CN113376067B - 便携式多层面明渠泥沙自动测量装置及测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种便携式多层面明渠泥沙自动测量装置，包括括压力传感器、压差传感器、U型主测流板、水平横杆部件、固定支撑部件、U型流道，压力传感器和压差传感器通过导线共同连接有AD转换器，AD转换器通过导线电连接有MCU控制器，MCU控制器通过无线连接的方式连接有云端服务器，云端服务器通过无线连接的方式连接有用户终端或者平台展示端。本发明的便携式多层面明渠泥沙自动测量装置，解决了现有技术中存在的时效性差以及精确度不高的问题。
Description
技术领域
本发明属于泥沙检测技术领域，涉及一种便携式多层面明渠泥沙自动测量装置，本发明还涉及采用上述便携式多层面明渠泥沙自动测量装置进行泥沙测量的方法。
背景技术
水沙一体是目前水资源研究的重点工作也是一项攻关项目，水库、河流的泥沙问题，不仅影响库区的安全运行，同时也胁迫着河道***的安全与健康，更影响着沿岸的社会经济发展，科学治沙的前提是河流泥沙的检查。
泥沙检测作为水文实验的重要组成部分。目前，随着科技的发展泥沙检测的方法和检测仪器有了进一步的发展，传统的测流方法，一般采用采样、静止、离心泵、烘干、称重等操作步骤所制作的测定装置，一方面，需要完成这些功能操作，就需要建立复杂的机械结构，装置的体积就会显得笨重，安装以及拆卸清洗相对会费时费力等，操作复杂以及时效性相对较差；另一方面，采样点的数据并不能代替整个断面或者区域的含沙量，大型装置在渠道中会影响渠道水沙一体的流线规律，破坏采样点的实际位置的含沙情况等等，降低了测定的精度，且若是在水沙静止一段时间后，根据烘干称重法来计算出泥沙含量，时效性差以及精确度不高。
发明内容
本发明的目的是提供一种便携式多层面明渠泥沙自动测量装置，解决了现有技术中存在的时效性差以及精确度不高的问题。
本发明所采用的技术方案是，便携式多层面明渠泥沙自动测量装置，包括U型主测流板，U型主测流板的U型两端固定连接有固定板，U型主测流板内侧壁最低端中心位置设置有一个压力传感器，U型主测流板内侧壁两侧还呈对称设置有多个压力传感器，U型主测流板内设置有两个与U型主测流板形状对应的U型流道，U型主测流板内侧壁最低端的压力传感器两侧均设置有进水孔，两个进水孔分别与两个U型流道的最低端处相通，每个固定板上均设置有两个压差传感器，四个压差传感器的探头分别伸入两个U型流道的两端，U型主测流板两端顶部之间设置有水平横杆部件，固定板上还设置支撑装置，压力传感器和压差传感器通过导线共同连接有AD转换器，AD转换器通过导线电连接有MCU控制器，MCU控制器通过无线连接的方式连接有云端服务器，云端服务器通过无线连接的方式连接有用户终端或者平台展示端。
本发明的特征还在于，
支撑装置包括穿过固定板呈竖直设置的支撑杆，支撑杆位于固定板下方的一端固定连接有水平的支撑板，支撑杆位于固定板上方的一端通过螺纹连接的方式连接有螺母。
U型主测流板两侧壁上的压力传感器从明渠底部往上每隔10cm设置一个。
进水孔内设置有过滤网。
本发明采用的第二种技术方案是，便携式多层面明渠泥沙自动测量方法，采用上述便携式多层面明渠泥沙自动测量装置，具体过程为：
将U型主测流板安放在渠道上并紧贴渠道边壁，支撑板支撑在渠道两侧地面上，调整螺母使得水平横杆部件上的水平仪内的气泡居中，然后给整个装置接通电源，压力传感器和压差传感器检测的数据经过AD转换器后传递给MCU控制器，MCU控制器将测量所得数据传递给云端服务器，云端服务器将数据传输给用户终端用户查看或者平台展示端进行测量数据的展示。
假设U型主测流板内侧壁最低端中心位置的压力传感器检测的压力值为F，U型主测流板内侧壁两侧对称设置的两个压力传感器的检测值分别为Fn-1、Fn-2，当U型主测流板内侧壁两侧对称设置的两个压力传感器距渠底10cm时，n=1，距渠底每增加10cm时，n加1，一个U型流道两端的压差传感器所测得压力值取平均得到压力值：f1-1，另一个U型流道两端的压差传感器所测得压力值平均得到压力值为：f1-2；
