专利名称：土壤侵蚀实时监测仪自动倾水机构的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种环境检测仪器的机械机构，具体是土壤侵蚀实时监测 仪上倾倒泥水的机构。
技术背景降雨、融雪形成的坡面径流侵蚀土壤，携带、冲刷土壤颗粒，是水土流失 的主要类型。对土壤侵蚀量进行监测(对径流中的泥沙含量进行测量)，是为掌 握水土流失规律、开展水土保持工作提供科学可靠的依据，是一项重要的水土 保持基础工作。现有的土壤侵蚀监测手段均为落后的人工方式，存在着测量精 度低；运行成本高、劳动生产率低等诸多缺陷。为了提高监测精度和监测效率，发明人设计了土壤侵蚀实时监测仪，该仪 器的基本机构包括机架、进水机构、称重机构、电池和控制电路；所述的称重 机构包括通过至少一个万向接头悬挂在机架上的称重传感器、挂接在称重传感 器上的称重架以及定位在称重架上的称重翻斗，所述的进水机构包括连接在移 动管道电机轴上的拨叉和被拨叉夹持并悬挂在称重翻斗上边的活动管道；所述 的控制电路中的主机通过输入输出接口接通各电控元器件。其工作原理是由进 水机构中的活动管道将径流引入称重翻斗中，称重传感器获得测量数据并将数 据通过通信网络传输到数据平台，下载到各客户端。然而，由于监测工作需要连续或间隔地进行，因此称重翻斗中的泥水需要 适时排放，以便于再次引入并测量泥水的重量。所以，需要有一个排放机构来 完善整个监测仪。 实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题是克服上述背景技术的不足，提供一种土 壤侵蚀实时监测仪的倾水机构，该机构应可使称重翻斗自动倾倒泥水和自动回位，并具有测量精度和工作效率高的特点，以便满足监测仪持续进行监测的需 要。本实用新型提供了以下技术方案土壤侵蚀实时监测仪自动倾水机构，该倾水机构包括一水平定位在称重架 上且可转动的转动轴和一固定在称重架上的电机；转动轴上固定着称重翻斗并 且转动轴的一端还连接一翻斗拨头，翻斗电机轴上固定一翻斗拨杆以便施力于 翻斗拨头使所述的称重翻斗转动。所述的翻斗拨头可转动地定位在曲柄杆的一端，曲柄杆的另一端固定在转 动轴上。所述的称重架上还制有用于称重翻斗定位的锁定装置。本实用新型使用时只需安置在需要监测的现场，并用管道将待测水流接入 本实用新型中的活动管道，该监测仪就能自动引入径流取样、自动称重、自动 将所测数据发送到客户端进行处理。采用本实用新型，称重翻斗中的泥水倾倒以及称重翻斗的复位完全可以自 动进行，不但明显提高了测量精度，保证了监测工作不间断地进行而且显著降 低了测量人员的工作强度和工作量，大幅度提高了监测工作效率。
图1是本实用新型的主视结构图。图2是本实用新型的左视结构图。 图3是本实用新型的俯视结构图。 图4是图2中的A部放大结构示意图。图5是本实用新型在倒水位置时，图2中A部的又一放大结构示意图。 图6是图2中的B部放大结构示意图。 图7是图5中的E向结构示意图。图8是本发明的另一种锁定装置的结构示意图。图9是图2中的D部放大结构示意图。图IO是本实用新型的控制电路原理示意图。图11是本实用新型中的翻斗电机的控制电路示意图。图12是本实用新型中的移动管道电机的控制电路示意图。
具体实施方式
