專利名稱：集沙裝置及其集沙方法
技術領域：
本發(fā)明涉及風力侵蝕監(jiān)測技術領域，尤其涉及一種集沙裝置及其集沙方法。
背景技術：
土壤風蝕是造成我國北方地區(qū)草地沙漠化，土壤質(zhì)量退化的重要因素之一，對我國北方地區(qū)的社會經(jīng)濟和生態(tài)環(huán)境帶來了顯著的負面影響。我國北方地區(qū)是世界上風蝕災害最為嚴重的區(qū)域，由于過度開墾放牧，氣候變化等因素，造成了半干旱地區(qū)草場和旱作農(nóng)田土壤質(zhì)量退化與沙化，尤其是農(nóng)牧交錯區(qū)沙漠化迅速發(fā)展，給當?shù)氐纳鐣?jīng)濟和生態(tài)環(huán)境帶去了災難性的危害。同時由于風蝕作用進入大氣的沙塵氣溶膠已經(jīng)成為整個北方地區(qū)重大氣候問題。據(jù)估計，我國每年的起沙量大約為0. SGt0大量的沙塵粒子不僅會直接污染城市環(huán)境，也可作云凝結核而影響云的形成和降水，還直接影響日照量，或通過輻射強迫效應影響區(qū)域氣候和全球氣候。集沙儀是測定風沙流中輸沙量和風沙流結構的儀器，能觀測輸沙率隨高度的變化，為準確認識和掌握風沙運動性質(zhì)提供依據(jù)，對指導風蝕防治及評價防治效果有著重要的作用?，F(xiàn)有的集沙儀主要有旋風分離式，多口方口式，翻斗式等幾種。其中，旋風分離式， 翻斗式等集沙儀通常用于單點(層)測量，不易做成縱向剖面多層測量的結構，不利于測量輸沙量和風沙流結構。多口方口式是最為常見的剖面輸沙量測量設備，其存在的問題是集沙量需要人工手動測量以及手動清空，實現(xiàn)不了連續(xù)測量的功能，同時無法準確獲得每個集沙口(也就是每層)的風速，而只能用平均風速處理，從而影響了輸沙量和風沙流結構的計算。因此，設計一種可以全自動測量縱向剖面分層(包括集沙量與風速等參數(shù))的多功能集沙儀對于風蝕防治的研究有著重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容
(一)要解決的技術問題本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種集沙裝置及其集沙方法，其能夠自動連續(xù)測量集沙裝置所收集到的沙子重量，可實現(xiàn)自動卸沙，并且可同時準確測得集沙口的風速。( 二 )技術方案為解決上述問題，本發(fā)明提供了一種集沙裝置，包括集沙口、沙箱、盛沙器、可開關底板、開關板控制電機、稱重器、復合傳感探頭和數(shù)據(jù)采集與控制器；所述集沙口與所述沙箱相連接，所述集沙口的底口與所述盛沙器相對；所述盛沙器位于所述沙箱內(nèi)，固定安裝于所述可開關底板上，且其底部安裝有所述稱重器；所述稱重器與所述數(shù)據(jù)采集與控制器連接，用于按預定時間間隔測量盛沙器內(nèi)沙子的重量；
所述復合傳感探頭安裝于所述集沙口的頂部并與所述數(shù)據(jù)采集與控制器連接，用于按所述時間間隔采集風速、空氣溫度和空氣濕度數(shù)據(jù)；所述數(shù)據(jù)采集與控制器安裝于所述沙箱上，用于采集所述稱重器以及所述復合傳感探頭的測量數(shù)據(jù)，并對所述稱重器、復合傳感探頭和開關板控制電機進行控制；所述可開關底板安裝于所述沙箱的底部，用于在所述開關板控制電機的控制下打開或關閉；所述開關板控制電機安裝于所述沙箱內(nèi)，與所述數(shù)據(jù)采集與控制器連接。