[实用新型]自动梯度式风沙流采集仪有效
申请号: | 201520910455.7 | 申请日: | 2015-11-16 |
公开(公告)号: | CN205157155U | 公开(公告)日: | 2016-04-13 |
发明(设计)人: | 张伟民;谭立海;刘立超 | 申请(专利权)人: | 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所 |
主分类号: | G01M9/00 | 分类号: | G01M9/00 |
代理公司: | 甘肃省知识产权事务中心 62100 | 代理人: | 刘继春 |
地址: | 730000 甘肃省兰州市*** | 国省代码: | 甘肃;62 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 自动 梯度 风沙 采集 | ||
技术领域
本实用新型涉及一种对近地表风沙流输沙量连续自动采集记录的自动梯度式风沙流采集仪。
背景技术
风沙流是一种气体搬运沙粒在近地表运动的气固两相流,是造成村镇居民点、工矿、交通等遭受风沙危害的重要原因;其特性是风沙物理与风沙工程研究的重要课题之一,也是风沙地貌研究的重要内容。
目前,风沙流特性研究主要依赖风洞模拟实验得到的。鉴于风洞实验获得的结果往往是基于理想条件下的假设,加之受模型尺寸、边界层发育程度的影响,使实验结果与野外实际情况必然存在偏差,从而有待于野外观测数据的验证。然而,受测试手段和观测仪器的限制,野外风沙观测困难,使得完整、系统的风沙流观测数据比较稀少,风洞实验数据无法得到有效验证。其中一个主要原因是,梯度式集沙仪集沙量有限,且监测的连续性比较差,例如单场沙尘暴天气中,流沙地表利用目前普遍使用的阶梯式集沙仪进行风沙观测,监测时段在分钟尺度,且监测连续完整性较差,虽然能够得到风沙流结构数据,但输沙率与风速建立数理关系比较困难,不便于输沙率的模型预测。而且,目前梯度式集沙仪收集风沙流,还没能实现输沙量的自动化记录,人工记录费时费力,工作环境差,数据的准确性会有差异。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种自动梯度式风沙流采集仪;使其既能实现输沙量的长时间连续自动记录,又能获得监测时段内的地表风沙流结构特征。
本实用新型的目的可以通过如下措施来实现:一种自动梯度式风沙流采集仪,其特征在于:其包括平口梯度式集沙组件、称重传感器、防溜沙箱体、数据采集仪与太阳能电池;平口梯度式集沙组件包括十多个规格相同的金属方管层叠焊接为一体的集沙口与底部压重箱体,每个集沙口连接有集沙布袋,底部压重箱体包括箱体与扣合于箱体上口的箱盖,层叠焊接为一体的集沙口用铁条与箱盖捆扎连接;平口梯度式集沙组件放置于称重传感器台面上,底部压重箱体与称重传感器放置于防溜沙箱体内,称重传感器与数据采集仪连接,太阳能电池与数据采集仪连接。
风沙观测前将集沙布袋依次安装好,把平口梯度式集沙组件放置于称重传感器台面上,将称重传感器与底部压重箱体放置于防溜沙箱体并置于监测风沙地表地面以下,集沙仪最底部进沙口与地表齐平。风沙运动开始后,打开数据采集器,并将称重传感器数据采集器清零,集沙仪进入沙粒后数据采集器记录重量变化。在野外风沙流的观测中,风沙流过境时,在一定风向、风速作用下,风沙流中沙粒通过平口梯度式集沙组件的进沙口进入收集沙粒的集沙布袋,称重传感器感应集沙仪重量变化,数据采集仪记录总输沙量数据,沙尘暴风沙流可连续监测1-2小时;且能够实现不同坡度流沙地表风沙流的观测,辅助于梯度风速仪,测得的输沙数据可与风速数据建立相关关系;同时,可以收集集沙仪各高度集沙布袋中沙粒,称重后可以用来计算风沙流结构,实现一般梯度式集沙仪用于观测风沙流结构特征的目的。本实用新型构思新颖,操作方便,计量精度高,可广泛应用于戈壁与沙漠风沙运动规律以及防沙工程防护效益的观测研究。
本实用新型的优点和产生的有益效果主要是:
其一,本实用新型能够长时间自动采集记录风沙流输沙量数据,输沙数据用于与风速数据建立数理关系,同时又能监测风沙流结构特征;本实用新型取代了传统风沙流观测中普通梯度式集沙仪频繁的定时取样与称量工作,减轻了工作人员的劳动强度,而且其结构简单,携带方便,便于野外监测试验。
其二,本实用新型其称重传感器性能稳定可靠,量程大,为25kg,精度为1g,采集时间0.1s-60min连续可调,能满足高强度风沙流的连续自动观测,可连续观测1-2h后更换一次沙粒收集布袋。
其三,本实用新型已在风沙流的实地观测与风洞模拟实验中得到很好地应用,并取得了较好的科研效果。试验研究结果见具体实施方式相关内容。
附图说明
图1自动梯度式风沙流采集仪记录的莫高窟窟顶戈壁输沙量随监测时间的变化图;
图2是自动梯度式风沙流采集仪记录的莫高窟窟顶戈壁输沙率随高度的变化图;图中曲线为指数拟合曲线,可决系数R2达到0.983;
图3是自动梯度式风沙流采集仪野外实地观测的莫高窟窟顶戈壁输沙率q与2m高风速u的关系图;图中曲线为指数拟合曲线,关系式为q=7.76×10-8u6.04,可决系数R2达0.76;
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