土壤侵蚀实时监测仪器测量的方法考虑从雨量产生的径流中连续取样，称 重并与水的比重进行比较，从中计算出径流中的推移质和悬移质含量。由于动 态的(不间断的)称重影响准确度，实现难度较大，因此采用相对静态的(离 散的)方法取样称重，数据准确度较高，同时技术上也比较容易实现。土壤侵 蚀实时监测仪器可以得到径流、推移质和悬移质含量、径流产生和结束时间、 雨量参数。并将以上参数通过通信网络传输到数据平台，下载到各客户端，进 行处理、存储、打印。具体设计完成的土壤侵蚀实时监测仪，包括机架l、进水机构、称重机构、 倾水机构、电池和控制电路。其中，所述的电池是可充电电池，它是监测仪中 所有用电器的电源。电池采用12V65AH的容量，保障系统在不充电的状态下， 连续工作100小时以上。充电采用交流220V电源定时充电，充电电流为2A。所述的称重机构中称重传感器3通过至少一个万向接头6悬挂在机架上， 称重传感器上挂接一个称重架2，称重架上定位一个称重翻斗4;称重架采用悬 挂式能保证称量传感器垂直称量，并且称重架不容易粘上泥浆，以确保测量数 据的准确和可靠性。此外，称重架上还设置一锁定装置，该装置的作用是使称 重翻斗在每次称量时都能锁定在同一位置，保证漏斗不歪斜并且满斗水量一致， 以确保所测数据的准确。图6、图7中所示的锁定装置，是在称重架和称重翻斗的相应位置分别装有一锁头11-1以及与该锁头顶端相配合的制有凹坑的锁块11-2;锁头11-1穿越过称重架2上的通孔后两端分别拧上螺母11-3和螺母11-5，螺旋弹簧11-4被夹持 并受压于中间，使锁头可在称重架2上的通孔上直线滑动，并受到弹簧ll-4施 加的反作用力。图8中所示的是另一种结构的锁定装置。图中可知锁头ll-9穿套在锁头 杆11-8中可轴向滑移(锁头杆11-8用螺母固定在称重架2上)，并受到锁头杆 中的弹簧11-7的推压力；限定螺母11-6旋紧在锁头杆顶端并挡住锁头11-9后端 的突缘，使锁头得以定位而不致滑出。图中可知机架上制有四个档头14，档头上分别固定四个档杆22;另有四个立杆21的下端分别固定在机架顶部的两个档杆上，四个立杆的上端固定一槽 钢20，所述的称重传感器3就通过悬挂连接装置6悬吊在槽钢20上。此外，机 架底端还设有四个安装脚15，以增大接地面积保持机架稳定。进一步，该称重机构配挂两个万向接头，即除了原有悬挂在称重传感器的 上端的万向接头6之外，称重传感器的下端与所悬挂的称重架之间再串接一个 万向接头5;称重传感器的两端各连接一个万向接头后，称重架的垂直度就有了 进一步的保证，称重的准确度得以进一步提高。此外，所述的称重翻斗的上端边沿还制有溢流口 4-1;该处边沿较低，称重翻斗中盛满水后，多余的水就从溢流口流出(泥水旁路)。所述的倾水机构中称重翻斗固定在转动轴10上，转动轴10则可转动地 水平定位在称重架上(图9中可知转动轴10的两端分别穿越过称重架上的轴孔后，再套装上垫圈10-1和弹簧卡簧10-2进行轴向定位)，转动轴的一端还固 定连接一翻斗拨头9 (装有翻斗拨头9的拨头杆9-2固定在曲柄杆9-1的一端， 曲柄杆的另一端固定在转动轴上)；称重架的一侧(与翻斗拨头同一侧)固定一 翻斗电机M1，翻斗电机轴上又固定一翻斗拨杆7;图1中可知，翻斗电机M1启动就带动翻斗拨杆7转动(图1中的箭头F方向)，拨杆7就施力于翻斗拨头 9产生一拨动力矩，直至该力矩克服锁定装置所产生的阻力矩(图7中可知由 于锁块11-2的凹孔下侧较平坦，因此翻斗拨杆7的拨动力矩能够克服弹簧11-4 的阻力迫使锁头11-1后退，锁头就从锁块11-2的凹孔中滑出)，称重翻斗随即 绕转动轴10转动倾倒。翻斗电机转动的时间和方向均由控制电路控制。自然， 称重翻斗复位时，也由拨杆7反向施力于翻斗拨头9，使称重翻斗反转(箭头F 的相反方向)，直至锁定装置中的锁头11-1插入称重翻斗上锁块11-2的凹孔中， 称重翻斗即被锁定(图7中也可知由于锁块ll-2的凹孔上侧较陡峭，翻斗拨 杆7的拨动力矩无法使称重翻斗继续转动，称重翻斗就准确地停留在同一个进 水位置，保证了进水量的一致性)。图5与图4的不同点在于图5显示的是称重翻斗处于倒水位置(即图1 中的虚线位置)，所以此时图中转动轴10位于拨头杆9-2的后边；而图4显示的 是称重翻斗处于正常称重位置(即图1中的实线位置)，所以图中转动轴10挡 在拨头杆(装有拨头9)的前边。