[发明专利]一种实时监测的自动风沙收集系统

说明书

技术领域

本发明属于风沙收集、测量装置技术领域，涉及一种自动收集风沙并可以实时监测风沙量的系统。

背景技术

风沙对混凝土结构的侵蚀机理、造成的危害，对其耐久性和安全性的影响程度等成为当前混凝土结构研究的一个重要领域，特别是在大风地区，研究风沙对混凝土的磨蚀机理，成为这些地区必须考虑的问题。戈壁地区大风条件下风对混凝土结构造成的危害是：

第一，风沙加剧了使用阶段混凝土的表面损伤速度。在强烈的大风作用下，地表面的风沙，甚至是小的砾石会随着大风而卷起，撞击到结构物混凝土上，混凝土表面将出现坑窝损伤，此类破坏已危及到混凝土抗冲击的性能；研究大风地区风沙对混凝土结构的磨损机理，对提高混凝土抗风蚀等耐久性意义重大。

第二，风害致使混凝土结构表面破损，加剧了使用阶段混凝土的冻融破坏速度。混凝土抗冻性是混凝土抵抗反复冻融循环的能力。在夏季酷热、冬季严寒的地区，混凝土抗冻性不足是造成耐久性破坏的主要原因。混凝土冻融破坏的机理主要是由于毛细孔中水结冰产生膨胀应力及渗透应力，当这种应力超过混凝土局部抗拉强度时，就可能产生裂缝，在反复冻融作用下，混凝土内部的微细裂缝逐渐增多和扩大，导致混凝土产生疏松剥落，直至破坏。风害会加剧冻融破坏应力。在这种极端恶劣的大风气候条件下，如何准确掌握风沙的运动规律及其对混凝土结构的风蚀机理，进而提高混凝土结构耐磨性的问题。

第三，风沙对线路有严重的危害, 暴露在沙漠之中的线路，时刻有被风沙灾害侵袭的危险，沙丘裸露部分在大风作用下形成的风沙流遇到线路结构时会沉积下来造成线路片状沙埋。而且，流沙侵入防护栏，在防护栏两侧沉积，部分区段已形成小沙丘，成为新的沙源，严重威胁线路安全运营；流沙堵塞线路两侧的侧沟，影响排洪，如果不及时清理有引发洪灾、冲毁路基的可能；流沙上道、线路积沙后，加剧了轮轨之间的磨耗，沙害地段的钢轨损耗较无沙害地段严重很多。

针对风沙运动规律的研究，国内外学者作了许多有意义的探索，如近地面风沙流沙通量仪、风沙流动态监测仪、风沙监测集沙仪、风沙流流量监测仪、风沙流输沙量测定仪、全自动野外风沙监测仪、PX-JSY-A2型风沙流积沙仪等，这些有意义的研究和发明，在不同的风沙研究中发挥了重要的作用。

现有技术一：近地面风沙流沙通量仪，是一种可以测量近地面高度范围内不同高度的风沙输移通量的机械设备。其包括带有前盖和后盖的盒体，盒体的前面均匀分布有若干个沙尘入口，盒体内相应于每个沙尘入口位置设有一个取样盒，相邻两个取样盒之间具有间隙，取样盒的上面设有沙网，前盖盖在沙尘入口上，后盖上设有若干出风口。其在野外风沙和风洞实验中，风沙流过时，其沙粒被不同高度的取样盒捕获，进而获得输沙率及其垂向分布。

现有技术一存在以下缺点：

（1）在后盖上设有的出风口会将盒体中收集的沙粒带走，难以真实反映实际沙粒分布情况；

（2）不同高度取样盒受风向影响小，难以随着风向的变化而变化，采集风沙量受取样盒口迎风程度影响较大；

（3）沙网的设置给收集沙粒带来不利影响；

（4）在大风时，无法适时采集风沙，同时无法实现远距离无线检测。

现有技术二：风沙流动态监测仪，是一种风沙流动态监测仪器，其由称重式集沙箱、数据采集仪、称重式传感器、风速风向传感器构成，单片机数据采集仪接口通过输送线分别与称重式集沙箱、风速风向传感器相接。气流中飞跃的颗粒，降落时碰撞地面而产生的回弹称跃移的沙粒进入方格孔，由引沙通道进入集沙筒。集沙筒放置在称重式传感器上，可以收集不同方位的跃移沙粒，测得的数据便于与风向、风速资料建立相关关系，实现显示、打印、存盘，实时在线自动连续采集数据的目的。

现有技术二存在以下缺点：

（1）其主要用来收集颗粒碰撞地面而回弹跃移的沙粒，不能收集在空中飞跃的颗粒，在垂直分布上难以反映沙粒的分布情况；

（2）不能抵抗约12级及以上的风力，在这种情况下，在大风戈壁地区长期风沙采集过程中，各组件协调工作成为砂砾收集成功的一项瓶颈；

现有技术之三：风沙监测集沙仪，其涉及干旱、半干旱风沙区的沙丘监测技术，具体为一种风沙监测集沙仪。由主体、底座上下设置而成，主体为分层结构，每层由进沙管和集沙盒连接而成，进沙管和集沙盒相通，进沙管外侧开口为风沙进口，集沙盒外侧开口处设有滤网。可以随时调整风沙流观测高度，即风沙进口高度，从而更适应不同的风力情况和沙丘类型；圆盘型底座起到支撑和固定集沙仪的作用，可旋转式支架则随自然风向转变而调整集沙仪风沙进口角度。

现有技术三存在以下缺点：