河水中泥沙含量自動測量及數(shù)據(jù)記錄裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種河水中泥沙含量自動測量及數(shù)據(jù)記錄裝置，主要包括等臂杠桿、標(biāo)準(zhǔn)樣容器、盛樣容器、稱重儀、主控制器和無線數(shù)據(jù)接收器。該裝置通過主控制器按照測量要求控制水泵在設(shè)定條件下向盛樣容器中抽入與標(biāo)準(zhǔn)樣容器等體積的含泥沙河水水樣，并通過稱重儀測量同體積下泥水與不含泥沙標(biāo)準(zhǔn)樣的質(zhì)量差，再回傳給主控制器并由天線發(fā)出無線訊號將稱量數(shù)據(jù)傳給無線數(shù)據(jù)接收器，無線數(shù)據(jù)接收器接收后向PC上位機傳送結(jié)果由后者根據(jù)現(xiàn)場標(biāo)定數(shù)據(jù)處理計算出河水中泥沙含量。本實用新型采用等臂杠桿裝置，抵消了濾除泥沙后待測河水的質(zhì)量，顯著擴展了泥沙含量測量范圍，并提高了泥沙含量測量精度，實現(xiàn)了連續(xù)高精度自動測量任意深度河水中的泥沙含量并記錄數(shù)據(jù)，提高了測量監(jiān)測效率。
【專利說明】巧水中泥沙含量自動測量及數(shù)據(jù)記錄裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型屬于河沙自動測量及分析領(lǐng)域，尤其涉及一種河水中泥沙含量自動測 量及數(shù)據(jù)記錄裝置。

【背景技術(shù)】
[0002] 河水中泥沙含量是水文觀測中一項很重要的數(shù)據(jù)，泥沙含量的現(xiàn)場快速準(zhǔn)確檢 巧||、分析是目前丞待解決的問題。現(xiàn)有測量泥沙含量的方法很多，如烘干稱量法、比重法、Y 射線法、電容法等。傳統(tǒng)烘干稱量法和比重法屬于直接測量法，烘干法系在采集到一定樣 品后對其烘干稱重，記錄含沙量；比重法則是利用泥沙對比重的影響通過比重計來確定泥 沙含量，兩者測量精度高，尤其是烘干稱量法，但是該類直接測量法缺陷也很明顯，測量過 程繁瑣，周期長，不適合現(xiàn)場測量采集數(shù)據(jù)。Y射線法是利用Y射線穿透物體后的衰減規(guī) 律來測量泥沙含量的，在標(biāo)定好被測對象的伽馬射線吸收率參數(shù)后可W實現(xiàn)較高的測量精 度，但Y射線穿透物體后衰減較快，確定吸收率參數(shù)很困難，使得對被測對象的要求W及 測量精度都受到影響，且該類系統(tǒng)成本高，不易維護(hù)。電容法是利用泥沙含量與由液體及圓 筒狀極板組成的電容器的電容的對應(yīng)關(guān)系來計算泥沙含量的，當(dāng)圓筒狀極板中的液體泥沙 含量發(fā)生變化時相當(dāng)于電介質(zhì)發(fā)生改變，進(jìn)而改變電容器的容量，該種方法適合做連續(xù)在 線測量，但是受到液體導(dǎo)電率的影響，測量范圍及測量精度局限性較大。此外，上述測量方 法都存在測量范圍小、誤差大等諸多問題。 實用新型內(nèi)容
[0003] 本實用新型要解決的技術(shù)問題是提供一種測量范圍大、測量精度高的河水中泥沙 含量自動測量及數(shù)據(jù)記錄裝置，W實現(xiàn)自動采集和測量對應(yīng)深度的河水泥沙含量并記錄數(shù) 據(jù)。
[0004] 為解決上述技術(shù)問題，本實用新型采用W下技術(shù)方案；河水中泥沙含量自動測量 及數(shù)據(jù)記錄裝置，主要包括等臂杠桿、標(biāo)準(zhǔn)樣容器、盛樣容器、稱重儀、主控制器和無線數(shù)據(jù) 接收器；等臂杠桿左端息掛標(biāo)準(zhǔn)樣容器，右端息掛盛樣容器，盛樣容器放置在稱重儀上；標(biāo) 準(zhǔn)樣容器和盛樣容器上部均設(shè)有溢流口，底部均設(shè)有排水口，排水口內(nèi)部均有與主控制器 相連并受其控制打開與關(guān)閉的電磁閥；主控制器分別電連接稱重儀和水粟；水粟進(jìn)水端與 進(jìn)水管一端相連，水粟出水端通過導(dǎo)水管引到盛樣容器上方；主控制器與無線數(shù)據(jù)接收器 通過無線網(wǎng)絡(luò)通訊連接，無線數(shù)據(jù)接收器與PC上位機相連。