所述的进水机构中机架顶部固定一拨叉电机M2，拨叉电机轴上联结一拨 叉17，拨叉17又夹持一活动管道13-1，该活动管道的出口端悬挂在称重翻斗上 边；拨叉电机转动拨叉就摆动，从而使活动管道的出口端对准称重翻斗(将水 流引入称重翻斗)或者移出称重翻斗(使水流旁路)。拨叉电机转动的时间、角 度和方向均由控制电路控制。进一步，所述的进水机构还包括一个设置在称重翻斗上边的旁路漏斗12， 旁路漏斗的一个侧边12-1较低作为溢水边；旁路漏斗中装有一对准称重翻斗的 进水管13-2，进水管的上端边缘高于旁路漏斗的溢水边；活动管道13-1对准进 水管13-2时可引入水流，旁路时活动管道13-1中的水流落入旁路漏斗中，从溢 水边溢出。所述的控制电路包括主机W、移动GSM通信模块、输入输出接口、延时继电 器板以及传感器、触发器。所述的主机通过输入输出接口与移动GSM通信模块、延时继电器板YJ、传 感器及触发器电连接。通信部分采用移动GSM通信模块将数据远程发给用户。采用移动通信网络 进行通信的优点在于，当前移动无线通信网络已基本普及，仪器设备只要安装 在有移动通信网络信号的位置，就可以传输数据。其通信简单方便功能强，不 仅是一个很好的公共语音通信平台，同时也是很好的数据传输平台。主机的功能是处理和控制的中心。主机采用低功耗嵌入式104总线的工控 机，具体型号可根据需要选用。本发明推荐选用研华IC0P6015或6016，功耗约 3W;该机具有标准的RS232串行通信口、并行打印口、 IDE硬盘口；标准的掘 内存。可以用DOS操作系统下的高级语言编程，修改调试十分方便简单。自然， 也可选用单片机作为主机。输入输出接口将各传感器、触发器输入的信号转换成数字信号发给主机； 并将控制命令转发给各电机，完成控制动作；输入输出接口还将数据发给GSM 通信模块。输入输出接口采用主机上具有的标准的RS232串行通信口、并行打 印口，并连接延时继电器板组成。以上所述的主机及各所有电控元器件(包括各传感器、触发器、输入输出 接口、 GSM通信模块及延时继电器板)均外购获得。本实用新型的技术数据设定为'称重精度《±3%; 工作温度范围一 1 0 + 5 0 °C 工作相对湿度》90% 所测试和发送的数据是1、 取得径流进斗时间和满斗时间；2、 取得称重翻斗每次称重的数据。 本实用新型的工作原理是① 初始状态时(无径流时)，称重翻斗4 (由图1虚线表示)开口朝下，见 图l翻斗的虚线位置，活动进水管道13也处于水流旁路位置(移到虚线位置)；② 当产生径流时，径流触发器JC触点(见图10)闭合，延时继电器板YJ 中继电器J1吸合，设备上电；启动以后，主机W发出控制命令，使延时继电器板 中继电器Jl始终保持吸合；同时主机发出控制命令，使电机控制板中继电器J3 吸合，翻斗电机M1通电，翻斗拨杆7拨动(与箭头F相反的方向拨动)翻斗 拨头9，将称重翻斗4翻回到接水位置(图l屮的实线位置)，翻斗锁定装置ll 将称重翻斗4锁定，称重翻斗4被锁定后，限位开关XJ3被断开，翻斗电机M1 被断电；称重传感器3称初始值，作为扣除皮重的初始值；③ 主机W发出控制命令，使电机控制板中的继电器J4吸合，移动管道电机 M2通电转动，移动水管拨叉17将活动管道13-1移到向翻斗内的加水位置(对 准旁路漏斗内的进水管13-2)，此时限位开关XJ4被顶开，移动管道电机M2被 断电；④ 当泥水注入时，称重传感器3开始工作，将数据通过信号线传输给二次 仪表Y，该仪表将数据通过RS232通信口发送给主机W，主机开始对是否满斗进行 判断；⑤ 当称重翻斗4装满时，开始沿称重翻斗4溢流口 