一种坡面流水深测量方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种坡面流水深测量的方法及装置，属于土壤侵蚀技术领域，坡面流水深测量的装置包括装置主体部分和水深测量触发电路；装置主体部分包括固定支架(a)、床底触脚(b)、定尺(c)、动尺(d)、角度调节装置(e)、容栅传感器电路模块(f)、测量探针(g)以及测量探针上的球形探头(m)；水深测量触发电路包括电源(h)、led灯(i)、蜂鸣器(j)和水深记录仪(k)；本发明专利技术可以精确测量坡面流水深数据，同时可根据不同实验需求选择床底触脚类型，可用于室内和野外坡面流测量。本发明专利技术的装置同时具有结构简单、价格低廉、工作可靠、精度高、方便实用的特点。

A method and device for measuring flow depth on slope

【技术实现步骤摘要】
一种坡面流水深测量方法及装置
本专利技术涉及一种坡面流水深测量的方法及装置，属于土壤侵蚀

技术介绍
水深是坡面流水动力学重要参数之一，是计算坡面流流速、水流剪切力、水流功率的基础参数。在野外条件下，由于坡面流水深受下垫面状况、植被覆盖、降雨及其扰动的影响十分强烈，因此坡面流水深在野外条件极难直接测定。在实验室条件下，坡面流流量、坡度、下垫面糙率及输沙率等因素均可控制，坡面流水深的测量较之野外容易实现。坡面流水深的测量方法分为直接测量和间接测量两类。直接测量采用直尺，游标卡尺等对水深直接进行测量。由于坡面流水深很小，一般在毫米级别，同时多点测量耗时较长，影响试验进度。另一方面，人工测量缺乏测针接触水面的判别标准，测量误差较大。间接的测量方法是通过测量流速来反推坡面流水深。常用的水流流速测定方法包括染色法、盐溶液法、热膜流速仪、超声波测量法等。染色法是目前比较常用的坡面流流速测量方法，当水流含沙量较高、水流颜色发生变化时，试剂颜色不易观察，容易产生测量误差；另一方面，染色法直接测量的坡面流表层的流速，需要矫正为平均流速，但矫正系数随水流工况的变化而变化且很难获得。盐溶液法受测流区长度和盐浓度分布函数的影响。热膜流速仪无法测量含沙水流的流速。超声波测量法需要在水槽中提前布置探头，测量成本和难度较高，不适于野外坡面流测量。综上所述，由于流速很难准确测量，通过流量除以流速间接计算水深也存在较大误差。容栅传感器具有工作可靠、功耗低、体积小、重量轻、频响速度快、安装方便、寿命长等优点，非常适宜在野外及恶劣的条件下工作。在民用和军用方面应用越来越广泛。目前市场上应用的容栅传感器的测量精度可达0.01mm，完全可以满足水深测量的精度的要求。综上所述，目前坡面流水深的直接测量方法，主要缺少的是判断探针接触到水面的标准，测量精度受研究员测量经验和随机误差的影响较大，且传统的游标卡尺读数耗时久，影响试验进度。而间接的测量方法的适用环境有限，测量精度受到水流工况的影响。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种极大地提高坡面流水深测量精度，同时极大地减小由于人员操作的带来的随机误差，能够完成不同水力工况下的坡面流水深测量的坡面流水深测量的方法及装置。为了实现上述目的，本专利技术提供了如下技术方案：一种坡面流水深测量的装置，其包括装置主体部分和水深测量触发电路；所述装置主体部分包括固定支架a、床底触脚b、定尺c、动尺d、角度调节装置e、容栅传感器电路模块f、测量探针g以及测量探针上的球形探头m；固定支架a包括顶板以及与所述顶板连接并位于所述顶板下部的多个支腿；所述顶板底部固定有角度调节装置e；角度调节装置e的下部固定有定尺c；动尺d的内端可滑动地布置于定尺c上，动尺d上固定有容栅传感器电路模块f；测量探针g位于动尺d的下方，测量探针g的底端设有球形探头m，测量探针g的顶端与动尺d的外端连接；床底触脚b的顶端与定尺c的下端固接，并与定尺c同轴；动尺d移至最低点时，床底触脚b和球形探头m的最下端平行；定尺c、动尺d和容栅传感器电路模块f共同组成容栅传感器，容栅传感器电路模块f包括容栅传感器电路；所述水深测量触发电路包括电源h、led灯i、蜂鸣器j和水深记录仪k；在水深测量触发电路中，第一电路接入点Ⅰ固定于球形测量探针g的球形探头m上，与电源h的阳极连接；第二电路接入点Ⅱ通过床底触脚b接入坡面流水流中，第二电路接入点Ⅱ与电源h的阴极之间并联有led灯i、蜂鸣器j和水深记录仪k，形成电源h—水深记录仪k、蜂鸣器j、led灯i—床底触脚b—水流—测量探针g—电源的回路；第三电路接入点Ⅲ与容栅传感器电路模块f电连接，用于记录回路导通时的水深数据。所述多个支腿对称布置。所述支腿为四个。床底触脚b的底面为平板。