[0005] 等臂杠桿的支撐座含有水平調(diào)整裝置。
[0006] 主控制器和無線數(shù)據(jù)接收器均為微型計算機。
[0007] 電連接是通過電源線或是數(shù)據(jù)線連接，用于給各功能部分提供電源及傳輸數(shù)據(jù)。 [000引主控制器、稱重儀、水粟及電磁閥由電瓶供電。
[0009] 標(biāo)準(zhǔn)樣容器用于盛放濾除泥沙后的待測河水標(biāo)準(zhǔn)樣，盛樣容器用于盛放含有泥沙 的待測河水且其有效容積與標(biāo)準(zhǔn)樣容器相同。
[0010] 稱重儀按照主控制器發(fā)出的指令進(jìn)行稱量同時將稱量結(jié)果回傳給主控制器，水粟 按照主控制器的指令將待測河水抽入盛樣容器中。
[0011] 主控制器用于按照檢測要求控制水粟、稱重儀及電磁閥作出相應(yīng)動作，同時將稱 重儀傳回的數(shù)據(jù)通過天線發(fā)送給附近的無線數(shù)據(jù)接收器，無線數(shù)據(jù)接收器將主控制器發(fā)出 的數(shù)據(jù)信號處理后傳給PC上位機，PC上位機包含有與無線數(shù)據(jù)接收器相配套的軟件程序， 對測量數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示、記錄。
[0012] 針對目前河水中泥沙含量測量存在的問題，發(fā)明人設(shè)計了一種河水中泥沙含量自 動測量及數(shù)據(jù)記錄裝置，主要包括等臂杠桿、標(biāo)準(zhǔn)樣容器、盛樣容器、稱重儀、主控制器和無 線數(shù)據(jù)接收器。該裝置通過主控制器按照測量要求控制水粟在設(shè)定條件向盛樣容器中抽入 與標(biāo)準(zhǔn)樣容器等體積的含泥沙河水水樣，并通過稱重儀測量同體積下泥水與不含泥沙標(biāo)準(zhǔn) 樣的質(zhì)量差后，回傳給主控制器并由天線發(fā)出無線訊號將稱量數(shù)據(jù)傳給無線數(shù)據(jù)接收器， 無線數(shù)據(jù)接收器接收后向PC上位機傳送結(jié)果由后者根據(jù)現(xiàn)場標(biāo)定數(shù)據(jù)處理計算出河水中 泥沙含量。本實用新型可在PC上顯示、記錄泥沙含量，整個操作自動化程度高，可根據(jù)要求 設(shè)定為定時采集樣品測量，且采用等臂杠桿裝置，抵消了不含泥沙的待測河水的質(zhì)量，顯著 擴展了泥沙含量測量范圍，并提高了泥沙含量測量精度，實現(xiàn)了連續(xù)高精度自動測量任意 深度河水中的泥沙含量并記錄數(shù)據(jù)，同時提高了測量監(jiān)測效率。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013] 圖1是本實用新型河水中泥沙含量自動測量及數(shù)據(jù)記錄裝置結(jié)構(gòu)和使用狀態(tài)示 意圖。
[0014] 圖中；1等臂杠桿，2標(biāo)準(zhǔn)樣容器，3盛樣容器，4排水口，5稱重儀，6主控制器，7水 粟，8進(jìn)水管，9導(dǎo)水管，10溢流口，11無線數(shù)據(jù)接收器，12PC上位機，13電瓶，14河水。

【具體實施方式】
[0015] 如圖1所示，本實用新型河水中泥沙含量自動測量及數(shù)據(jù)記錄裝置，主要包括等 臂杠桿1、標(biāo)準(zhǔn)樣容器2、盛樣容器3、稱重儀5、主控制器6和無線數(shù)據(jù)接收器11 ;等臂杠桿 左端息掛標(biāo)準(zhǔn)樣容器，右端息掛盛樣容器，盛樣容器放置在稱重儀上；標(biāo)準(zhǔn)樣容器和盛樣容 器上部均設(shè)有溢流口 10,底部均設(shè)有排水口 4,排水口內(nèi)部均有與主控制器相連并受其控 制打開與關(guān)閉的電磁閥；主控制器分別電連接稱重儀和水粟7 ;水粟進(jìn)水端與進(jìn)水管8-端 相連，進(jìn)水管另一端伸入待測河水14中，水粟出水端通過導(dǎo)水管9引到盛樣容器上方，導(dǎo)水 管與盛樣容器溢流口水平面保持一定距離，在水粟作用下通過進(jìn)水管抽取相應(yīng)深度的河水 樣導(dǎo)入到盛樣容器中內(nèi)；主控制器與無線數(shù)據(jù)接收器通過無線網(wǎng)絡(luò)通訊連接，無線數(shù)據(jù)接 收器與PC上位機12相連。