压力值F、Fn-1、Fn-2、f1-1、f1-2经过AD转换器转换后得到对应水位值H0、Hn-1、Hn-2、h1-1、h1-2，其中H0为渠底到水面的垂直距离，Hn-1、Hn-2为对应测点距水面的垂直距离，h1-1、h1-2为过水断面水位值；
则不同层面单位面积含沙量按照如下公式计算：
渠底H0：
Hn0cm：
其中，
为渠底单位面积含沙量，Hn0cm为距离渠底的距离为n0cm，
为距离渠底n0cm处的单位面积含沙量。
本发明的有益效果是：
本发明便携式多层面明渠泥沙自动测量装置，通过不同层面的压力传感器测得混合液体的单位面积重量，进一步通过两条U型流道作为U型连通器，U型连通器端口的压差传感器获得单一水体的含量，建立的不同层面水沙数学计算公式，即可求得实时断面含沙量。
本发明的装置结构简单，便携且容易安装，工作时，将本测流装置安放在渠道上方，然后调平、固定即可进行测量，本装置时效性以及测量精度方面远远高于目前的相关泥沙设备。
本发明的通过压力传感器和压差传感器实现自动化监测，且装置结构简单，耗电量低，便于携带，安装成本低，也能够实现数据的无线传输，可以广泛的应用于不同明渠断面泥沙测定工作，进一步对水沙含量对灌区后续影像研究奠定基础。
附图说明
图1是本发明便携式多层面明渠泥沙自动测量装置的结构示意图；
图2是本发明便携式多层面明渠泥沙自动测量装置的电路连接图；
图3是本发明便携式多层面明渠泥沙自动测量装置中U型流道的结构示意图。
图中，1.U型主测流板，2.压力传感器；3.支撑装置，4.水平横杆部件，5.压差传感器，6.MCU控制器，7.固定板，8.云端服务器，9.用户终端，10. AD转换器，11. U型流道，12.进水孔，13.平台展示端，14.过滤网；
3-1.支撑杆，3-2.支撑板，3-3.调整螺母。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明的便携式多层面明渠泥沙自动测量装置，其结构如图1-3所示，包括与渠道U型相匹配的U型主测流板1，U型主测流板1的U型两端固定连接有固定板7，U型主测流板1内侧壁最低端中心位置设置有一个压力传感器2，U型主测流板1内侧壁两侧还呈对称设置有多个压力传感器2，U型主测流板1内设置有两个与U型主测流板1形状对应的U型流道11，U型主测流板1内侧壁最低端的压力传感器2两侧均设置有进水孔12，两个进水孔12分别与两个U型流道11的最低端处相通，每个固定板7上均设置有两个压差传感器5，四个压差传感器5的探头分别伸入两个U型流道11的两端，U型主测流板1两端顶部之间设置有水平横杆部件4，固定板7上还设置支撑装置3，压力传感器2和压差传感器5通过导线共同连接有AD转换器10，AD转换器10通过导线电连接有MCU控制器6，MCU控制器6通过无线连接的方式连接有云端服务器8，云端服务器8通过无线连接的方式连接有用户终端9或者平台展示端13。
支撑装置3包括穿过固定板7呈竖直设置的支撑杆3-1，支撑杆3-1位于固定板7下方的一端固定连接有水平的支撑板3-2，支撑杆3-1位于固定板7上方的一端通过螺纹连接的方式连接有螺母3-3。
U型主测流板1两侧壁上的压力传感器2从明渠底部往上每隔10cm设置一个。
进水孔12内设置有过滤网14。
本发明便携式多层面明渠泥沙自动测量方法，采用上述便携式多层面明渠泥沙自动测量装置，具体过程为：
将U型主测流板1安放在渠道上并紧贴渠道边壁，支撑板3-2支撑在渠道两侧地面上，调整螺母3-3使得水平横杆部件4上的水平仪内的气泡居中，然后给整个装置接通电源，压力传感器2和压差传感器5检测的数据经过AD转换器10后传递给MCU控制器6，MCU控制器6将测量所得数据传递给云端服务器8，云端服务器8将数据传输给用户终端9用户查看或者平台展示端13进行测量数据的展示。
