CN104215787B - 河水中泥沙含量自动测量及数据记录装置 - Google Patents

河水中泥沙含量自动测量及数据记录装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种河水中泥沙含量自动测量及数据记录装置，主要包括等臂杠杆、标准样容器、盛样容器、称重仪、主控制器和无线数据接收器。该装置通过主控制器按照测量要求控制水泵在设定条件下向盛样容器中抽入与标准样容器等体积的含泥沙河水水样，并通过称重仪测量同体积下泥水与不含泥沙标准样的质量差，再回传给主控制器并由天线发出无线讯号将称量数据传给无线数据接收器，无线数据接收器接收后向PC上位机传送结果由后者根据现场标定数据处理计算出河水中泥沙含量。本发明采用等臂杠杆装置，抵消了滤除泥沙后待测河水的质量，显著扩展了泥沙含量测量范围，并提高了泥沙含量测量精度，实现了连续高精度自动测量任意深度河水中的泥沙含量并记录数据，提高了测量监测效率。

Description

河水中泥沙含量自动测量及数据记录装置
技术领域
本发明属于河沙自动测量及分析领域，尤其涉及一种河水中泥沙含量自动测量及数据记录装置。
背景技术
河水中泥沙含量是水文观测中一项很重要的数据，泥沙含量的现场快速准确检测、分析是目前丞待解决的问题。现有测量泥沙含量的方法很多，如烘干称量法、比重法、γ射线法、电容法等。传统烘干称量法和比重法属于直接测量法，烘干法系在采集到一定样品后对其烘干称重，记录含沙量；比重法则是利用泥沙对比重的影响通过比重计来确定泥沙含量，两者测量精度高，尤其是烘干称量法，但是这类直接测量法缺陷也很明显，测量过程繁琐，周期长，不适合现场测量采集数据。γ射线法是利用γ射线穿透物体后的衰减规律来测量泥沙含量的，在标定好被测对象的伽马射线吸收率参数后可以实现较高的测量精度，但γ射线穿透物体后衰减较快，确定吸收率参数很困难，使得对被测对象的要求以及测量精度都受到影响，且该类***成本高，不易维护。电容法是利用泥沙含量与由液体及圆筒状极板组成的电容器的电容的对应关系来计算泥沙含量的，当圆筒状极板中的液体泥沙含量发生变化时相当于电介质发生改变，进而改变电容器的容量，这种方法适合做连续在线测量，但是受到液体导电率的影响，测量范围及测量精度局限性较大。此外，上述测量方法都存在测量范围小、误差大等诸多问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种测量范围大、测量精度高的河水中泥沙含量自动测量及数据记录装置，以实现自动采集和测量对应深度的河水泥沙含量并记录数据。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：河水中泥沙含量自动测量及数据记录装置，主要包括等臂杠杆、标准样容器、盛样容器、称重仪、主控制器和无线数据接收器；等臂杠杆左端悬挂标准样容器，右端悬挂盛样容器，盛样容器放置在称重仪上；标准样容器和盛样容器上部均设有溢流口，底部均设有排水口，排水口内部均有与主控制器相连并受其控制打开与关闭的电磁阀；主控制器分别电连接称重仪和水泵；水泵进水端与进水管一端相连，水泵出水端通过导水管引到盛样容器上方；主控制器与无线数据接收器通过无线网络通讯连接，无线数据接收器与PC上位机相连。
等臂杠杆的支撑座含有水平调整装置。
主控制器和无线数据接收器均为微型计算机。
电连接是通过电源线或是数据线连接，用于给各功能部分提供电源及传输数据。
主控制器、称重仪、水泵及电磁阀由电瓶供电。
标准样容器用于盛放滤除泥沙后的待测河水标准样，盛样容器用于盛放含有泥沙的待测河水且其有效容积与标准样容器相同。
称重仪按照主控制器发出的指令进行称量同时将称量结果回传给主控制器，水泵按照主控制器的指令将待测河水抽入盛样容器中。
主控制器用于按照检测要求控制水泵、称重仪及电磁阀作出相应动作，同时将称重仪传回的数据通过天线发送给附近的无线数据接收器，无线数据接收器将主控制器发出的数据信号处理后传给PC上位机，PC上位机包含有与无线数据接收器相配套的软件程序，对测量数据进行显示、记录。
