本发明专利技术提供了一种径流泥沙实时自动测量装置及测量方法，支架壳体内安装有计量秤，计量秤上安装有采样器，采样器的顶端与进样口分离，采样器的底端设置有排样口，采样器的外侧壁上还设置有标定采样器体积的溢流口；进样口上安装有进样阀门，进样阀门通过进样阀门控制电机驱动，排样口上安装有排样阀门，排样阀门通过排样阀门控制电机驱动；进样口内安装有第一流体传感器，溢流口内安装有第二流体传感器；通过PLC控制器控制整个测量装置进行自启动、自休眠和自动化重复测量。本发明专利技术的测量装置可在野外径流小区和流域卡口站条件下实时自动连续测量径流量和泥沙含量，减少人工测量的劳动力耗费。本发明专利技术的测量装置和方法能够保证测量结果的精准性。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于水土流失观测领域，涉及径流量和泥沙含量测量，具体涉及一种径流 泥沙实时自动测量装置及测量方法。
技术介绍
水土流失是陆地水循环的重要环节，其不仅影响生态系统的水环境，而且关乎江 河安全、生态安全、水土资源保育与永续利用。中国科学院生态研究网络（CERN)、国家生态 观测研究网络、国家水文测量站网、科教机构的野外站点都将径流泥沙观测列为重要的观 测指标。水利部制定的全国水土保持信息化规划（2013~2020年）将"国家级水土保持测 量点升级"列为重点建设项目。拟"开展测量点数据采集智能化升级，在全国水土保持测量 网络建设的738个水土保持测量点中，选择30-50个水土保持测量点，配置自动化测量采集 设施设备，建成国家级水土保持测量网。"目前，只有流域把口站的径流量实现了自动观测，而径流场的径流量、泥沙含量和 把口站的泥沙含量观测国内外还没有实用的实时自动观测装置。而人工观测的人为影响 大，且有人身安全隐患。 建立信息化环境下的径流泥沙实时自动观测、传输、管理和共享，获得记录水土流 失发生、发展的过程数据，不仅是生态过程科学研究、水土保持科技发展的需要，也是运用 现代先进技术升级改造水土流失测量方法，提升径流泥沙数据获取科技水平的需要。
技术实现思路
针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于，提供一种径流泥沙实时自动测量 装置及测量方法，解决野外环境下，径流泥沙测量过程中尚未实现实时自动精准测量的问 题。 为了解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案予以实现： -种径流泥沙实时自动测量装置，包括支架壳体，支架壳体的顶面上固定安装有 进样口，支架壳体内安装有计量秤，计量秤上安装有采样器，采样器的顶端与进样口分离， 使得计量秤不计量进样口的重量，采样器的底端设置有排样口，采样器的外侧壁上还设置 有标定采样器体积的溢流口； 进样口上安装有进样阀门，进样阀门通过进样阀门控制电机驱动，排样口上安装 有排样阀门，排样阀门通过排样阀门控制电机驱动； 进样口内安装有第一流体传感器，溢流口内安装有第二流体传感器； 计量秤、第一流体传感器和第二流体传感器分别与PLC控制器的输入端相连，PLC 控制器的输出端与进样阀门控制电机和排样阀门控制电机相连，实现径流量和泥沙含量的 实时自动测量。 本专利技术还具有如下区别技术特征： 所述的进样阀门上部的进样口上还设置有泄流口。 所述的进样阀门和排样阀门均为蝶阀。 所述的计量秤中采用压力传感器。 所述的采样器的顶端开口内径和底端开口内径小于采样器的中部内径，溢流口设 置在采样器的顶端开口的外侧壁上。 所述的采样器的内壁上涂有一层疏水层。 一种采用如上测量装置的测量方法，该方法具体包括以下步骤： 步骤一，将测量装置安装在径流小区或流域卡口站的径流出口处，测量装置安装 定位后，调整计量秤的零点； 步骤二，测量装置初始处于待机休眠状态，进样阀门和排样阀门均打开，第一流体 传感器实时检测是否有径流； 步骤三，当第一流体传感器检测到有径流时，测量装置加电； 步骤四，利用径流清洗采样器，时间为10s，关闭进样阀门，采样器空淋30s，关闭 排样阀门，测量装置静置稳定60s，计量秤称量采样器、排水阀门、排水阀门驱动电机、溢流 口中粘附的泥沙残重，数据输入PLC控制器中； 步骤五，打开进样阀门，将径流引入采样器中，第二流体传感器检测溢流口是否有 溢流，从采样器开始采样的时刻起计算，当溢流口持续30min后还没有溢流，测量装置恢复 初始状态，按照步骤二进行； 步骤六，当第二流体传感器在30min内检测到溢流时，关闭进样阀门，测量装置稳 定60s，计量称称重，数据输入PLC控制器中，计算径流量和泥沙含量； 步骤七，称重完成后，打开进样阀门和排样阀门，排出采样器中的径流液样品，重 复步骤四至步骤七，循环采样测量，实现径流量和泥沙含量的实时自动测量。 