床底触脚b为边长为20cm×20cm的平板。床底触脚b为圆柱体或具有矩形横截面的立柱。床底触脚b为直径或者边长为3-5mm的圆柱体或者立柱。一种利用所述的装置的坡面流水深测量的方法，所述方法包括如下步骤：1、根据不同的坡面形状和测量需求，选择合适的床底触脚类型；2、将动尺d移至最低点，使测量探针g的球形探头m最下端与床底触脚b的底面重合，调零；3、通过角度调节装置e使定尺c垂直于坡面，同时调节固定支架a，使得床底触脚b与坡面接触；固定角度调节装置e与固定支架a，使测量仪稳定；4、将动尺d拉至测量探针g的球形探头m位于水面上方的第一距离处；打开水深测量触发电路的开关，慢慢向下推动动尺d，使测量探针g的球形探头m接触水面，当触发器发出信号时，停止移动动尺d，水深记录仪k自动记录此时水深数据，本次测量结束；5、将动尺d拉起，按第4步方法多次重复测量；多次测量后取平均值得到坡面流水深，测量次数根据测量条件选取。步骤4中，所述第一距离为1-2cm。步骤5中，重复测量次数为3-5次。与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：针对土壤侵蚀研究中，对坡面流水深测量的需求，以及目前坡面流水深没有较为适用测量方法的现状。本专利技术利用容栅传感器测距，设计了一种用于判断探针与坡面流水面接触的方法，利用水流的导电性，当测量探针接触坡面流水面的瞬时，触发声光提示装置，同时记录容栅传感器测量的水深数据。同时设计了多种坡面流床底探头，以满足不同下垫面情况下的水深测量需求。通过角度调节装置，使得探针在不同坡面角度下都能够垂直坡面，保障测量的位置精度。由于电流的传导速度极快，测量探针接触水面触发水深记录的时间远小于人为判断的时间。本专利技术的方法将极大地提高坡面流水深测量精度。另一方面，测量探针接触水面的触发事件可认为是唯一状态，不受人为操作的影响，这将极大地减小由于人员操作的带来的随机误差。该装置采用容栅传感器测量测量探针相对床面的位置，通过测量探针接触坡面水流触发声光提示装置，同时记录水深。该方法可以完成不同水力工况下的坡面流水深测量。本专利技术可以精确测量坡面流水深数据，同时可根据不同实验需求选择床底触脚类型，可用于室内和野外坡面流测量。本专利技术的装置同时具有结构简单、价格低廉、工作可靠、精度高、方便实用的特点。附图说明图1为本专利技术的坡面流水深测量的装置的示意图；图2为本专利技术的坡面流水深测量的装置的水深测量触发电路的电路图；图3为本专利技术的坡面流水深测量的装置的板式探头示意图；图4为本专利技术的坡面流水深测量的装置的针式探头示意图；图5为本专利技术的坡面流水深测量的装置的工作布置图。附图标记：a、固定支架b、床底触脚c、定尺d、动尺e、角度调节装置f、容栅传感器电路模块g、测量探针h、电源i、led灯j、蜂鸣器k、水深记录仪m、球形探头A、斜坡B、待测水流具体实施方式下面结合附图和本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种坡面流水深测量的装置，其特征在于：其包括装置主体部分和水深测量触发电路；/n所述装置主体部分包括固定支架(a)、床底触脚(b)、定尺(c)、动尺(d)、角度调节装置(e)、容栅传感器电路模块(f)、测量探针(g)以及测量探针上的球形探头(m)；/n固定支架(a)包括顶板以及与所述顶板连接并位于所述顶板下部的多个支腿；/n所述顶板底部固定有角度调节装置(e)；/n角度调节装置(e)的下部固定有定尺(c)；动尺(d)的内端可滑动地布置于定尺(c)上，动尺(d)上固定有容栅传感器电路模块(f)；测量探针(g)位于动尺(d)的下方，测量探针(g)的底端设有球形探头(m)，测量探针(g)的顶端与动尺(d)的外端连接；/n床底触脚(b)的顶端与定尺(c)的下端固接，并与定尺(c)同轴；动尺(d)移至最低点时，床底触脚(b)和球形探头(m)的最下端平行；定尺(c)、动尺(d)和容栅传感器电路模块(f)共同组成容栅传感器，容栅传感器电路模块(f)包括容栅传感器电路；/n所述水深测量触发电路包括电源(h)、led灯(i)、蜂鸣器(j)和水深记录仪(k)；/n在水深测量触发电路中，第一电路接入点(Ⅰ)固定于球形测量探针(g)的球形探头(m)上，与电源(h)的阳极连接；第二电路接入点(Ⅱ)通过床底触脚(b)接入坡面流水流中，第二电路接入点(Ⅱ)与电源(h)的阴极之间并联有led灯(i)、蜂鸣器(j)和水深记录仪(k)，形成电源(h)—水深记录仪(k)、蜂鸣器(j)、led灯(i)—床底触脚(b)—水流—测量探针(g)—电源的回路；第三电路接入点(Ⅲ)与容栅传感器电路模块(f)电连接，用于记录回路导通时的水深数据。/n...