4-1外溢，此时进入翻斗 的泥水流量与流出的泥水流量基本相等；主机通过称重传感器3称出重量不再 上升而基本处于平衡状态的一定范围内，此时认为已满斗；主机发出控制命令， 控制电路中的继电器J5吸合接通电机电源，移动管道电机16转动，移动水管拨叉 17将活动进水管道13移到旁路位置(仍在旁路漏斗内，但与进水管13-2错开)，9此时限位开关XJ5被顶开，移动管道电机被断电；⑥ 在稳定一段时间后，主机通过称重传感器3进行称重比较，当发现数据变化^0.002kg时，认为稳定并称重，并将翻斗进水的开始时间、满斗时间、秤 重量通过GSM模块将数据由移动无线网络发送出去；⑦ 完成数据发送以后，主机发出控制命令，继电器J2吸合接通翻斗电机M1 电源，该电机带动翻斗拨杆7 —起转动(箭头F方向)，拨动翻斗拨头9将称重翻 斗4翻转运行180度(图1中虚线位置)，翻斗连倒带甩倒掉泥水(如果称重翻 斗4翻转运行超过180度，则限位开关XJ2被顶开，确保翻斗电机M1被断电停 机)；稳定一段时间后，主机发出控制命令，继电器J3吸合接通电机Ml电源， 翻斗电机Ml带动翻斗拨杆7反向拨动(与箭头F相反的方向拨动)翻斗拨头9， 将称重翻斗4翻回到接水的位置；主机通过称重传感器3再称皮重以备下次称 重扣除皮重；⑧ 重新按前面流程③开始运行。(D若径流结束时，称重翻斗4始终不能满斗，称重传感器3连续称重1小 时发现没有满斗时，主机将记录下径流结束时间，并通过GSM模块将结束时间 由移动无线网络发送出去；同时主机发出控制命令，继电器J5吸合，接通移动 管道电机M2电源，该电机带动水管拨叉17将活动进水管道13移到旁路位置之 后，限位开关XJ5被顶开使电机M2断电；主机再发出控制命令，继电器J2吸 合接通翻斗电机M1电源，该电机带动翻斗拨杆7转动(箭头F方向)，施力于翻 斗拨头9使称重翻斗4翻转运行180度，翻斗连倒带甩倒掉残存泥水；主机再 发出控制命令，延时继电器板中继电器J1释放，系统断电，整个系统又回到起 始状态。此外，图IO控制电路原理示意图中，还有电机控制板DK。
权利要求1、土壤侵蚀实时监测仪自动倾水机构，其特征在于该倾水机构包括一水平定位在称重架上且可转动的转动轴(10)和一固定在称重架上的电机(M1)；转动轴上固定着称重翻斗(4)并且转动轴的一端还连接一翻斗拨头(9)，翻斗电机轴上固定一翻斗拨杆(7)以便施力于翻斗拨头使所述的称重翻斗转动。
2、 根据权利要求l所述的土壤侵蚀实时监测仪自动倾水机构，其特征在于 所述的翻斗拨头(9)可转动地定位在曲柄杆(9-2)的一端，曲柄杆的另一端固 定在转动轴上。
3、 根据权利要求1或2所述的土壤侵蚀实时监测仪自动倾水机构，其特征 在于所述的称重架上还制有用于称重翻斗定位的锁定装置。
专利摘要本实用新型涉及一种土壤侵蚀实时监测仪上倾倒泥水的机构。所要解决的技术问题是提供的倾水机构应可使称重翻斗自动倾倒泥水和自动回位，并具有测量精度和工作效率高的特点。提供的技术方案是土壤侵蚀实时监测仪自动倾水机构，该倾水机构包括一水平定位在称重架上且可转动的转动轴和一固定在称重架上的电机；转动轴上固定着称重翻斗并且转动轴的一端还连接一翻斗拨头，翻斗电机轴上固定一翻斗拨杆以便施力于翻斗拨头使所述的称重翻斗转动。所述的翻斗拨头可转动地定位在曲柄杆的一端，曲柄杆的另一端固定在转动轴上。所述的称重架上还制有用于称重翻斗定位的锁定装置。
文档编号G01N33/24GK201166656SQ20082008383
公开日2008年12月17日 申请日期2008年2月28日 优先权日2008年2月28日
发明者叶永棋, 叶碎高, 廖承彬, 张锦娟, 影 江, 聂国辉, 明 邵 申请人:浙江省水利河口研究院;浙江省水土保持监测中心