其中，所述集沙口與水平面成傾角α，且α大于等于10°小于等于30°，以保證進入集沙口中的沙子滑落至所述沙箱內(nèi)的盛沙器中。其中，所述復合傳感探頭包括風速傳感器、空氣溫度傳感器和空氣濕度傳感器。其中，所述數(shù)據(jù)采集與控制器包括信號調(diào)理模塊、數(shù)據(jù)采集模塊和控制模塊；其中，所述信號調(diào)理模塊用于接收所述復合傳感探頭及稱重器的信號，對信號進行調(diào)理，并將信號調(diào)理后的數(shù)據(jù)發(fā)送至數(shù)據(jù)采集模塊；所述數(shù)據(jù)采集模塊用于保存信號調(diào)理模塊發(fā)送的復合傳感探頭及稱重器的數(shù)據(jù)， 并將該數(shù)據(jù)發(fā)送給控制模塊；所述控制模塊根據(jù)數(shù)據(jù)采集模塊發(fā)送的數(shù)據(jù)，對所述開關板控制電機進行控制。其中，所述數(shù)據(jù)采集與控制器還包括數(shù)據(jù)傳輸模塊，所述數(shù)據(jù)傳輸模塊與所述數(shù)據(jù)采集模塊和控制模塊分別連接。其中，所述裝置還包括上位機，所述上位機通過數(shù)據(jù)傳輸模塊對數(shù)據(jù)采集與控制器進行控制。其中，所述裝置還包括固定臂，用于固定集沙裝置。其中，所述集沙裝置為可拆卸式，通過固定臂掛接于支桿上，支桿固定安裝于底座上。一種利用前述的集沙裝置進行集沙的方法，包括以下步驟Sl 數(shù)據(jù)采集與控制器控制稱重器和復合傳感探頭按預定時間間隔測量盛沙器內(nèi)沙子的重量，同時采集風速、空氣溫度和空氣濕度數(shù)據(jù)；S2:數(shù)據(jù)采集與控制器根據(jù)所采集的稱重器和復合傳感探頭的測量數(shù)據(jù)對開關板控制電機進行控制，使可開關底板打開，可開關底板帶動盛沙器轉動，將沙子傾倒干凈；S3 數(shù)據(jù)采集與控制器控制開關板控制電機，使可開關底板關閉。其中，所述方法還包括通過上位機對數(shù)據(jù)采集與控制器進行控制。(三)有益效果本發(fā)明可自動連續(xù)采集集沙裝置所收集到的沙子重量，并當重量達到指定數(shù)值時可實現(xiàn)自動卸沙，實現(xiàn)野外無人自動監(jiān)測量功能；同時本發(fā)明可實現(xiàn)縱向部面多層多參數(shù)同時采集，克服了風速等參數(shù)不能與集沙儀所采集的數(shù)據(jù)一一對應的問題。


圖1為本發(fā)明實施例中所述的集沙裝置的結構示意圖；圖2為本發(fā)明實施例中所述的集沙裝置的控制電路原理圖3為本發(fā)明實施例中所述的集沙方法的流程圖；圖4為單個集沙裝置的安裝側視圖；圖5為多個集沙裝置安裝正視圖。其中，1 集沙口，2 沙箱，3 盛沙器，4 可開關底板，5 開關板控制電機，6 稱重器，7 復合傳感探頭，8 數(shù)據(jù)采集與控制器，9 固定臂，10 沙子，11 風速傳感器，12 空氣溫度傳感器，13 空氣濕度傳感器，14 信號調(diào)理模塊，15 數(shù)據(jù)采集模塊，16 控制模塊，17 數(shù)據(jù)傳輸模塊，18 上位機，19 支桿，20 底座，21 蓄電池，22 集沙裝置。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例，對本發(fā)明的具體實施方式
