專利名稱：一種雨滴打擊力測(cè)試儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電子測(cè)試儀器，尤其和測(cè)試雨滴打擊地表的能量、表征"降雨侵蝕
力"有關(guān)。
背景技術(shù)：
降雨侵蝕力(Rainfall Erosivity)是用來(lái)表征降雨對(duì)土壤侵蝕貢獻(xiàn)的指標(biāo)，它指 由降雨引起土壤侵蝕的潛在能力，用R表示，國(guó)際單位為J mm m—2h。降雨過(guò)程中，雨滴打擊 地表、匯流沖刷表土，破壞地表形態(tài)和土壤結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致土壤顆粒和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)隨雨水沖離。降 雨是造成水土流失的直接作用力。降雨侵蝕力是通用土壤流失方程USLE、修正通用土壤流 失方程RUSLE以及土壤侵蝕與生產(chǎn)力模型EPIC中一個(gè)重要的侵蝕動(dòng)力評(píng)價(jià)因子，準(zhǔn)確評(píng)價(jià) 和計(jì)算降雨侵蝕力值是預(yù)報(bào)土壤流失和進(jìn)行水土保持規(guī)劃的重要環(huán)節(jié)和先決條件。
降雨過(guò)程十分復(fù)雜，降雨侵蝕力的度量一般用數(shù)學(xué)計(jì)算的方法，如標(biāo)準(zhǔn)法和模型 法等。 標(biāo)準(zhǔn)法即Wischmeier的EI3。法，又稱經(jīng)典法，計(jì)算公式為 R = EI3。 (1) 式中，E = E e *P， e = 11. 897+8. 731ogi ;i為一段雨強(qiáng)較為平均的降雨時(shí)段的
雨強(qiáng)大小(mm h—0 ;e表示該時(shí)段內(nèi)單位雨量的降雨動(dòng)能(J m—2mm) ;P表示該時(shí)段的降雨量
(mm) ;E表示降雨動(dòng)能(J m—2) ;I3。代表一次降雨過(guò)程的最大30min降雨強(qiáng)度(mm h—0 。 從降雨侵蝕力概念提出至今，R值的獲取均通過(guò)算法模型的間接計(jì)算得到，其不足
之處是計(jì)算過(guò)程往往需要多年的自計(jì)降雨觀測(cè)資料，對(duì)降雨數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)量和精度要求很
高，數(shù)據(jù)整理過(guò)程也是耗時(shí)費(fèi)力，如果使用較為粗略的估算模型，結(jié)果的有效性則得不到保證。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種雨滴打擊力測(cè)試儀，在降雨時(shí)實(shí)時(shí)觀測(cè)雨滴的打擊力， 以此來(lái)直接標(biāo)定和表征降雨侵蝕力所包含的物理意義，達(dá)到反映降雨引起土壤侵蝕的潛在 能力的效果。 本發(fā)明的目的是這樣達(dá)到的包括控制盒、電腦終端和特別設(shè)置的測(cè)量端，測(cè)量端 由承雨罩、支撐件、傳感器、底座和放大器組成；其中承雨罩設(shè)置在支撐件上，并依次安裝傳 感器、底座和放大器；放大器信號(hào)依次輸入到控制盒和電腦終端內(nèi)。 由上述可知，本發(fā)明分為三個(gè)組成部分，測(cè)量端(室外部分)+控制盒(室內(nèi)部 分)+電腦終端(室內(nèi)部分) 第一部分測(cè)量端，為本發(fā)明的核心部件，設(shè)置雨滴感應(yīng)敏感部件，放置于野外。
第二部分控制盒。提供面板控制按鈕和數(shù)字顯示功能，放置于室內(nèi)。主要部件 有接線板盒、顯示儀表、控制面板等。
第三部分電腦終端，提供數(shù)據(jù)顯示、存儲(chǔ)、分析的軟硬件平臺(tái)，并包括連接部分RS485、 RS232傳輸線、USB延長(zhǎng)線等。 測(cè)量時(shí)，雨滴打擊到承雨罩上，經(jīng)傳感器把雨滴打擊力變?yōu)殡娦盘?hào)，再由放大器放 大，傳輸?shù)娇刂坪泻碗娔X終端，由分析軟件分析運(yùn)算，顯示運(yùn)算結(jié)果，實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的。