【技术特征摘要】
1.一种坡面流水深测量的装置，其特征在于：其包括装置主体部分和水深测量触发电路；
所述装置主体部分包括固定支架(a)、床底触脚(b)、定尺(c)、动尺(d)、角度调节装置(e)、容栅传感器电路模块(f)、测量探针(g)以及测量探针上的球形探头(m)；
固定支架(a)包括顶板以及与所述顶板连接并位于所述顶板下部的多个支腿；
所述顶板底部固定有角度调节装置(e)；
角度调节装置(e)的下部固定有定尺(c)；动尺(d)的内端可滑动地布置于定尺(c)上，动尺(d)上固定有容栅传感器电路模块(f)；测量探针(g)位于动尺(d)的下方，测量探针(g)的底端设有球形探头(m)，测量探针(g)的顶端与动尺(d)的外端连接；
床底触脚(b)的顶端与定尺(c)的下端固接，并与定尺(c)同轴；动尺(d)移至最低点时，床底触脚(b)和球形探头(m)的最下端平行；定尺(c)、动尺(d)和容栅传感器电路模块(f)共同组成容栅传感器，容栅传感器电路模块(f)包括容栅传感器电路；
所述水深测量触发电路包括电源(h)、led灯(i)、蜂鸣器(j)和水深记录仪(k)；
在水深测量触发电路中，第一电路接入点(Ⅰ)固定于球形测量探针(g)的球形探头(m)上，与电源(h)的阳极连接；第二电路接入点(Ⅱ)通过床底触脚(b)接入坡面流水流中，第二电路接入点(Ⅱ)与电源(h)的阴极之间并联有led灯(i)、蜂鸣器(j)和水深记录仪(k)，形成电源(h)—水深记录仪(k)、蜂鸣器(j)、led灯(i)—床底触脚(b)—水流—测量探针(g)—电源的回路；第三电路接入点(Ⅲ)与容栅传感器电路模块(f)电连接，用于记录回路导通时的水深数据。


2.如权利要求1所述的坡面流水深测量的装置，其特征在于：所述多个支腿对称布置。


3.如权利要求1所述的坡面流水深测量的装置...

【专利技术属性】
技术研发人员：王伟，冀鸿翼，雷廷武，
申请(专利权)人：中国农业大学，
类型：发明
国别省市：北京;11