其中，等臂杠桿的支撐座含有水平調(diào)整裝置，可用游標(biāo)進(jìn)行平衡 校準(zhǔn)；主控制器和無線數(shù)據(jù)接收器均為微型計算機，其電連接是通過電源線或是數(shù)據(jù)線連 接，用于給各功能部分提供電源及傳輸數(shù)據(jù)；主控制器、稱重儀、水粟及電磁閥由電瓶13供 電。
[0016] 主要部件功能
[0017] 標(biāo)準(zhǔn)樣容器用于盛放濾除泥沙后的待測河水，盛樣容器用于盛放含有泥沙的待測 河水且其有效容積與標(biāo)準(zhǔn)樣容器相同。標(biāo)準(zhǔn)樣容器和盛樣容器可采用等口徑圓柱形容器， 設(shè)置相同高度的溢流口位置保證了兩容器具有相同的有效體積，即每次抽取待測河水的有 效體積與標(biāo)準(zhǔn)樣容器中盛放的去除泥沙的河水體積相等，此時用稱重儀對盛樣容器進(jìn)行稱 量，即可得到質(zhì)量差。
[0018] 稱重儀按照主控制器發(fā)出的指令對盛樣容器的質(zhì)量（實際上是等體積下盛樣容 器與標(biāo)準(zhǔn)樣容器的質(zhì)量差）進(jìn)行稱量同時將稱量結(jié)果回傳給主控制器，水粟按照主控制器 的指令將待測河水抽入盛樣容器中。
[0019] 主控制器用于按照檢測要求控制水粟、稱重儀及電磁閥作出相應(yīng)動作，同時將稱 重儀傳回的數(shù)據(jù)通過天線發(fā)送給附近的無線數(shù)據(jù)接收器，無線數(shù)據(jù)接收器將主控制器發(fā)出 的數(shù)據(jù)信號處理后傳給PC上位機，PC上位機包含有與無線數(shù)據(jù)接收器相配套的軟件程序， 用于錄入現(xiàn)場標(biāo)定數(shù)據(jù)，對測量數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示、記錄。
[0020] 工作原理和過程
[0021] 本實用新型通過測量質(zhì)量差間接得出待測含沙河水的泥沙含量，由于采用等臂杠 桿結(jié)構(gòu)，在裝置使用前先要對杠桿系統(tǒng)調(diào)節(jié)平衡及底座水平調(diào)節(jié)，同時還要先將待測含沙 河水用濾紙過濾后裝入標(biāo)準(zhǔn)樣容器中，使其恰好從溢流口溢出為止；水粟由主控制器輸出 變頻信號來驅(qū)動水粟電機工作，同時使用壓力開關(guān)實現(xiàn)閉環(huán)控制，恒壓供水；稱重儀采用W 高精度電阻應(yīng)變式傳感器作為前端測量的電子天平（如最大稱量質(zhì)量為300g，分辨率為 0. Olg);主控制器可采用單片微型計算機（簡稱單片機），使用前先在單片機中刷入程序， 裝置使用前可通過主控制器上的按鍵輸入工作所需的條件；主控制器與水粟、電子天平、電 磁閥相連，主控制器按照輸入的工作條件控制水粟抽取待測含沙河水，使盛樣容器中泥水 從溢流口流出為止，此時由主控制器發(fā)出指令讓電子天平進(jìn)行稱量并回傳數(shù)據(jù)，最后通過 無線數(shù)據(jù)接收器處理完數(shù)據(jù)后上傳到PC上位機進(jìn)行顯示、記錄。所有工作完成后由主控制 器發(fā)出指令讓盛樣容器中排水口的電磁閥打開，將泥水排凈后關(guān)閉閥口待下次測量使用。 導(dǎo)水管與盛樣容器溢流口水平面保持一定距離是為了防止導(dǎo)水管的振動或移動影響盛樣 容器的總質(zhì)量。
[0022] 設(shè)容器體積為V，稱重儀測量到的質(zhì)量為m，標(biāo)準(zhǔn)樣容器與盛樣容器有效體積相 等，盛樣容器中泥水里含有的沙子質(zhì)量為mi，標(biāo)準(zhǔn)樣容器中與盛樣容器中沙子所占據(jù)相同 體積的液體質(zhì)量為1?,則有；m = mi-m2。
