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可调式地表径流监测装置

阅读：147发布：2020-05-16

专利汇可以提供可调式地表径流监测装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种可调式地表径流监测装置，涉及水土保持监测技术领域。该装置由集流箱（1）、可调式三角堰（2）、液位传感器（3）、数据处理器（4）和上位机（5）五部分组成。集流箱（1）正面开有三角堰口（11），背面开有引流孔（12）；可调式三角堰（2）固定于集流箱（1）正面的三角堰口（11）处，可调式三角堰（2）的步进电机控制器（24）与数据处理器（4）连接；液位传感器（3）固定于集流箱（1）顶盖上，液位传感器（3）与数据处理器（4）连接；数据处理器（4）与上位机（5）连接。本发明可自动调整三角堰夹角，有利于扩大径流测量量程、提高不同降雨条件下的径流测量精度，广泛适用于水土保持监测领域。，下面是可调式地表径流监测装置专利的具体信息内容。

权利要求

1.可调式地表径流监测装置，其特征在于：该装置由集流箱（1）、可调式三角堰（2）、液位传感器（3）、数据处理器（4）和上位机（5）组成；集流箱（1）为矩形箱体，箱体正面开有三角堰口（11），背面开有引流孔（12），顶盖可拆卸；可调式三角堰（2）固定于集流箱（1）正面的三角堰口（11）处，可调式三角堰（2）的步进电机控制器（24）通过数据线与数据处理器（4）连接；液位传感器（3）固定于集流箱（1）顶盖上，液位传感器（3）通过数据线与数据处理器（4）连接；数据处理器（4）通过数据线与上位机（5）连接；
所述可调式三角堰（2）由两块扇形活动堰板（21）、轴承（22）、两部步进电机（23）、步进电机控制器（24）和弧形轨道（25）组成；两块扇形活动堰板（21）的圆心端安置于轴承（22）处，扇形活动堰板（21）的弧形端安置于与其相匹配的弧形轨道（25）上；两部步进电机（23）分别固定于两侧的弧形轨道（25）上，步进电机（23）的齿轮与扇形活动堰板（21）弧形端的齿轮咬合；轴承（22）安置于三角堰口（11）底部正中；两个弧形轨道（25）分别固定于箱体正面、三角堰口（11）上端两侧。
2.根据权利要求1所述的可调式地表径流监测装置，其特征在于：所述三角堰口（11）夹角为30°-100°。
3.根据权利要求1所述的可调式地表径流监测装置，其特征在于：所述的两块扇形活动堰板（21）外侧、沿半径方向设置密封条。

说明书全文

可调式地表径流监测装置

技术领域

[0001] 本发明涉及水土保持监测技术领域，具体涉及一种可调式地表径流监测装置。

[0002]

背景技术

[0003] 径流监测是研究土壤侵蚀和面源污染规律的重要手段。随着监测技术的不断发展，径流自动监测已成为发展趋势。集流箱、液位传感器和堰口是目前径流监测的常见组合装置，由于测量方法简单、泥沙不易淤积等优点在明渠式地表径流监测中得到广泛使用。在不同形状的堰口中，三角堰的应用较为普遍。三角堰口一般为倒等腰三角形，其监测原理为，通过液位传感器测量流经堰口的断面液位，再根据经验公式计算径流量和流速等流体特征。

[0004] 目前，大多数径流监测装置采用固定式堰口，如中国专利号为201110249797提出的一种三角堰坡面小区径流流量测量系统，其三角堰口夹角固定为30°。由于径流分布具有时空差异性，在不同降雨条件下的同一径流小区内或同一降雨条件下的不同径流小区内，其径流量可能存在较大差异。在暴雨季节，径流量变化尤为显著。因此，固定式堰口不能满足径流量变化大的要求，需根据径流量匹配合适的堰口，以避免堰上水头过小或过大、并提高径流测量的精度。

[0005] 中国专利号为201220030903提出了一种活插式地表径流测定装置及系统，但由于活插式堰口板涉及三角堰、矩形堰、圆形堰、复合堰口或巴歇尔堰等多种堰口型式，增加了堰口板筛选和现场操作的工作量，且人工更换堰口板的方式具有一定延迟性，亦不能满足针对径流量实时变化的自动监测要求。

发明内容

[0006] 本发明的目的在于，提供一种可调式地表径流监测装置。该装置由集流箱、可调式三角堰、液位传感器、数据处理器和上位机五部分组成，可用于自动、准确地监测不同降雨条件下的径流。优点是通过设置扇形活动堰板和步进电机，实现三角堰夹角的自动调节，有效扩大径流测量量程、并提高不同降雨条件下的径流监测精度。

