[发明专利]一种土壤风蚀可蚀性测试方法

摘要

本发明公开了一种土壤风蚀可蚀性测试方法，其采用的系统包括试验风洞，试验风洞包括依次设置的风扇段、过渡段、整流段、收缩段、试验段和扩散段，风扇段内设置有风扇，风扇段前侧设置有电动机，风扇与电动机的输出轴固定连接，整流段内设置有阻尼网和蜂窝器；还包括控制计算机、风速传感器、粉尘检测仪、控制器和变频器；其测试方法包括步骤：一、参数设置，二、测试粉尘通量背景值，三、放置被测试土壤，四、土壤风蚀模拟试验及数据采集，五、绘制被测试土壤的风蚀可蚀性特征曲线，六、计算被测试土壤的风蚀可蚀性特征参数。本发明实现方便，自动化程度高，能够更准确、更全面地反映土壤风蚀对不同风速的敏感程度，实用性强，便于推广使用。

主权项

1.一种土壤风蚀可蚀性测试方法，其采用的系统包括试验风洞(1)，所述试验风洞(1)包括依次设置的风扇段(1‑1)、过渡段(1‑2)、整流段(1‑3)、收缩段(1‑4)、试验段(1‑5)和扩散段(1‑6)，所述风扇段(1‑1)内设置有风扇(1‑7)，所述风扇段(1‑1)前侧设置有用于带动风扇(1‑7)旋转的电动机(1‑8)，所述风扇(1‑7)与电动机(1‑8)的输出轴固定连接，所述整流段(1‑3)内设置有阻尼网(1‑9)和蜂窝器(1‑10)；其特征在于：还包括控制计算机(2)、风速传感器(3)、粉尘检测仪(4)、控制器(5)和变频器(6)，所述风速传感器(3)设置在试验段(1‑5)的首端，所述粉尘检测仪(4)检测点设置在试验段(1‑5)的尾端，所述变频器(6)与控制器(5)连接，所述电动机(1‑8)与变频器(6)连接，所述控制器(5)通过通信模块(7)与控制计算机(2)连接；其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一、参数设置：操作控制计算机(2)，设置最大测试风速vmax和粉尘通量阈值系数k；步骤二、测试粉尘通量背景值，具体过程为：步骤201、控制器(5)通过变频器(6)对电动机(1‑8)进行变频调速，电动机(1‑8)带动风扇(1‑7)旋转，使试验段(1‑5)的风速从0以风速步长Δv递增，每个风速持续时间l，直到风速增大到达到或超过最大测试风速vmax；每个风速下，风速传感器(3)对试验段(1‑5)首端的风速进行实时检测得到实测风速，粉尘检测仪(4)对试验段(1‑5)尾端的粉尘浓度进行实时检测得到粉尘浓度，控制器(5)对每个风速下的实测风速和粉尘浓度进行周期性采样，并将采样得到的实测风速和粉尘浓度传输给控制计算机(2)，控制计算机(2)对每次采样得到的实测风速和粉尘浓度进行存储；步骤202、控制计算机(2)根据公式计算得到当前试验环境下第i个风速v_i对应的粉尘通量背景值f_0,i，其中，c_i,r为第i个风速v_i时第r次采样得到的粉尘浓度，v_i,r为第i个风速v_i时第r次采样得到的实测风速，r的取值为1～h的自然数，h为步骤201中控制器(5)对第i个风速v_i下的实测风速和粉尘浓度进行周期性采样的采样总次数且取值为大于1的自然数，i的取值为1～n的自然数，n为最大测试风速v_max除以风速步长Δv的商进一取整的值；步骤三、放置被测试土壤：将装有被测试土壤的试验土槽置于试验段(1‑5)内中间位置处；步骤四、土壤风蚀模拟试验及数据采集：控制器(5)通过变频器(6)对电动机(1‑8)进行变频调速，电动机(1‑8)带动风扇(1‑7)旋转，使试验段(1‑5)的风速从0以风速步长Δv开始逐步递增，使气流吹蚀被测试土壤产生粉尘；风速递增过程中，风速传感器(3)对试验段(1‑5)首端的风速进行实时检测得到实测风速，粉尘检测仪(4)对试验段(1‑5)尾端的粉尘浓度进行实时检测得到粉尘浓度；风速每递增Δv，控制器(5)都对实测风速和粉尘浓度进行周期性采样，根据每次采样得到的实测风速和粉尘浓度计算得到粉尘通量，并将计算得到的粉尘通量与根据该风速对应的粉尘通量背景值计算得到的粉尘通量阈值进行比较，当计算得到的粉尘通量小于粉尘通量阈值时，该风速维持时间l后继续以风速步长Δv递增；当计算得到的粉尘通量大于等于粉尘通量阈值时，风速维持在当前风速继续吹蚀被测试土壤，直至计算得到的粉尘通量再次小于粉尘通量阈值时，风速继续以风速步长Δv递增；直至风速增大到达到或超过最大测试风速vmax；其中，风速递增到第i个风速vi时，控制器(5)根据第j次采样得到的实测风速vi,j和粉尘浓度ci,j计算得到粉尘通量fi,j采用的计算公式为fi,j＝ci,j·vi,j，j为采样次数且取值为1～m的自然数，m为控制器(5)对第i个风速vi下的实测风速和粉尘浓度进行周期性采样的采样总次数且取值为大于1的自然数；风速递增到第i个风速vi时，控制器(5)根据该风速对应的粉尘通量背景值计算得到的粉尘通量阈值fi采用的计算机公式为fi＝k·f0,i；同时，控制器(5)将每次采样的时间、每次采样得到的实测风速、每次采样得到的粉尘浓度和每次风速维持时间传输给控制计算机(2)，控制计算机(2)对每次采样的时间、每次采样得到的实测风速、每次采样得到的粉尘浓度和每次风速维持时间进行存储；步骤五、绘制被测试土壤的风蚀可蚀性特征曲线：控制计算机(2)以时间t为横坐标，风速v为纵坐标建立直角坐标系，并将步骤四中存储的每次采样的时间和每次采样得到的实测风速对应的点绘制到直角坐标系中，再连接绘制到直角坐标系中的各个点，得到被测试土壤的风蚀可蚀性特征曲线；步骤六、计算被测试土壤的风蚀可蚀性特征参数，具体过程为：步骤601、控制计算机(2)将步骤四中存储的粉尘通量首次大于等于粉尘通量阈值时的风速确定为风蚀启动风速；步骤602、控制计算机(2)将步骤四中存储的每次风速维持时间累加，得到风速从0增大到达到或超过最大测试风速vmax的时间D，并根据D判断土壤的风蚀可蚀性，D值越大表示土壤的风蚀可蚀性越高。