作進一步詳細描述。以下實施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。如圖1-2所示，本發(fā)明所述集沙裝置，包括集沙口 1、沙箱2、盛沙器3、可開關底板4、開關板控制電機5、稱重器6、復合傳感探頭7和數(shù)據(jù)采集與控制器8 ；所述集沙口 1與沙箱2相連接，集沙口 1的底口與盛沙器3相對；所述集沙口 1與水平面成傾角α，且α大于等于10°小于等于30°，例如α = 15°，以保證進入集沙口 1中的沙子滑落至沙箱2內(nèi)的盛沙器3中；所述盛沙器3位于沙箱2內(nèi)，固定安裝于可開關底板4上，且其底部安裝有稱重器 6 ；所述稱重器6與數(shù)據(jù)采集與控制器8連接，用于按預定時間間隔測量盛沙器3內(nèi)沙子10的重量；測量間隔由數(shù)據(jù)采集與控制器8控制；所述復合傳感探頭7安裝于集沙口 1的頂部并與數(shù)據(jù)采集與控制器8連接，用于按所述時間間隔采集風速、空氣溫度和空氣濕度數(shù)據(jù)；所述復合傳感探頭7包括風速傳感器11、空氣溫度傳感器12和空氣濕度傳感器13 ；采集間隔由數(shù)據(jù)采集與控制器8控制；所述數(shù)據(jù)采集與控制器8安裝于沙箱2上，數(shù)據(jù)采集與控制器8用于采集稱重器 6以及復合傳感探頭7的測量數(shù)據(jù)，并對稱重器6、復合傳感探頭7和開關板控制電機5進行控制；所述數(shù)據(jù)采集與控制器8包括信號調(diào)理模塊14、數(shù)據(jù)采集模塊15、控制模塊16 和數(shù)據(jù)傳輸模塊17 ；其中，所述信號調(diào)理模塊14用于接收復合傳感探頭7及稱重器6的信號、對信號進行調(diào)理，并將信號調(diào)理后的數(shù)據(jù)發(fā)送至數(shù)據(jù)采集模塊15 ；所述數(shù)據(jù)采集模塊15用于保存信號調(diào)理模塊14發(fā)送的復合傳感探頭7及稱重器 6的數(shù)據(jù)，并將該數(shù)據(jù)發(fā)送給控制模塊16 ；所述控制模塊16根據(jù)數(shù)據(jù)采集模塊15發(fā)送的數(shù)據(jù)，對開關板控制電機5進行控制。所述數(shù)據(jù)采集與控制器8還包括數(shù)據(jù)傳輸模塊17，數(shù)據(jù)傳輸模塊17與數(shù)據(jù)采集模塊 15和控制模塊16分別連接。所述裝置還包括上位機18，上位機18通過數(shù)據(jù)傳輸模塊17對數(shù)據(jù)采集與控制器 8進行控制。數(shù)據(jù)采集模塊15可將其保存的信號調(diào)理模塊14發(fā)送的復合傳感探頭7及稱重器6的數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)傳輸模塊17發(fā)送至上位機18，由上位機18控制開關板控制電機5 的動作。
上位機18與數(shù)據(jù)采集與控制器8的數(shù)據(jù)傳輸模塊17連接，所述的數(shù)據(jù)傳輸模塊 17包括兩個功能，第一個功能是將數(shù)據(jù)采集模塊15所采集到的數(shù)據(jù)傳輸給上位機18 ；第二個功能是將上位機的控制信息傳送給控制模塊16或數(shù)據(jù)采集模塊15。所述可開關底板4安裝于沙箱2的底部，可開關底板4用于在開關板控制電機5 控制下打開或關閉；開關板控制電機5正轉時，將可開關底板4打開，反轉時，將可開關底板 4關閉。所述開關板控制電機5安裝于沙箱2內(nèi)，與數(shù)據(jù)采集與控制器8連接。還包括固定臂9，用于固定集沙裝置。