[发明专利]全方位积沙收集组件、全自动积沙仪及其使用方法与应用

说明书

本发明揭示了一种全方位积沙收集组件、全自动积沙仪及其使用方法与应用。所述全自动积沙仪包括全自动积沙仪主体和全方位积沙收集组件，全自动积沙仪主体包括外桶和设置在外桶内的内桶，内桶用于收储所述全方位积沙收集组件收集的沙子，并且内桶包括彼此独立设置的主内桶和内外两层结构的副内桶，主内桶、副内桶分别与主电子秤、副电子秤配合，主内桶顶部边缘还设置有连接段，主内桶内过量的沙子能够在重力作用下经连接段自动流入副内桶，并且连接段与副内桶无接触。本发明提供的全方位积沙收集组件、全自动积沙仪及其输沙量采集方法，解决了强输沙环境下，轴承堵塞转动不灵、数据作废问题，具有高量程、高精度、高频采集和长期免维护的优点。

技术领域

本发明属于观测设备技术领域，具体涉及一种全方位积沙收集组件、全自动积沙仪及其使用方法与应用。

背景技术

输沙量是单位时间(s)内，与风向垂直的单位面积(cm²)上流沙的质量(g)，它是衡量风沙流强度特征的一个最重要参数，在风沙物理研究领域占有重要地位。

目前，采集输沙量的野外用积沙仪种类有很多种。从采集输沙的方位来看，有单方位、四方位、八方位、十六方位野外固定式积沙仪和利用轴承和导风板系统，可旋转式的全方位积沙仪；从数据采集方式来看，有定期通过人工收集、称重获取积沙量的，还有通过电子秤和数采仪自动记录积沙量的。尽管通过使用以往这些设备，研究者们已经揭示出各种下垫面和风况下的风沙运动规律，为研究提供了大量关于野外风沙流特征的重要信息，但其中也存在重要缺陷。例如针对目前使用的最先进的是全方位自动积沙仪，其典型代表是华益瑞公司生产的第四代CWHF型全自动积沙仪，其缺陷主要表现如下：

首先，这款积沙仪采用固定四方向开口，采集四周吹来的沙粒，通过电子秤称重，记录数据。但开口处不可避免的存在四个立柱，遮挡了这四个方向上吹来的沙子，因此导致数据比实际值偏小，并不是完全意义上的全方位积沙仪；另外，由于风沙传输绝大部分集中在近地面20cm高度以内，这个范围是输沙量监测的重点区域，但由于该积沙仪体积小，最大积沙容量仅有几百克，在敦煌库姆塔格沙漠的实地观测中，我们发现10cm 高度处的输沙强度可达2kgcm^-2d^-1。因此，这种积沙仪在强输沙环境下几小时甚至几分钟就会装满沙而失效，特别是在监测近地面层输沙量时，并不具备高耐候性和实用性。因此，限制了强输沙环境下风沙流运动过程的相关研究。

对于利用轴承和导风板系统，可旋转式的真正意义上的全方位积沙仪，也存在两个严重缺陷。首先，由于轴承内外圈是有缝隙的相对转动的构件，在保证灵活转动前提下，内圈和外圈的缝隙不可能做到绝对密闭，而沙尘随着气流恰恰会进入到这个缝隙，即使是使用进口密封轴承也会导致轴承转动不灵，连接其上、控制方向的导风板就不能随风灵活转动，继而积沙口不能朝向来风方向，造成积沙量数据错误和无法使用。因此，目前使用轴承和导风板实现转向的这类全方位积沙仪，一般在强输沙环境荒漠区正常使用周期不超过三个月，轴承转动就会受阻，导致积沙数据错误和无法使用，这时就需要更换轴承；另外，荒漠区的地表和大气中盐碱含量比较高，盐雾结晶也会导致轴承转动不灵，从而使积沙仪数据失效。

因此，避免轴承进入沙尘和盐雾结晶的影响，做好轴承防护，保证轴承能长期灵活转动，时刻使积沙口对准来风方向，是全方位积沙仪收集到可靠积沙量数据的关键技术问题之一。另外，为避免积满沙后数据作废、实现长期免维护，就必须使用大容量的积沙桶和高量程电子秤，但高量程电子称的精度差，无法满足1Hz频率下微量输沙量数据的采集。这也是所有积沙仪面临的一个严重缺陷或矛盾之处。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种全方位积沙收集组件、全自动积沙仪及其输沙量采集方法，以克服现有技术中存在的不足。

为实现前述目的，本发明实施例采用的技术方案包括：