[发明专利]用于卵砾石输移压力与输移音频的采集装置、系统及方法

说明书

本发明公开了一种用于卵砾石输移压力与输移音频的采集装置、系统及方法，采集装置包括上挡板和下挡板、以及设置在两块挡板间用于防止卵砾石和含砂水流冲击的防护罩，上挡板、下挡板和防护罩围成一个腔体；在腔体内固定安装有用于采集卵砾石输移音频的拾音器和多个用于采集卵砾石输移过程中上挡板和下挡板承受卵砾石压力的应变式传感器，拾音器固定安装在上挡板或下挡板上，应变式传感器固定安装在上挡板和下挡板之间。采集系统包括多个布置在河床上的采集装置、设置在岸边的基站、以及与基站通信连接的服务器，采集装置和基站通信连接。无论水流速度高或低、卵砾石输移量多或少，上述采集装置和采集系统都能够长期精确监测卵砾石运动。

技术领域

本发明属于航道观测领域，具体涉及一种用于卵砾石输移压力与输移音频的采集装置、系统及方法。

背景技术

三峡水库蓄水运行后，库区航道条件得到了大幅度的改善，但仍不能完全适应现阶段的航运发展。根据多年的航道泥沙原型观测分析工作认为，变动回水区浅滩阻碍航行主要是由于卵砾石的冲淤变化所引起的，目前受观测设备和观测技术的限制，无法有效获取原型卵砾石输移的实时运动特性，因此对于变动回水区卵砾石浅滩冲淤规律认识尚不明确。

现有的推移质观测技术主要分为两大类：直接测量法和间接观测法。直接测量法主要是借助于各种尺寸结构的采样器和装置，直接测量推移质，采用得较多的是压差式采样器和坑测法。间接测量法主要是以各种物理原理为基础，通过测量与推移质运动相关的参数，间接计算出推移质输沙率，主要有示踪法、光测法、声学法等。

由于推移质运动具有时间和空间的随机性，利用采样器采样无法捕捉准确信息，且采样器在采样过程中干扰设备周围水流条件，高速运动的推移质颗粒会撞击采样器，造成一定的损坏，船上作业也不适用于高速水流情况；坑测法，只能估计洪水过后的卵砾石输移量，无法获知推移质质量随时间的动态变化；示踪法，无论是采用放射性粒子、无线电追踪技术、还是磁性示踪粒子，可研究粒径范围有限，且粒子在运动过程中相互掩埋，回收率低，其中有些粒子会对环境造成一定污染，且造价高，测试成本大；光测法，主要是通过高清摄像头观测水下推移质运动，这对观测环境的水质、含沙量有较高要求，必须对仪器进行必要的防护，同时给予有效地照明措施；超声地形仪受分辨率、时效性、水流条件以及含沙量影响较大，观测成果难以达到要求。

无论是在低速水流、还是高速水流条件下都可以用声学法来测量推移质的输移量。目前，已经有很多人采用声学法进行河流推移质观测，如申请号为201510915272.9的发明专利，用于卵砾石输移观测的声音采集系统、采集装置和采集方法，其采集方法的技术特征如下：安放水听器，在河床的长度方向和宽度方向纵横布置多个水听器，将水听器固定布置在河水中；一一对应布置发声器，将每一个发声器布置在河床床面上且位于相应的一个水听器的下方。可以多点、多区域地同时采集和记录卵砾石的输移运动。但该方案仍存在一些待改进的地方，例如，当水流速度过大的时候，卵砾石的数量、卵砾石在水流中的分布层数都会急剧增多，此时用声测法测量的准确度很差。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明要解决的技术问题是：提供一种无论水流速度高或低、卵砾石输移量多或少、均能够长期精确监测卵砾石运动的用于卵砾石输移压力与输移音频检测的采集装置、系统以及方法，解决了在高速水流或者卵砾石数量过多的情况下卵砾石运动检测不准确的问题。

为解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：

一种用于卵砾石输移压力与输移音频的采集装置，包括上挡板和下挡板、以及设置在两块挡板间用于防止卵砾石和含砂水流冲击的防护罩，上挡板、下挡板和防护罩围成一个腔体；在腔体内固定安装有用于采集卵砾石输移音频的拾音器和多个用于采集卵砾石输移过程中上挡板和下挡板承受卵砾石压力的应变式传感器，拾音器固定安装在上挡板或下挡板上，应变式传感器固定安装在上挡板和下挡板之间。