圖1是本發(fā)明的組成示意圖
圖2是本發(fā)明測(cè)量端實(shí)施例原理圖
具體實(shí)施例方式
參見(jiàn)圖1，本發(fā)明由三個(gè)組成部分，測(cè)量端1、控制盒2、電腦終端3，測(cè)量時(shí)，雨滴打 擊到測(cè)量端1的承雨罩上，經(jīng)傳感器把雨滴打擊力變?yōu)殡娦盘?hào)，再由放大器放大，傳輸?shù)娇?制盒2和電腦終端3，由分析軟件分析運(yùn)算，顯示運(yùn)算結(jié)果。 參見(jiàn)圖2，測(cè)量端1由承雨罩10、支撐件11、傳感器20、底座31和放大器40組成。 傳感器20通過(guò)墊片21固定在底座31上，底座31通過(guò)微調(diào)螺絲30調(diào)節(jié)水平，底座31的水 平度由水平氣泡32測(cè)試。傳感器20包括敏感元件和結(jié)構(gòu)支架，敏感元件附著在結(jié)構(gòu)支架 上，構(gòu)成傳感器20。敏感元件將雨滴打擊力變?yōu)殡娦盘?hào)，經(jīng)放大器40放大后再輸出。
由以上幾個(gè)部分組成的雨滴打擊力測(cè)儀器系統(tǒng)，能夠短間隔的間斷測(cè)量自然降雨 在單位面積上某一瞬間所有雨滴落地時(shí)的沖擊力F (N)，采樣頻率為1-500次/s，整個(gè)降雨 過(guò)程具備完整的測(cè)量記錄，能夠方便有效的顯示、存儲(chǔ)、調(diào)用。 承雨罩10上表面面板直接感應(yīng)和接觸降雨，不緩沖雨滴、不消耗雨能，允許其表 面形成類似地表的薄層水流。面板采用PVC材料，大小可以為50cm*50cm*lcm。
承雨罩IO沿面板壁垂直下掛一定高度圍成一圈的邊，使整個(gè)結(jié)構(gòu)構(gòu)成一個(gè)防風(fēng) 罩型設(shè)計(jì)，阻止風(fēng)從下方鉆入，在面板下形成有上舉力的干擾風(fēng)場(chǎng)，影響觀測(cè)結(jié)果。防風(fēng)邊 每邊大小可以為7cm*50cm ;厚度3-5mm。防風(fēng)邊盡量使用表面光滑、質(zhì)地輕盈(粘性系數(shù) 小)的材質(zhì)優(yōu)質(zhì)PVC材料。 支撐件11下方安裝稱重傳感器采用量程0 5kg，懸臂梁式，獨(dú)立信號(hào)放大器；
電阻應(yīng)變式懸臂梁結(jié)構(gòu)稱重傳感器通常將金屬?gòu)椥泽w作為力轉(zhuǎn)換為應(yīng)變的元件。 彈性體(彈性元件)在外力作用下產(chǎn)生彈性變形，使粘貼在它表面的電阻應(yīng)變片也隨同產(chǎn) 生變形，電阻應(yīng)變片變形后，它的阻值將發(fā)生變化(增大或減小)，經(jīng)相應(yīng)的測(cè)量電路把這 一電阻變化轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，從而通過(guò)力、應(yīng)變、電阻變化、電壓信號(hào)變化這四個(gè)轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)， 完成將外力轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)的過(guò)程。 本發(fā)明實(shí)施例所采用傳感器的基本參數(shù)如下
型號(hào)NSTH-5 特征鋁合金材料抗腐蝕、懸臂梁式彈性體； 4-M6雙孔，螺紋安裝較為方便； 大小22mm*30mm*130mm 量程5kg 過(guò)載150% 供電24VDC
4
輸出4 20mA/0 5v (可選) 底座31 ，固定整套裝置，48cm*48cm，上表面安裝和放置放大器40 、墊片21 、與水平 氣泡32。底座31四角安裝可微調(diào)螺絲30支腳，以保證儀器工作時(shí)底座31為水平狀態(tài)。