所述集沙裝置為可拆卸式，通過固定臂9掛接于支桿19上，支桿19固定安裝于底座20上。掛接的數(shù)量即可以是單個，也可以是多個集沙裝置在不同縱向部面的分層分布。如圖3所示，將圖1所示的單個集沙裝置通過固定臂9掛接于支桿19上，支桿19 固定安裝于底座20上。于底座20內(nèi)部放置蓄電池21用于供電，同時增加底座20的重量，保證整體結構的平衡。也可如圖4所示，將多個圖1所示的集沙裝置22左右交替有間隔地掛接于支桿19 上，間隔高度為集沙口 1的高度。如圖5所示，本發(fā)明所述的集沙方法，包括以下步驟Sl 數(shù)據(jù)采集與控制器8控制稱重器6和復合傳感探頭7按預定時間間隔，例如每 5分鐘測一次，測量盛沙器3內(nèi)沙子10的重量，同時采集風速、空氣溫度和空氣濕度數(shù)據(jù)；S2 數(shù)據(jù)采集與控制器8根據(jù)所采集的稱重器6和復合傳感探頭7的測量數(shù)據(jù)對開關板控制電機5進行控制，使可開關底板4打開，可開關底板4帶動盛沙器3轉動，將沙子10傾倒干凈；S3 數(shù)據(jù)采集與控制器8控制開關板控制電機5，使可開關底板4關閉。通過上位機18對數(shù)據(jù)采集與控制器8進行控制。以上實施方式僅用于說明本發(fā)明，而并非對本發(fā)明的限制，有關技術領域的普通技術人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，還可以做出各種變化和變型，因此所有等同的技術方案也屬于本發(fā)明的范疇，本發(fā)明的專利保護范圍應由權利要求限定。
權利要求
1.一種集沙裝置，其特征在于，包括集沙口(1)、沙箱O)、盛沙器(3)、可開關底板 G)、開關板控制電機(5)、稱重器(6)、復合傳感探頭(7)和數(shù)據(jù)采集與控制器⑶；所述集沙口⑴與所述沙箱⑵相連接，所述集沙口⑴的底口與所述盛沙器⑶相對；所述盛沙器(3)位于所述沙箱O)內(nèi)，固定安裝于所述可開關底板(4)上，且其底部安裝有所述稱重器(6)；所述稱重器(6)與所述數(shù)據(jù)采集與控制器(8)連接，用于按預定時間間隔測量所述盛沙器(3)內(nèi)沙子(10)的重量；所述復合傳感探頭(7)安裝于所述集沙口(1)的頂部并與所述數(shù)據(jù)采集與控制器(8) 連接，用于按所述時間間隔采集風速、空氣溫度和空氣濕度數(shù)據(jù)；所述數(shù)據(jù)采集與控制器(8)安裝于所述沙箱(2)上，用于采集所述稱重器(6)以及復合傳感探頭(7)的測量數(shù)據(jù)，并對所述稱重器(6)、復合傳感探頭(7)和開關板控制電機 (5)進行控制；所述可開關底板(4)安裝于所述沙箱O)的底部，用于在所述開關板控制電機(5)的控制下打開或關閉；所述開關板控制電機( 安裝于所述沙箱O)內(nèi)，與所述數(shù)據(jù)采集與控制器(8)連接。
2.如權利要求1所述的集沙裝置，其特征在于，所述集沙口(1)與水平面成傾角α，且 α大于等于10°小于等于30°，以保證進入所述集沙口(1)中的沙子滑落至所述沙箱(2) 內(nèi)的所述盛沙器(3)中。
3.如權利要求1所述的集沙裝置，其特征在于，所述復合傳感探頭(7)包括風速傳感器 (11)、空氣溫度傳感器(12)和空氣濕度傳感器(13)。