假设U型主测流板1内侧壁最低端中心位置的压力传感器2检测的压力值为F，U型主测流板1内侧壁两侧对称设置的两个压力传感器的检测值分别为Fn-1、Fn-2，当U型主测流板1内侧壁两侧对称设置的两个压力传感器距渠底10cm时，n=1，距渠底每增加10cm时，n加1，一个U型流道11两端的压差传感器5所测得压力值取平均得到压力值：f1-1，另一个U型流道11两端的压差传感器5所测得压力值平均得到压力值为：f1-2；
压力值F、Fn-1、Fn-2、f1-1、f1-2经过AD转换器10转换后得到对应水位值H0、Hn-1、Hn-2、h1-1、h1-2，其中H0为渠底到水面的垂直距离，Hn-1、Hn-2为对应测点距水面的垂直距离，h1-1、h1-2为过水断面水位值；
则不同层面单位面积含沙量按照如下公式计算：
渠底H0：
Hn0cm：
其中，
为渠底单位面积含沙量，Hn0cm为距离渠底的距离为n0cm，
为距离渠底n0cm处的单位面积含沙量。
本发明的U型主测流板1材质为不锈钢，可根据U型标准渠道定做。
本实施例设置17个压力传感器2，17个压力传感器的压力值F、F1-1、F1-2、F2-1、F2-2、F3-1、F3-2、F4-1、F4-2、F5-1、F5-2、F6-1、F6-2、F7-1、F7-2、F8-1、F8-2，四个压差传感器5所侧的压力值为：f1-1、f1-2、f2-1、f2-2；经过AD转换器之后得到对应水位值，具体为：
F对应水位值H0；F1-1、F1-2对应水位值H1-1、H1-2；
F3-1、F3-2对应水位值H3-1、H3-2；F4-1、F4-2对应水位值H4-1、H4-2；
F5-1、F5-2对应水位值H5-1、H5-2；F6-1、F6-2对应水位值H6-1、H6-2；
F7-1、F7-2对应水位值H7-1、H7-2；F8-1、F8-2对应水位值H8-1、H8-2；
f1-1、f1-2对应水位值h1-1、h1-2；
不同层面单位面积含沙量：
其中，渠底压力传感器对应压力值F，其对应H0即渠底到水面的垂直距离；
距渠底10cm处压力传感器对应F1-1、F1-2，其对应水位值H1-1、H1-2即为该测点距水面的垂直距离；
距渠底20cm处压力传感器对应F2-1、F2-2 ，其对应水位值H2-1、H2-2即为该测点距水面的垂直距离；
距渠底30cm处压力传感器对应F3-1、F3-2，其对应水位值H3-1、H3-2即为该测点距水面的垂直距离；
距渠底40cm处压力传感器对应F4-1、F4-2，其对应水位值H4-1、H4-2即为该测点距水面的垂直距离；
距渠底50cm处压力传感器对应F5-1、F5-2，其对应水位值H5-1、H5-2即为该测点距水面的垂直距离；
距渠底60cm处压力传感器对应F6-1、F6-2，其对应水位值H6-1、H6-2即为该测点距水面的垂直距离；
距渠底70cm处压力传感器对应F7-1、F7-2，其对应水位值H7-1、H7-2即为该测点距水面的垂直距离；
距渠底80cm处压力传感器对应F8-1、F8-2，其对应水位值H8-1、H8-2即为该测点距水面的垂直距离；
渠底压力传感器两侧有两个进水孔（带过滤网），通过内部U型通道末端的压差传感器f1-1、f1-2对应水位值h1-1、h1-2，即近视为过水断面水位。
目前国内外的渠道断面泥沙测量装置种类繁多，单对U型断面（支渠、斗渠）此种测量还未有新的装置提出，大多数由于结构复杂、测量精度不高、操作不便及使用环境的局限性等，使得它们的使用范围受到限制，难以大范围的推广使用。本发明便携式多层面明渠泥沙自动测量装置结构简单，操作方便，成本较低，且测量精度高，能够在一定程度上解决传统测量方法存在的弊端，并能实现多层面泥沙的实时测量以及动态监测，因此具有广阔的应用前景。
Claims (6)
