣流一部分通過由低滲透率纖維材料制成的集沙管頂部和集沙管背風向壁面出，另一部分則在進入殼體后通過排氣管排出。所有數據線均通過排氣管進入殼體內部與電磁閥、重量傳感器連接。
[0010]本發明的工作原理是利用風向板調整進沙口的朝向，使進沙口始終對準主風向，使從進沙口進入集沙管的沙粒沉降并進入與此時主風向對應的集沙盤，有重力傳感器完成稱量并將數據傳輸到數控采集儀記錄、存儲，從而得知主風向風沙流的流量。本發明具有結構簡單、操作方便、對風場的阻力小、自動跟蹤風向與測定準確等特點，可滿足不同區域風沙流的長期或短期的定位觀測，將不同風向輸送的風沙流量區分開來。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0011]圖1是本發明的結構示意圖，
圖2是集沙管與底板、空心軸的結構關系示意圖，
圖3是集沙管的剖面圖，
圖4是底板的結構示意圖，
圖5是圖4的A— A剖視圖，
圖6是面板面板的結構示意圖，
圖7是圖6的B— B剖視圖，
圖8是殼體蓋板與轉動裝置的結構關系示意圖，
圖9是圖8的俯視圖，
圖10是殼體、轉動裝置、面板面板面板面板、底板以及集沙管的安裝關系分解圖，
圖11是殼體、轉動裝置、面板面板面板面板、底板以及集沙管安裝后的示意圖，
圖12是集沙盤在殼體內的分布示意圖， 圖13是四角爪形支架的立體結構示意圖，
圖14是四角爪形支架與集沙盤、重力傳感器的結構關系示意圖。
[0012]圖中:I一進沙口，2—集沙管，201—集沙管頂面，202—迎風向壁面，203—背風向壁面，3—連接橫臂，4一風向板，5—底板，501—通孔，6—軸承套，7—軸承，8—面板，801—面板通孔，9—面板支架，10—空心軸，11—導沙管，12—集沙盤，13—四腳爪形支架，1301—大上圓環，1302—小下圓環，1303—折線形支架，14 一電磁閥，15—重力傳感器，16—萬向連接器，17—重力傳感器支架，18—殼體，1801—殼體蓋板，1802—出沙口，19一排氣管，20—數據線，2001—第一數據線，2002—第二數據線，21—數控數采儀，22—終端計算機，23—稱量系統，W—進沙口寬度，a—進沙口的中心線，b—集沙盤上口的中心連線。
【具體實施方式】
[0013]如圖1所示:一種多風向風沙流流量實時監測儀，包括殼體18、集沙管2，還包括面板8、轉動裝置、數個稱量系統23、數控數采儀21與終端計算機22 ;面板8安裝在殼體蓋板1801上方，參見圖6與圖7:面板8設有面板通孔801，殼體蓋板1801上面安裝轉動裝置，集沙管2與轉動裝置連接，參見圖2與圖3:集沙管2設有上下貫穿的進沙口 1，集沙管2上部與進沙口 I正對應處設有風向板4，風向板4通過連接橫臂3固定于集沙管；集沙管2下端固設有底板5，底板5位于面板通孔801，底板5外緣與面板通孔801之間設有間距，使底板5外沿與面板8內沿能恰當的拼接并保證底板5的自由轉動；參見圖4與圖5:底板5設有與集沙管2出沙口位置對應的通孔501，通孔501下端連接有空心軸10，空心軸10下端設有導沙管11，導沙管11出口位于稱量系統上方，數個稱量系統23均布在殼體18內，數個稱量系統23分別通過數據線20與數控數采儀21連接，數控數采儀21與終端計算機22連接。導沙管11出口與進沙口 I方向相反。
[0014]參見圖8、圖9與圖10:轉動裝置包括軸承套6、軸承7與空心軸10 ;軸承套6焊接在蓋板1801上，軸承7安裝于軸承套6，空心軸10安裝于軸承7 ;集沙管2通過底板5與空心軸10連接。轉動裝置起到固定集沙管2、傳導風沙流和轉動軸的多重作用。
[0015]參見圖2與圖3:集沙管2為菱形直四棱柱形的直四棱柱管體；參見圖4與圖5:底板5設有的通孔501為菱形通孔；參見圖14:集沙盤12為上大下小的圓臺形集沙盤。
[0016]菱形直四棱柱形的集沙管可以最大程度的減小對來流風速的影響；集沙管12包括兩個迎風向壁面202、兩個背風向壁面203與集沙管頂面201，兩個迎風向壁面202由硬質金屬板制作，集沙管頂面201與兩個背風向壁面203由低滲透率纖維材料制作；進沙口 I設在兩個迎風向壁面202的共有邊，進沙口 I是長方形開口，進沙口寬度W為5mm。由低滲透率纖維材料制成集沙管頂面201和兩個集沙管的背風向壁面203 —方面可以起到通風的作用，防止集沙管2內產生回流；另一方面，由于其是由低滲透率纖維材料制成，相對金屬纖維材料要柔軟很多，能夠對進入集沙管2內的沙粒起到緩沖的作用，防止進入集沙管2內的沙粒碰到集沙管壁面而反彈出去，造成測量誤差。風向板4通過連接橫臂3固定于背風向壁面203的共有邊上，從而使進沙口 I能始終對準主風向。直四棱柱形集沙管2下端固定于底板5的菱形通孔501上面，使集沙管2的下端管口與菱形通孔501貫通，菱形通孔501的下面焊接空心軸10，空心軸10內徑略大于菱形通孔501的長對角線，使得集沙管2與底板5的菱形通孔501和空心軸10貫通，空心軸10與導沙管11連接，導沙管11的另一端處于集沙盤12上口中心點上方。