针对目前河水中泥沙含量测量存在的问题，发明人设计了一种河水中泥沙含量自动测量及数据记录装置，主要包括等臂杠杆、标准样容器、盛样容器、称重仪、主控制器和无线数据接收器。该装置通过主控制器按照测量要求控制水泵在设定条件向盛样容器中抽入与标准样容器等体积的含泥沙河水水样，并通过称重仪测量同体积下泥水与不含泥沙标准样的质量差后，回传给主控制器并由天线发出无线讯号将称量数据传给无线数据接收器，无线数据接收器接收后向PC上位机传送结果由后者根据现场标定数据处理计算出河水中泥沙含量。本发明可在PC上显示、记录泥沙含量，整个操作自动化程度高，可根据要求设定为定时采集样品测量，且采用等臂杠杆装置，抵消了不含泥沙的待测河水的质量，显著扩展了泥沙含量测量范围，并提高了泥沙含量测量精度，实现了连续高精度自动测量任意深度河水中的泥沙含量并记录数据，同时提高了测量监测效率。
附图说明
图1是本发明河水中泥沙含量自动测量及数据记录装置结构和使用状态示意图。
图中：1等臂杠杆，2标准样容器，3盛样容器，4排水口，5称重仪，6主控制器，7水泵，8进水管，9导水管，10溢流口，11无线数据接收器，12 PC上位机，13电瓶，14河水。
具体实施方式
如图1所示，本发明河水中泥沙含量自动测量及数据记录装置，主要包括等臂杠杆1、标准样容器2、盛样容器3、称重仪5、主控制器6和无线数据接收器11；等臂杠杆左端悬挂标准样容器，右端悬挂盛样容器，盛样容器放置在称重仪上；标准样容器和盛样容器上部均设有溢流口10，底部均设有排水口4，排水口内部均有与主控制器相连并受其控制打开与关闭的电磁阀；主控制器分别电连接称重仪和水泵7；水泵进水端与进水管8一端相连，进水管另一端伸入待测河水14中，水泵出水端通过导水管9引到盛样容器上方，导水管与盛样容器溢流口水平面保持一定距离，在水泵作用下通过进水管抽取相应深度的河水样导入到盛样容器中内；主控制器与无线数据接收器通过无线网络通讯连接，无线数据接收器与PC上位机12相连。其中，等臂杠杆的支撑座含有水平调整装置，可用游标进行平衡校准；主控制器和无线数据接收器均为微型计算机，其电连接是通过电源线或是数据线连接，用于给各功能部分提供电源及传输数据；主控制器、称重仪、水泵及电磁阀由电瓶13供电。
主要部件功能
标准样容器用于盛放滤除泥沙后的待测河水，盛样容器用于盛放含有泥沙的待测河水且其有效容积与标准样容器相同。标准样容器和盛样容器可采用等口径圆柱形容器，设置相同高度的溢流口位置保证了两容器具有相同的有效体积，即每次抽取待测河水的有效体积与标准样容器中盛放的去除泥沙的河水体积相等，此时用称重仪对盛样容器进行称量，即可得到质量差。
称重仪按照主控制器发出的指令对盛样容器的质量(实际上是等体积下盛样容器与标准样容器的质量差)进行称量同时将称量结果回传给主控制器，水泵按照主控制器的指令将待测河水抽入盛样容器中。
主控制器用于按照检测要求控制水泵、称重仪及电磁阀作出相应动作，同时将称重仪传回的数据通过天线发送给附近的无线数据接收器，无线数据接收器将主控制器发出的数据信号处理后传给PC上位机，PC上位机包含有与无线数据接收器相配套的软件程序，用于录入现场标定数据，对测量数据进行显示、记录。
工作原理和过程
本发明通过测量质量差间接得出待测含沙河水的泥沙含量，由于采用等臂杠杆结构，在装置使用前先要对杠杆***调节平衡及底座水平调节，同时还要先将待测含沙河水用滤纸过滤后装入标准样容器中，使其恰好从溢流口溢出为止；水泵由主控制器输出变频信号来驱动水泵电机工作，同时使用压力开关实现闭环控制，恒压供水；称重仪采用以高精度电阻应变式传感器作为前端测量的电子天平(如最大称量质量为300g，分辨率为0.01g)；主控制器可采用单片微型计算机(简称单片机)，使用前先在单片机中刷入程序，装置使用前可通过主控制器上的按键输入工作所需的条件；主控制器与水泵、电子天平、电磁阀相连，主控制器按照输入的工作条件控制水泵抽取待测含沙河水，使盛样容器中泥水从溢流口流出为止，此时由主控制器发出指令让电子天平进行称量并回传数据，最后通过无线数据接收器处理完数据后上传到PC上位机进行显示、记录。所有工作完成后由主控制器发出指令让盛样容器中排水口的电磁阀打开，将泥水排净后关闭阀门待下次测量使用。导水管与盛样容器溢流口水平面保持一定距离是为了防止导水管的振动或移动影响盛样容器的总质量。
设容器体积为V，称重仪测量到的质量为m，标准样容器与盛样容器有效体积相等，盛样容器中泥水里含有的沙子质量为m1，标准样容器中与盛样容器中沙子所占据相同体积的液体质量为m2，则有：m＝m1-m2。
设泥水中沙的密度为ρ1，去除泥沙的河水密度为ρ2，有
设θ为待测河水泥沙含量(质量含量)，可得
综合以上式子整理后可得：
上式中ρ1和ρ2在相同地段基本不变，可以在现场测量一次进行标定，随后录入上位机软件与前端检测装置进行批量测量。