由上述可知，本發(fā)明可在降雨過(guò)程中野外實(shí)時(shí)觀測(cè)得到一系列降雨過(guò)程中雨滴打 擊力的連續(xù)數(shù)據(jù)，通過(guò)分析降雨過(guò)程的結(jié)果數(shù)據(jù)，挖掘其與降雨雨量、雨型、降雨侵蝕力和 水土流失的關(guān)系，建立F-R的標(biāo)準(zhǔn)關(guān)系，達(dá)到表征和直接觀測(cè)R因子和直接評(píng)價(jià)水土流失潛 在危險(xiǎn)性的目的。 在同一區(qū)域降雨類型和特性相似性的原則下，利用本儀器長(zhǎng)期試驗(yàn)記錄的全降雨 過(guò)程的雨滴打擊力強(qiáng)度數(shù)據(jù)，結(jié)合目前自記雨量計(jì)的降雨過(guò)程雨量曲線，獲得該降雨條件 下每10min提取的降雨雨量(降雨強(qiáng)度)和打擊力條件下產(chǎn)生的降雨動(dòng)能，分析不同梯度 的10min降雨量(降雨強(qiáng)度)和降雨動(dòng)能的函數(shù)關(guān)系。 綜合分析重復(fù)和驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果，達(dá)到標(biāo)定二者函數(shù)關(guān)系，以上述函數(shù)對(duì)應(yīng)關(guān)系為 標(biāo)準(zhǔn)，建立從10min降雨量到實(shí)測(cè)的降雨動(dòng)能數(shù)據(jù)的直接關(guān)系，實(shí)踐證明，本發(fā)明可以將過(guò) 去計(jì)算降雨侵蝕力值的繁瑣步驟減少一半以上，大大提高了降雨侵蝕力值獲取的效率，若 需要計(jì)算更高精度需求的小范圍降雨侵蝕力計(jì)算，可以按照上述方法對(duì)函數(shù)進(jìn)行進(jìn)一步標(biāo) 定和修正。 本發(fā)明可以作為計(jì)算降雨侵蝕力指標(biāo)的創(chuàng)新途徑，它具有可靠的理論依據(jù)，豐富 了降雨侵蝕力指標(biāo)的物理學(xué)意義，同時(shí)具有高效、準(zhǔn)確、方便的現(xiàn)實(shí)功用。
權(quán)利要求
一種雨滴打擊力測(cè)試儀，包括控制盒(2)、電腦終端(3)，其特征是特別設(shè)置的測(cè)量端(1)，測(cè)量端(1)由承雨罩(10)、支撐件(11)、傳感器(20)、底座(31)和放大器(40)組成；其中承雨罩(10)設(shè)置在支撐件(11)上，并依次安裝傳感器(20)、底座(31)和放大器(40)；放大器(40)信號(hào)依次輸入到控制盒(2)和電腦終端(3)內(nèi)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的雨滴打擊力測(cè)試儀，其特征是在底座(31)上設(shè)置水平氣泡 (32)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的雨滴打擊力測(cè)試儀，其特征是底座(31)四角安裝可微 調(diào)螺絲(30)支腳。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的雨滴打擊力測(cè)試儀，其特征是承雨罩(10)的垂直沿的長(zhǎng)度 覆蓋到底座(31)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種雨滴打擊力測(cè)試儀，包括控制盒、電腦終端和測(cè)量端1，測(cè)量端1由承雨罩10、支撐件11、傳感器20、底座3和放大器40組成；放大器40信號(hào)依次輸入到控制盒和電腦終端內(nèi)。能把雨滴打擊力變?yōu)殡娦盘?hào)，再由放大器40放大，由電腦終端分析軟件分析運(yùn)算，并顯示運(yùn)算結(jié)果，直接標(biāo)定和表征降雨侵蝕力所包含的物理意義，達(dá)到反映降雨引起土壤侵蝕的潛在能力的目的。
文檔編號(hào)G01L1/22GK101769807SQ20091011481
公開(kāi)日2010年7月7日 申請(qǐng)日期2009年1月7日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月7日
發(fā)明者楊軒 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院南京土壤研究所