本专利技术与现有技术相比，具有如下技术效果： 本专利技术的测量装置可在野外环境下实时自动测量，减少人工测量的劳动力耗费， 并且能够对径流中的泥沙含量进行长期监测。本专利技术的测量装置主要用于提升野外径流小 区和流域卡口站径流泥沙测量的自动化水平，增强样品实时在线分析处理的准确度，降低 劳动强度。测量原理和技术方法是通过将测量装置安放在径流小区或流域卡口站的汇流口 处，通过全自动感应收集径流样品，设定测量装置的工作参数，通过定体积称重法测量出 样品采集器内样品的重量，通过测量软件求解径流样品中水和泥沙的分量，进而计算径流 量和泥沙含量，并将数据进行储存和远程传送。 本专利技术的测量装置和方法能够保证测量结果的精准性，相对误差波动范围 0. 6-14. 0%，均值为4. 2%，低含沙量（2-10kg/m3)相对误差为7. 0%;中含沙量（20-90kg/ 1113)相对误差为3.1%;高含沙量（100-3001^/111 3)相对误差为2.99%。测量值和理论值相 关系数高达99. 7%，相对误差>10%仅占3. 7%。【附图说明】 图1是测量装置的整体结构示意图。 图2是测量装置的正视结构示意图。 图3是测量装置的侧视结构示意图。图4是测量装置的俯视结构示意图。 图5是测量装置的控制部分的连接关系示意图。 图6是测量方法的流程图。 图7是标样值（理论值）与实测值关系图。 图8是测量误差分布图。 图中各个标号的含义为：1-支架壳体，2-进样口，3-计量称，4-采样器，5-排样 口，6-溢流口，7-进样阀门，8-进样阀门控制电机，9-排样阀门，10-排样阀门控制电机， 11-第一流体传感器，12-第二流体传感器，13-PLC控制器，14-泄流口。 以下结合附图对本专利技术的具体内容作进一步详细解释说明。【具体实施方式】 研制目标：研发适用于径流小区和流域卡口站2个场景的径流泥沙实时自动观测 装置，实现径流泥沙实时自动采集、测量和传输。具体目标为： (1)提出径流泥沙自动测量新的原理和技术方法，即通过测量定体积泥沙样品的 重量，求解泥沙样品中水和泥沙的分量，进而计算径流量和泥沙含量。 (2)遴选准确度和精确度能满足测量要求的压力传感器、电导传感器等；遴选泥 沙粘附性小的材料，设计并制作泥沙粘附性小的采样器；设计自动观测流程中每个部件动 作的时间点、时间长度和状态。 (3)建立径流泥沙自动测量技术规范。 技术难点：一是径流携带泥沙流动会发生泥沙沉降现象和粘附现象；二是泥沙颗 粒大小和形状差异大，对声、光、波等物理干涉的反应复杂，新技术运用受到限制；三是降雨 环境下，人工观测难度大。籍此，突出研究以下内容。 (1)观测技术与方法。依据定体积容器中，水的体积与泥沙的体积之和等于容器内 径流样品的总体积；水的重量与泥沙的重量之和等于容器内径流样品的总重量的原理，建 立径流泥沙的体积-重量实时自动观测技术与方法。 (2)测量的准确度和精确度控制。采样器定体积的标定和样品重量的秤量需要达 到千分之五以上的准确度。这对于粘附性很强的泥沙样品的测量而言，无疑是十分困难的。 所以，体积标定的方法及其传感器和称重传感器的遴选或研制，采集器材质的遴选、形状设 计、进样和排样部件及其设计就成为关键的研究内容。通过研制高精度的样品采集器、测量 过程控制器、数据采集与传输模块达到本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种径流泥沙实时自动测量装置，包括支架壳体(1)，支架壳体(1)的顶面上固定安装有进样口(2)，其特征在于：支架壳体(1)内安装有计量秤(3)，计量秤(3)上安装有采样器(4)，采样器(4)的顶端与进样口(2)分离，使得计量秤(3)不计量进样口(2)的重量，采样器(4)的底端设置有排样口(5)，采样器(4)的外侧壁上还设置有标定采样器(4)体积的溢流口(6)；进样口(2)上安装有进样阀门(7)，进样阀门(7)通过进样阀门控制电机(8)驱动，排样口(5)上安装有排样阀门(9)，排样阀门(9)通过排样阀门控制电机(10)驱动；进样口(2)内安装有第一流体传感器(11)，溢流口(6)内安装有第二流体传感器(12)；计量秤(3)、第一流体传感器(11)和第二流体传感器(12)分别与PLC控制器(13)的输入端相连，PLC控制器(13)的输出端与进样阀门控制电机(8)和排样阀门控制电机(10)相连，实现径流量和泥沙含量的实时自动测量。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：郭明航，赵向辉，赵军，展小云，
申请(专利权)人：西北农林科技大学，西安方拓工贸有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61
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