[0017]在由軸承套6、軸承7及空心軸10組成的轉動裝置的支撐和固定下，當風沙流運動開始后，風力驅動風向板4牽引集沙管2、底板5、空心軸10與導沙管11自由轉動，使進沙口 I的方向在始終對準主風向的同時，導沙管11的出口對準與風向相對應的集沙盤12的上口。進沙口的中心線a、集沙管2中軸線、菱形通孔501的長對角線、空心軸10和導沙管11的中軸線位于同一垂直與地表的平面上，導沙管11的出口始終處于集沙盤上口的中心連線b。進沙口 1、集沙管2、風向板4、底板5、將集沙管2和導沙管11的連接空心軸10，它們的功能是收集主風向影響下的以集沙管高度和進沙口寬度為收集斷面的風沙流總流量并將其導入集沙盤12。
[0018]如圖10與圖11所示:面板8的外邊緣設有向下彎折，使得面板8可以正好扣在殼體18上。殼體蓋板1801上面對稱焊接四個面板支架9，對面板8起到支撐作用；面板支架9的高度等同于底板5至殼體蓋板1801之間的距離，可以保證底板5與面板8始終在一個平面上。
[0019]如圖12所示:本實施例包含十六個稱量系統,十六個稱量系統彼此獨立,相互之間不產生倚靠和摩擦，以最小間距呈正十六邊形分布于殼體底板上。
[0020]每個稱量系統23包括集沙盤12、四腳爪形支架13、電磁閥14、重量傳感器15、萬向連接器16與傳感器支架17 ;傳感器支架17固定于殼體底板，傳感器支架17上端安裝萬向連接器16，萬向連接器16上面安裝重量傳感器15，四腳爪形支架13安裝在重量傳感器15上面，集沙盤12安裝在四腳爪形支架13，集沙盤12下端設有敞口，敞口位置安裝電磁閥14，導沙管11出口位于集沙盤12中心上方；電磁閥14與重量傳感器15分別通過各自的數據線20與數控數采儀21連接，即電磁閥14通過第一數據線2001與數控數采儀21連接，重量傳感器15通過第二數據線2002與數控數采儀21連接；十六個稱量系統共有十六根第一數據線2001與十六根第二數據線。通過調整萬向連接器16保證重量傳感器15的平衡，滿足重量傳感器15實時監測。
[0021]在收集沙粒的過程中電磁閥14關閉，作為圓臺形集沙盤12的底盤，支撐臨時盛裝沙粒；當圓臺形集沙盤12內的沙子重量達到設定值時，數控數采儀21將打開指令傳遞給電磁閥14，則電磁閥14打開，使集沙盤12內的沙粒從四腳爪形支架13的空隙中漏到殼體18中；當沙粒從圓臺形集沙盤12全部流出后，數控數采儀21將關閉指令傳遞給電磁閥14，電磁閥14關閉。
[0022]數控數采儀21依據重力傳感器15傳輸的數據來判斷圓臺形集沙盤12內的沙子重量是否達到臨界固定值。電磁閥14在數控數采儀21的指令控制下保證集沙盤12內省裝的沙子的重量不要超過重量傳感器15的測量量程，也不要超過集沙盤12的容積。
[0023]如圖13與圖14所示:四腳爪形支架13包括大上圓環1301、小下圓環1302與四條折線形支架1303，四條折線形支架1303將大上圓環1301與小下圓環1302環固定連接；圓臺形集沙盤12與電磁閥14垂直固定于大上圓環1301內，下小圓環1302垂直固定于重量傳感器15上表面；能夠使集沙盤12及其內部的沙子和電磁閥14的重量通過四腳爪形支架13傳遞給重量傳感器15，并由重量傳感器15完成測量后將數據實時傳遞給數控數采儀21。
[0024]由于重量傳感器15的下面通過萬向連接器16與重量傳感器支架17連接，利用萬向連接器16可以保證集沙盤12、電磁閥14、四腳爪形支架13、重量傳感器15始終垂直于水平地面并滿足重量傳感器15的工作條件。數控數采儀21通過數據線20按照指定的測量頻率接收重量傳感器的測量數據，并依照指定的量程界限向電磁閥14發送開啟和關閉指令；終端計算機22通過有線或者無線連接方式接收數控數采儀21數據，實現風沙流數據的實時監測，實施對數控數采儀21的參數輸入和輸出。殼體18連接有排氣管19，所有數據線均通過排氣管19從殼體18的內伸出，排氣管19連接于殼體18側壁，同時，還起到排出由進沙口 I進入殼體18內的空氣的作用。殼體18底面設有出沙口 1802，等觀測結束，通過出沙口 1802將殼體18內部的沙子排出。