[0023] 設(shè)泥水中沙的密度為P 1，去除泥沙的河水密度為P 2,有^ = ^。
[0024] 設(shè)0為待測河水泥沙含量（質(zhì)量含量），可鴉

【權(quán)利要求】
1. 一種河水中泥沙含量自動測量及數(shù)據(jù)記錄裝置，其特征在于主要包括等臂杠桿、標(biāo) 準(zhǔn)樣容器、盛樣容器、稱重儀、主控制器和無線數(shù)據(jù)接收器；所述等臂杠桿左端懸掛標(biāo)準(zhǔn)樣 容器，右端懸掛盛樣容器，盛樣容器放置在稱重儀上；標(biāo)準(zhǔn)樣容器和盛樣容器上部均設(shè)有溢 流口，底部均設(shè)有排水口，排水口內(nèi)部均有與主控制器相連并受其控制打開與關(guān)閉的電磁 閥；所述主控制器分別電連接稱重儀和水泵；所述水泵進(jìn)水端與進(jìn)水管一端相連，水泵出 水端通過導(dǎo)水管引到盛樣容器上方；主控制器與無線數(shù)據(jù)接收器通過無線網(wǎng)絡(luò)通訊連接， 無線數(shù)據(jù)接收器與PC上位機相連。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的河水中泥沙含量自動測量及數(shù)據(jù)記錄裝置，其特征在于：所 述等臂杠桿的支撐座含有水平調(diào)整裝置。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的河水中泥沙含量自動測量及數(shù)據(jù)記錄裝置，其特征在于：所 述主控制器和無線數(shù)據(jù)接收器均為微型計算機。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的河水中泥沙含量自動測量及數(shù)據(jù)記錄裝置，其特征在于：所 述電連接是通過電源線或數(shù)據(jù)線連接，用于給各功能部分提供電源及傳輸數(shù)據(jù)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的河水中泥沙含量自動測量及數(shù)據(jù)記錄裝置，其特征在于：所 述主控制器、稱重儀、水泵及電磁閥由電瓶供電。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的河水中泥沙含量自動測量及數(shù)據(jù)記錄裝置，其特征在于：所 述標(biāo)準(zhǔn)樣容器用于盛放濾除泥沙后的待測河水，盛樣容器用于盛放含有泥沙的待測河水且 其有效容積與標(biāo)準(zhǔn)樣容器相同。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的河水中泥沙含量自動測量及數(shù)據(jù)記錄裝置，其特征在于：所 述稱重儀按照主控制器發(fā)出的指令進(jìn)行稱量同時將稱量結(jié)果回傳給主控制器，水泵按照主 控制器的指令將待測河水抽入盛樣容器中。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的河水中泥沙含量自動測量及數(shù)據(jù)記錄裝置，其特征在于：所 述主控制器用于按照檢測要求控制水泵、稱重儀及電磁閥作出相應(yīng)動作，同時將稱重儀傳 回的數(shù)據(jù)通過天線發(fā)送給附近的無線數(shù)據(jù)接收器，無線數(shù)據(jù)接收器將主控制器發(fā)出的數(shù)據(jù) 信號處理后傳給PC上位機，PC上位機包含有與無線數(shù)據(jù)接收器相配套的軟件程序，對測量 數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示、記錄。
【文檔編號】G08C17/02GK204154728SQ201420580556
【公開日】2015年2月11日 申請日期:2014年10月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月9日
【發(fā)明者】歐陽義芳, 張雷, 陶小馬, 陳紅梅, 王戎丞 申請人:廣西大學(xué)