Claims (7)

1.一种河水中泥沙含量自动测量及数据记录装置，其特征在于主要包括等臂杠杆、标准样容器、盛样容器、称重仪、主控制器和无线数据接收器；所述等臂杠杆左端悬挂标准样容器，右端悬挂盛样容器，盛样容器放置在称重仪上；标准样容器和盛样容器上部均设有溢流口，底部均设有排水口，排水口内部均有与主控制器相连并受其控制打开与关闭的电磁阀；所述主控制器分别电连接称重仪和水泵；所述水泵进水端与进水管一端相连，水泵出水端通过导水管引到盛样容器上方；主控制器与无线数据接收器通过无线网络通讯连接，无线数据接收器与PC上位机相连；所述主控制器用于按照检测要求控制水泵、称重仪及电磁阀作出相应动作，同时将称重仪传回的数据通过天线发送给附近的无线数据接收器，无线数据接收器将主控制器发出的数据信号处理后传给PC上位机，PC上位机包含有与无线数据接收器相配套的软件程序，对测量数据进行显示、记录。
2.根据权利要求1所述的河水中泥沙含量自动测量及数据记录装置，其特征在于：所述等臂杠杆的支撑座含有水平调整装置。
3.根据权利要求2所述的河水中泥沙含量自动测量及数据记录装置，其特征在于：所述主控制器和无线数据接收器均为微型计算机。
4.根据权利要求3所述的河水中泥沙含量自动测量及数据记录装置，其特征在于：所述电连接是通过电源线或数据线连接，用于给各功能部分提供电源及传输数据。
5.根据权利要求4所述的河水中泥沙含量自动测量及数据记录装置，其特征在于：所述主控制器、称重仪、水泵及电磁阀由电瓶供电。
6.根据权利要求5所述的河水中泥沙含量自动测量及数据记录装置，其特征在于：所述标准样容器用于盛放滤除泥沙后的待测河水，盛样容器用于盛放含有泥沙的待测河水且其有效容积与标准样容器相同。
7.根据权利要求5所述的河水中泥沙含量自动测量及数据记录装置，其特征在于：所述称重仪按照主控制器发出的指令进行称量同时将称量结果回传给主控制器，水泵按照主控制器的指令将待测河水抽入盛样容器中。
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