1.便携式多层面明渠泥沙自动测量装置，其特征在于，包括U型主测流板（1），所述U型主测流板（1）的U型两端固定连接有固定板（7），所述U型主测流板（1）内侧壁最低端中心位置设置有一个压力传感器（2），所述U型主测流板（1）内侧壁两侧还呈对称设置有多个压力传感器（2），所述U型主测流板（1）内设置有两个与所述U型主测流板（1）形状对应的U型流道（11），所述U型主测流板（1）内侧壁最低端的压力传感器（2）两侧均设置有进水孔（12），两个进水孔（12）分别与两个U型流道（11）的最低端处相通，每个所述固定板（7）上均设置有两个压差传感器（5），四个所述压差传感器（5）的探头分别伸入两个所述U型流道（11）的两端，所述U型主测流板（1）两端顶部之间设置有水平横杆部件（4），所述固定板（7）上还设置支撑装置（3），所述压力传感器（2）和压差传感器（5）通过导线共同连接有AD转换器（10），所述AD转换器（10）通过导线电连接有MCU控制器（6），所述MCU控制器（6）通过无线连接的方式连接有云端服务器（8），所述云端服务器（8）通过无线连接的方式连接有用户终端（9）或者平台展示端（13）。
2.根据权利要求1所述的便携式多层面明渠泥沙自动测量装置，其特征在于，所述支撑装置（3）包括穿过所述固定板（7）呈竖直设置的支撑杆（3-1），所述支撑杆（3-1）位于所述固定板（7）下方的一端固定连接有水平的支撑板（3-2），所述支撑杆（3-1）位于固定板（7）上方的一端通过螺纹连接的方式连接有螺母（3-3）。
3.根据权利要求2所述的便携式多层面明渠泥沙自动测量装置，其特征在于，所述U型主测流板（1）两侧壁上的压力传感器（2）从明渠底部往上每隔10cm设置一个。
4.根据权利要求3所述的便携式多层面明渠泥沙自动测量装置，其特征在于，所述进水孔（12）内设置有过滤网（14）。
5.便携式多层面明渠泥沙自动测量方法，其特征在于，采用如权利要求4所述的便携式多层面明渠泥沙自动测量装置，具体过程为：
将U型主测流板（1）安放在渠道上并紧贴渠道边壁，支撑板（3-2）支撑在渠道两侧地面上，调整螺母（3-3）使得水平横杆部件（4）上的水平仪内的气泡居中，然后给整个装置接通电源，压力传感器（2）和压差传感器（5）检测的数据经过AD转换器（10）后传递给MCU控制器（6），MCU控制器（6）将测量所得数据传递给云端服务器（8），所述云端服务器（8）将数据传输给用户终端（9）用户查看或者平台展示端（13）进行测量数据的展示。
6.根据权利要求5所述的便携式多层面明渠泥沙自动测量方法，其特征在于，假设U型主测流板（1）内侧壁最低端中心位置的压力传感器（2）检测的压力值为F，U型主测流板（1）内侧壁两侧对称设置的两个压力传感器的检测值分别为Fn-1、Fn-2，当U型主测流板（1）内侧壁两侧对称设置的两个压力传感器距渠底10cm时，n=1，距渠底每增加10cm时，n加1，一个U型流道（11）两端的压差传感器（5）所测得压力值取平均得到压力值：f1-1，另一个U型流道（11）两端的压差传感器（5）所测得压力值平均得到压力值为：f1-2；
压力值F、Fn-1、Fn-2、f1-1、f1-2经过AD转换器（10）转换后得到对应水位值H0、Hn-1、Hn-2、h1-1、h1-2，其中H0为渠底到水面的垂直距离，Hn-1、Hn-2为对应测点距水面的垂直距离，h1-1、h1-2为过水断面水位值；
则不同层面单位面积含沙量按照如下公式计算：
渠底H0：
Hn0cm：
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为渠底单位面积含沙量，Hn0cm为距离渠底的距离为n0cm，
为距离渠底n0cm处的单位面积含沙量。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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