4.如權利要求1所述的集沙裝置，其特征在于，所述數(shù)據(jù)采集與控制器(8)包括信號調(diào)理模塊(14)、數(shù)據(jù)采集模塊(15)和控制模塊(16)；其中，所述信號調(diào)理模塊(14)用于接收所述復合傳感探頭(7)及稱重器(6)的信號，對信號進行調(diào)理，并將信號調(diào)理后的數(shù)據(jù)發(fā)送至所述數(shù)據(jù)采集模塊(15)；所述數(shù)據(jù)采集模塊(1 用于保存所述信號調(diào)理模塊(14)發(fā)送的復合傳感探頭(7)及稱重器(6)的數(shù)據(jù)，并將該數(shù)據(jù)發(fā)送給所述控制模塊(16)；所述控制模塊(16)根據(jù)所述數(shù)據(jù)采集模塊(1 發(fā)送的數(shù)據(jù)，對所述開關板控制電機 (5)進行控制。
5.如權利要求1所述的集沙裝置，其特征在于，所述數(shù)據(jù)采集與控制器(8)還包括數(shù)據(jù)傳輸模塊(17)，所述數(shù)據(jù)傳輸模塊(17)與所述數(shù)據(jù)采集模塊(1 和控制模塊(16)分別連接。
6.如權利要求5所述的集沙裝置，其特征在于，還包括上位機(18)，所述上位機(18) 通過所述數(shù)據(jù)傳輸模塊(17)對所述數(shù)據(jù)采集與控制器(8)進行控制。
7.如權利要求1所述的集沙裝置，其特征在于，還包括固定臂(9)，用于固定集沙裝置。
8.如權利要求7所述的集沙裝置，其特征在于，所述集沙裝置為可拆卸式，通過所述固定臂(9)掛接于支桿(19)上，所述支桿(19)固定安裝于底座00)上。
9.一種利用權利要求1-8中任一項所述的集沙裝置進行集沙的方法，其特征在于，包括以下步驟S1數(shù)據(jù)采集與控制器(8)控制稱重器(6)和復合傳感探頭(7)按預定時間間隔測量盛沙器(3)內(nèi)沙子(10)的重量，同時采集風速、空氣溫度和空氣濕度數(shù)據(jù)；S2數(shù)據(jù)采集與控制器(8)根據(jù)所采集的稱重器(6)和復合傳感探頭(7)的測量數(shù)據(jù)對開關板控制電機(5)進行控制，使可開關底板(4)打開，可開關底板(4)帶動盛沙器(3) 轉動，將沙子(10)傾倒干凈；S3數(shù)據(jù)采集與控制器(8)控制開關板控制電機(5)，使可開關底板(4)關閉。
10.如權利要求9所述的集沙方法，其特征在于，通過上位機(18)對數(shù)據(jù)采集與控制器 ⑶進行控制。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種集沙裝置及其集沙方法，涉及風力侵蝕監(jiān)測技術領域，所述裝置包括集沙口、沙箱、盛沙器、可開關底板、開關板控制電機、稱重器、復合傳感探頭和數(shù)據(jù)采集與控制器；所述的集沙口與所述沙箱相連接，集沙口的底口正對盛沙器的中心；所述的盛沙器位于沙箱內(nèi)，固定安裝于可開關底板上，且其底部安裝有稱重器；所述的稱重器與數(shù)據(jù)采集與控制器連接，所述的復合傳感探頭安裝于集沙口的頂部并與數(shù)據(jù)采集與控制器連接，數(shù)據(jù)采集與控制器安裝于沙箱上，所述的可開關底板安裝于沙箱的底部，所述的開關板控制電機安裝于沙箱內(nèi)與數(shù)據(jù)采集與控制器連接；本發(fā)明能自動連續(xù)測量沙子重量，可自動卸沙，并可同時準確測得集沙口的風速。
文檔編號G01D21/02GK102305644SQ20111021866
公開日2012年1月4日 申請日期2011年8月1日 優(yōu)先權日2011年8月1日
發(fā)明者林劍輝, 陳世超 申請人:北京林業(yè)大學