一种高浓度径流泥沙样品自动采集系统技术方案

本发明专利技术涉及一种高浓度径流泥沙样品自动采集系统，该系统的硬件部分包括径流泥沙样品采集盘、步进电机、重力传感器和电器柜；径流泥沙样品采集盘用于固定采样容器；步进电机用于驱动径流泥沙样品采集盘同步转动，使采样容器按照预先设置的时间间隔从当前容器位置转动至下一个容器位置，实现泥沙样品自动采集的目的；重力传感器用于检测采样容器中的泥沙样品的质量；电器柜内设置有交直流转换器、运动控制驱动器和供电系统，供电系统与交直流转换器电连接，交直流转换器为系统提供稳定的直流电源；运动控制驱动器用于精准控制和驱动步进电机的运动方向、速度、加速度和/或步长；软件部分基于LavVIEW平台控制步进电机的运动，用于调整样品采集频率。调整样品采集频率。调整样品采集频率。

【技术实现步骤摘要】
一种高浓度径流泥沙样品自动采集系统


[0001]本专利技术涉及自动采集
，具体涉及一种高浓度径流泥沙样品自动采集系统。

技术介绍

[0002]以下内容仅代表专利技术人自己掌握的
技术介绍
，并非社会公众能够随时获得的现有技术。
[0003]土壤侵蚀通常可以概括为径流搬运土壤或泥沙的行为，该现象将导致土地退化、河床和/或水库淤积、泥石流的发生。水样含沙量是土壤侵蚀、水土保持研究和监测等各种研究的重要定量参数。为动态土壤侵蚀过程、野外和实验室试验、模型标定和参数估计等提供基本数据。在坡面土壤侵蚀和水土流失治理研究中，径流和泥沙样品的监测和采集过程往往是重中之重，在水利水电工程建设、水文观测预报、工业取水等方面，也是一个十分重要的问题。为此，科研工作者在这方面做了大量的研究工作，提出了许多获取和测量方法。
[0004]目前土壤侵蚀领域广泛应用的径流监测方法主要有集水池、多孔分流法、翻斗法、量水堰等方法，但各个方法均有一定的优缺点，不能全面准确且精细化的监测径流量变化。泥沙量的监测是土壤侵蚀研究中最重要的基础数据来源，它可为土壤侵蚀动力过程的模拟与研究、土壤侵蚀预报模型的建立等提供基础资料，为监测和预报水土流失过程、及时准确地制定控制水土流失的决策提供科学依据。因此，需要基于坡面径流侵蚀系统开发更便捷的自动化泥沙样品采集和监测仪器。
[0005]现有技术中，在径流泥沙样品自动化采集方面采用的技术方案主要包括：
[0006]1)穿缝泥沙采样机(Tracering Slot Sampler)：属于一种半自动化式的机械测量装置，即在量水堰上安装一个可沿水流横断面左右滑动上下调整的导流槽。水流可以从导流槽出口按照一定的间隔流入采样瓶。一定数目的采样瓶顺序排列在量水堰侧部的传动装置上。在初始的状态下，传动装置设定了传动时间，也就确定了采样间隔。但是实际操作中，由于不能精确预知天然降雨历时，采样间隔的设置存在顾此失彼的困难，往往不能同时满足采样密度和过程监测完整性的要求。
[0007]2)Coshocton偏心轮取样器：是另外一种类型的径流分流装置，该取样器一般配套矩形堰和Drop
‑
Box堰使用，原理是通过水流冲击的力量使偏心轮转动。在轮盘表面沿半径方向设有槽口，一部分径流沿槽口流入轮盘下方的集流盘，从而收集通过槽口部分的径流。轮盘每转一圈，收集到的流量占总流量的比例为定值，一般的分流比例小于1％。理论上，分流的比例与轮盘的转数无关，只与槽口的宽度有关。实际上，水流喷射的方向、大小和堰流的通路条件等对轮盘的工作都有一定的影响，特别是在流量较小的情况下，影响比较明显。由此，有的研究者对其做过改进，即为Coshocton偏心轮取样器安装马达，从而保证轮盘转动条件一致，但这样明显会增加成本。
[0008]以上常用的泥沙采集装置通常只针对浓度较低的径流泥沙样品进行采集，高浓度泥沙含量可能会堵塞样品采集瓶入口，从而导致获取的泥沙样品浓度不准确。