【權利要求】
1.一種多風向風沙流流量實時監測儀，包括殼體、集沙管，其特征在于:還包括面板(8)、轉動裝置、數個稱量系統(23)、數控數采儀(21)與終端計算機(22);面板(8)安裝在殼體蓋板(1801)上方，面板(8)設有面板通孔(801 )，殼體蓋板(1801)上面安裝轉動裝置，集沙管(2)與轉動裝置連接，集沙管(2)設有上下貫穿的進沙口(1)，集沙管(2)上部與進沙口(I)正對應處設有風向板(4)，集沙管(2)下端固設有底板(5)，底板(5)位于面板通孔(801)，底板(5 )外緣與面板通孔(801)之間設有間距，底板(5 )設有與集沙管(2 )出沙口位置對應的通孔(501)，通孔(501)下端連接有空心軸(10)，空心軸(10)下端設有導沙管(11)，導沙管(11)出口位于稱量系統23上方，數個稱量系統(23)均布在殼體(18)內，數個稱量系統(23 )分別通過數據線(20 )與數控數采儀(21)連接，數控數采儀(21)與終端計算機(22)連接；導沙管(11)出口與進沙口(I)方向相反。
2.如權利要求1所述的一種多風向風沙流流量實時監測儀，其特征在于:每個稱量系統(23)包括集沙盤(12)、四腳爪形支架(13)、電磁閥(14)、重量傳感器(15)、萬向連接器(16)與傳感器支架(17);傳感器支架(17)固定于殼體底板，傳感器支架(17)上端安裝萬向連接器(16)，萬向連接器(16)上面安裝重量傳感器(15)，四腳爪形支架(13)安裝在重量傳感器(15)上面，集沙盤(12)安裝于四腳爪形支架(13)，集沙盤(12)下端設有敞口，敞口位置安裝電磁閥(14)，導沙管(11)出口位于集沙盤(12)中心上方；電磁閥(14)與重量傳感器(15 )分別通過各自的數據線(20 )與數控數采儀(21)連接。
3.如權利要求2所述的一種多風向風沙流流量實時監測儀，其特征在于:四腳爪形支架(13)包括大上圓環(1301 )、小下圓環(1302)與四條折線形支架(1303)，四條折線形支架(1303)將大上圓環(1301)與小下圓環(1302)環固定連接；圓臺形集沙盤(12)與電磁閥(14)垂直固定于大上圓環(1301)內，下小圓環(1302)垂直固定于重量傳感器(15)上表面。
4.如權利要求3所述的一種多風向風沙流流量實時監測儀，其特征在于:轉動裝置包括軸承套(6 )、軸承(7 )與空心軸(10 );軸承套(6 )焊接在蓋板(1801)上，軸承(7 )安裝于軸承套(6 )，空心軸(10 )安裝于`軸承(7 );集沙管(2 )通過底板(5 )與空心軸(10 )連接。
5.如權利要求4所述的一種多風向風沙流流量實時監測儀，其特征在于:集沙管(2)為菱形直四棱柱形的直四棱柱管體；通孔(501)為菱形通孔；集沙盤(12)為上大下小的圓臺形集沙盤(12)。
6.如權利要求5所述的一種多風向風沙流流量實時監測儀，其特征在于:集沙管(12)包括兩個迎風向壁面(202)、兩個背風向壁面(203)與集沙管頂面(201)，兩個迎風向壁面(202)由硬質金屬板制作，集沙管頂面(201)與兩個背風向壁面(203)由低滲透率纖維材料制作。
7.如權利要求5所述的一種多風向風沙流流量實時監測儀，其特征在于:進沙口(I)設在兩個迎風向壁面(202)的共有邊，進沙口(I)是長方形開口，進沙口寬度(W)為5mm。
8.如權利要求1至7任意一項所述的一種多風向風沙流流量實時監測儀，其特征在于:面板(8)的外邊緣設有向下彎折；殼體蓋板(1801)上面對稱焊接四個面板支架(9);面板支架(9)的高度等同于底板(5)至殼體蓋板(1801)之間的距離。
9.如權利要求8所述的一種多風向風沙流流量實時監測儀，其特征在于:進沙口的中心線(a)、集沙管中軸線、菱形通孔(501)的長對角線、空心軸(10)和導沙管(11)的中軸線位于同一垂直與地表的平面上。
10. 如權利要求9所述的一種多風向風沙流流量實時監測儀，其特征在于:數個稱量系統(23)為十六個稱量系統，以最小間距均勻分布于殼體底板上。
【文檔編號】G01P13/02GK103575929SQ201310558375
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2013年11月12日 優先權日:2013年11月12日
【發明者】詹科杰, 劉世增, 周蘭萍, 方峨天, 楊自輝, 王多澤, 張劍揮, 王強強, 郭樹江 申請人:甘肅省治沙研究所