[0007] 为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：可调式地表径流监测装置由集流箱、可调式三角堰、液位传感器、数据处理器和上位机组成；集流箱为矩形箱体，箱体正面开有三角堰口，背面开有引流孔，顶盖可拆卸；可调式三角堰固定于集流箱正面的三角堰口处，可调式三角堰的步进电机控制器通过数据线与数据处理器连接；液位传感器固定于集流箱顶盖上，液位传感器通过数据线与数据处理器连接；数据处理器通过数据线与上位机连接；
所述可调式三角堰由两块扇形活动堰板、轴承、两部步进电机、步进电机控制器和弧形轨道组成；两块扇形活动堰板的圆心端安置于轴承处，扇形活动堰板的弧形端安置于与其相匹配的弧形轨道上；两部步进电机分别固定于两侧的弧形轨道上，步进电机的齿轮与扇形活动堰板弧形端的齿轮咬合；轴承安置于三角堰口底部正中；两个弧形轨道分别固定于箱体正面、三角堰口上端两侧。

[0008] 本发明的优点：由于单次降雨过程中产生的径流量具有实时变化特征，导致固定夹角的三角堰难以准确监测不同降雨条件下的径流，本发明解决了上述问题，通过设置扇形活动堰板和步进电机，可视径流液位变化实现三角堰夹角的自动调节，从而有效扩大监测装置的径流测量量程、提高不同降雨条件下的径流监测精度。该装置操作便捷、自动化程度高，增强了实用性，广泛适用于水土保持监测领域。
附图说明

[0009] 图1为可调式地表径流监测装置结构示意图。

[0010] 图2为可调式地表径流监测装置的可调式三角堰结构示意图。

[0011] 图3为可调式地表径流监测装置的集流箱箱体正面示意图。

[0012] 其中：1为集流箱，11为三角堰口，12为引流孔， 2为可调式三角堰，21为扇形活动堰板，22为轴承，23为步进电机，24为步进电机控制器，25为弧形轨道，3液位传感器，4为数据处理器，5为上位机。

具体实施方式

[0013] 以下结合附图对本发明作进一步的说明：可调式地表径流监测装置由集流箱1、可调式三角堰2、液位传感器3、数据处理器4和上位机5组成；集流箱1为矩形箱体，箱体正面开有三角堰口11，背面开有引流孔12，顶盖可拆卸；可调式三角堰2固定于集流箱1正面的三角堰口11处，可调式三角堰2的步进电机控制器24通过数据线与数据处理器4连接；液位传感器3固定于集流箱1顶盖上，液位传感器3通过数据线与数据处理器4连接；数据处理器4通过数据线与上位机5连接；
所述可调式三角堰2由两块扇形活动堰板21、轴承22、两部步进电机23、步进电机控制器24和弧形轨道25组成；两块扇形活动堰板21的圆心端安置于轴承22处，扇形活动堰板
21的弧形端安置于与其相匹配的弧形轨道25上；两部步进电机23分别固定于两侧的弧形轨道25上，步进电机23的齿轮与扇形活动堰板21弧形端的齿轮咬合；轴承22安置于三角堰口11底部正中；两个弧形轨道25分别固定于箱体正面、三角堰口11上端两侧。

[0014] 所述的两块扇形活动堰板21外侧、沿半径方向设置密封条。

[0015] 所述的液位传感器3用于采集径流液位信息。

[0016] 所述的数据处理器4用于读取和记录液位传感器3采集的参数信息，并根据液位信息计算径流流量和流速等流体参数。

[0017] 所述的上位机5通过数据线与数据处理器4保持实时通讯，批处理并分析数据处理器4传输的数据。

[0018] 本发明的工作流程是：本实施例中，三角堰口11最大夹角α设为100°，三角堰夹角的变化区间设为
30-100°；两块扇形活动堰板21圆心角β设为38°（35°*2+30°=100°，满足
38°>35°），确保当三角堰口11实际夹角为30°时，两侧扇形活动堰板21与箱体之间各有3°的重合区，以增强三角堰的密封性。本装置单块扇形活动堰板21的次步进角度设为
5°，即三角堰口11夹角的次步进角度为10°（5°*2=10°），则三角堰夹角分为30°、
40°、50°、60°、70°、80°、90°和100°共8个等级。经扇形活动堰板21调节后的三角堰口11实际夹角表示为α’，当实际夹角调至最大值时，则α=α’。设定液位传感器最佳测量量程为[hl，hu]。

[0019] 将可调式地表径流监测装置放置于径流小区径流汇集处（如卡口处），确保径流能经引流孔12进入集流箱1。降雨时，当径流液位达到三角堰口11最小夹角对应的最佳测量量程下限（hl）时，液位传感器3检测到径流信号开始工作，数据处理器4根据三角堰口11最小夹角对应的经验公式计算径流量。当径流液位发生变化、达到三角堰口11预设夹角的最佳测量量程上限（hu）时，数据处理器4将信号传输给步进电机控制器24，步进电机控制器24控制左右两部步进电机23带动左右两块扇形活动堰板21分别沿逆、顺时针方向同步移动5°，使三角堰口11实际夹角调大10°；当径流液位达到三角堰口11预设夹角的最佳测量量程下限（hl）时，两侧扇形活动堰板21在步进电机23带动下分别沿顺、逆时针方向移动，使三角堰口11实际夹角调小10°。如调整一次、径流液位未处于相应夹角的最佳测量量程内，则数据处理器4继续传输信号给步进电机控制器24、步进电机23继续带动扇形活动堰板21移动，直至径流液位处于相应夹角的最佳测量量程内。

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