技术实现思路

[0009]本专利技术旨在提供一种高浓度径流泥沙样品自动采集系统，所要解决的技术问题是如何自动化采集高浓度径流泥沙样品。
[0010]本专利技术的目的是解决现有技术的不足，提供一种高浓度径流泥沙样品自动采集系统，包括硬件部分和软件部分，其中所述的硬件部分包括径流泥沙样品采集盘40、步进电机4、重力传感器12和电器柜；所述的径流泥沙样品采集盘40用于固定采样容器；所述的步进电机4用于驱动所述的径流泥沙样品采集盘40同步转动，使所述的径流泥沙样品采集盘40上的采样容器按照预先设置的时间间隔从当前容器位置转动至下一个容器位置，实现泥沙样品自动采集的目的；所述的重力传感器12用于检测所述的采样容器中的泥沙样品的质量；所述的电器柜包括电器柜设备外壳6，所述的电器柜设备外壳6内设置有交直流转换器1、运动控制驱动器3和供电系统9，所述的供电系统9与所述的交直流转换器电连接，所述的交直流转换器为所述的高浓度径流泥沙样品自动采集系统提供稳定的直流电源；所述的运动控制驱动器3用于精准控制和驱动所述步进电机的运动方向、速度、加速度和/或步长；所述的软件部分基于LavVIEW平台控制所述步进电机的运动，用于调整样品采集频率。
[0011]优选地，所述的软件部分基于LabVIEW平台开发，基于LabVIEW平台的机器视觉技术控制步进电机的运转，从而实现所述的径流泥沙样品采集盘的定位转动。
[0012]优选地，所述的软件部分通过调用LabVIEW功能模块中的循环事件结构与时间控制动态调用模块(VI)，实现所述的高浓度径流泥沙样品自动采集系统的运行时间间隔、运动步长、运动速率、以及误差微调的功能。
[0013]优选地，所述的径流泥沙样品采集盘40包括上层盘41和下层盘42，所述的上层盘41和下层盘4之间通过钢制矩形柱体连接；所述的上层盘起到固定作用，所述的下层盘主要起支撑作用。
[0014]优选地，所述的上层盘41上设置有10个圆孔(不限于10个)，能够放置10个采样容器。
[0015]优选地，所述的径流泥沙样品采集盘40与所述的步进电机4之间通过联轴器连接。
[0016]优选地，所述的电器柜设备外壳6内还设置有串口服务器2，所述的软件部分采用NI
‑
VISA虚拟串口与所述的串口服务器2连接，并与所述的运动控制驱动器进行通讯。
[0017]优选地，所述的电器柜设备外壳6内还设置有5G传输终端7，用于实现数据实时发布、数据库远程连接访问和所述的高浓度径流泥沙样品自动采集系统的远程控制。所述的电器柜设备外壳6内还设置有声音传感器10，用于接收泥沙水样注入上层盘41上圆孔内采样容器声波变化，显示声音的振动变化图像，确定水样体积V。
[0018]优选地，所述的高浓度径流泥沙样品自动采集系统的采集口301内设置有高压水枪，用于防止泥沙淤积在采集口301。
[0019]优选地，所述的重力传感器能够自动获取所述的采样容器中的泥沙样品的质量，从而计算得到径流泥沙样品的浓度；
[0020]当获得泥沙样品质量m后，泥沙样品总质量m表达为：
[0021]m＝ρ
s
V
s
+ρ
w
V
w
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0022]其中，ρ
s
、ρ
w
分别为泥沙和水的密度，单位为g/cm3，V
s
为泥沙体积，单位为cm3，V
w
为水的体积，单位为cm3，泥沙样品总质量m的单位为g；
[0023]由于泥沙样品体积V(cm3)能够由采样容器直接读取，公式(1)能够改写为：
[0024]m＝ρ
s
V
s
+ρ
w
(V
‑
V
s
)
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0025]从而得到泥沙体积V
s
为：
[0026][本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高浓度径流泥沙样品自动采集系统，其特征在于，所述的高浓度径流泥沙样品自动采集系统包括硬件部分和软件部分，其中所述的硬件部分包括径流泥沙样品采集盘、步进电机、重力传感器和电器柜；所述的径流泥沙样品采集盘用于固定采样容器；所述的步进电机用于驱动所述的径流泥沙样品采集盘同步转动，使所述的径流泥沙样品采集盘上的采样容器按照预先设置的时间间隔从当前容器位置转动至下一个容器位置，实现泥沙样品自动采集的目的；所述的重力传感器用于检测所述的采样容器中的泥沙样品的质量；所述的电器柜包括电器柜设备外壳，所述的电器柜设备外壳内设置有交直流转换器、运动控制驱动器和供电系统，所述的供电系统与所述的交直流转换器电连接，所述的交直流转换器为所述的高浓度径流泥沙样品自动采集系统提供稳定的直流电源；所述的运动控制驱动器用于精准控制和驱动所述步进电机的运动方向、速度、加速度和/或步长；所述的软件部分基于LavVIEW平台控制所述步进电机的运动，用于调整样品采集频率。2.根据权利要求1所述的高浓度径流泥沙样品自动采集系统，其特征在于，所述的软件部分基于LabVIEW平台开发，基于LabVIEW平台的机器视觉技术控制步进电机的运转，从而实现所述的径流泥沙样品采集盘的定位转动。3.根据权利要求1所述的高浓度径流泥沙样品自动采集系统，其特征在于，所述的软件部分通过调用LabVIEW功能模块中的循环事件结构与时间控制动态调用模块，实现所述的高浓度径流泥沙样品自动采集系统的运行时间间隔、运动步长、运动速率、以及误差微调的功能。4.根据权利要求1所述的高浓度径流泥沙样品自动采集系统，其特征在于，所述的径流泥沙样品采集盘包括上层盘和下层盘，所述的上层盘和下层盘之间通过钢制矩形柱体连接；所述的上层盘起到固定作用，所述的下层盘主要起支撑作用。5.根据权利要求4所述的高浓度径流泥沙样品自动采集系统，其特征在于，所述的上层盘上设置有多个圆孔，能够放置多个采样容器。6.根据权利要求1所述的高浓度径流泥沙样品自动采集系统，其特征在于，所述的径流泥沙样品采集盘与所述的步进电机之间通过联轴器连接。7.根据权利要求1所述的高浓度径流泥...

【专利技术属性】
技术研发人员：班云云，徐锡蒙，戚友存，汤秋鸿，
申请(专利权)人：中国科学院地理科学与资源研究所，
类型：发明
国别省市：