专利名称：集沙装置及其集沙方法
技术领域：
本发明涉及风力侵蚀监测技术领域，尤其涉及一种集沙装置及其集沙方法。
背景技术：
土壤风蚀是造成我国北方地区草地沙漠化，土壤质量退化的重要因素之一，对我国北方地区的社会经济和生态环境带来了显著的负面影响。我国北方地区是世界上风蚀灾害最为严重的区域，由于过度开垦放牧，气候变化等因素，造成了半干旱地区草场和旱作农田土壤质量退化与沙化，尤其是农牧交错区沙漠化迅速发展，给当地的社会经济和生态环境带去了灾难性的危害。同时由于风蚀作用进入大气的沙尘气溶胶已经成为整个北方地区重大气候问题。据估计，我国每年的起沙量大约为0. SGt0大量的沙尘粒子不仅会直接污染城市环境，也可作云凝结核而影响云的形成和降水，还直接影响日照量，或通过辐射强迫效应影响区域气候和全球气候。集沙仪是测定风沙流中输沙量和风沙流结构的仪器，能观测输沙率随高度的变化，为准确认识和掌握风沙运动性质提供依据，对指导风蚀防治及评价防治效果有着重要的作用。现有的集沙仪主要有旋风分离式，多口方口式，翻斗式等几种。其中，旋风分离式， 翻斗式等集沙仪通常用于单点(层)测量，不易做成纵向剖面多层测量的结构，不利于测量输沙量和风沙流结构。多口方口式是最为常见的剖面输沙量测量设备，其存在的问题是集沙量需要人工手动测量以及手动清空，实现不了连续测量的功能，同时无法准确获得每个集沙口(也就是每层)的风速，而只能用平均风速处理，从而影响了输沙量和风沙流结构的计算。因此，设计一种可以全自动测量纵向剖面分层(包括集沙量与风速等参数)的多功能集沙仪对于风蚀防治的研究有着重要的意义。
发明内容
(一)要解决的技术问题本发明要解决的技术问题是提供一种集沙装置及其集沙方法，其能够自动连续测量集沙装置所收集到的沙子重量，可实现自动卸沙，并且可同时准确测得集沙口的风速。( 二 )技术方案为解决上述问题，本发明提供了一种集沙装置，包括集沙口、沙箱、盛沙器、可开关底板、开关板控制电机、称重器、复合传感探头和数据采集与控制器；所述集沙口与所述沙箱相连接，所述集沙口的底口与所述盛沙器相对；所述盛沙器位于所述沙箱内，固定安装于所述可开关底板上，且其底部安装有所述称重器；所述称重器与所述数据采集与控制器连接，用于按预定时间间隔测量盛沙器内沙子的重量；
所述复合传感探头安装于所述集沙口的顶部并与所述数据采集与控制器连接，用于按所述时间间隔采集风速、空气温度和空气湿度数据；所述数据采集与控制器安装于所述沙箱上，用于采集所述称重器以及所述复合传感探头的测量数据，并对所述称重器、复合传感探头和开关板控制电机进行控制；所述可开关底板安装于所述沙箱的底部，用于在所述开关板控制电机的控制下打开或关闭；所述开关板控制电机安装于所述沙箱内，与所述数据采集与控制器连接。其中，所述集沙口与水平面成倾角α，且α大于等于10°小于等于30°，以保证进入集沙口中的沙子滑落至所述沙箱内的盛沙器中。其中，所述复合传感探头包括风速传感器、空气温度传感器和空气湿度传感器。其中，所述数据采集与控制器包括信号调理模块、数据采集模块和控制模块；其中，所述信号调理模块用于接收所述复合传感探头及称重器的信号，对信号进行调理，并将信号调理后的数据发送至数据采集模块；所述数据采集模块用于保存信号调理模块发送的复合传感探头及称重器的数据， 并将该数据发送给控制模块；所述控制模块根据数据采集模块发送的数据，对所述开关板控制电机进行控制。其中，所述数据采集与控制器还包括数据传输模块，所述数据传输模块与所述数据采集模块和控制模块分别连接。其中，所述装置还包括上位机，所述上位机通过数据传输模块对数据采集与控制器进行控制。其中，所述装置还包括固定臂，用于固定集沙装置。其中，所述集沙装置为可拆卸式，通过固定臂挂接于支杆上，支杆固定安装于底座上。一种利用前述的集沙装置进行集沙的方法，包括以下步骤Sl 数据采集与控制器控制称重器和复合传感探头按预定时间间隔测量盛沙器内沙子的重量，同时采集风速、空气温度和空气湿度数据；S2:数据采集与控制器根据所采集的称重器和复合传感探头的测量数据对开关板控制电机进行控制，使可开关底板打开，可开关底板带动盛沙器转动，将沙子倾倒干净；S3 数据采集与控制器控制开关板控制电机，使可开关底板关闭。其中，所述方法还包括通过上位机对数据采集与控制器进行控制。(三)有益效果本发明可自动连续采集集沙装置所收集到的沙子重量，并当重量达到指定数值时可实现自动卸沙，实现野外无人自动监测量功能；同时本发明可实现纵向部面多层多参数同时采集，克服了风速等参数不能与集沙仪所采集的数据一一对应的问题。
图1为本发明实施例中所述的集沙装置的结构示意图；图2为本发明实施例中所述的集沙装置的控制电路原理图3为本发明实施例中所述的集沙方法的流程图；图4为单个集沙装置的安装侧视图；图5为多个集沙装置安装正视图。其中，1 集沙口，2 沙箱，3 盛沙器，4 可开关底板，5 开关板控制电机，6 称重器，7 复合传感探头，8 数据采集与控制器，9 固定臂，10 沙子，11 风速传感器，12 空气温度传感器，13 空气湿度传感器，14 信号调理模块，15 数据采集模块，16 控制模块，17 数据传输模块，18 上位机，19 支杆，20 底座，21 蓄电池，22 集沙装置。
具体实施例方式下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式
作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。如图1-2所示，本发明所述集沙装置，包括集沙口 1、沙箱2、盛沙器3、可开关底板4、开关板控制电机5、称重器6、复合传感探头7和数据采集与控制器8 ；所述集沙口 1与沙箱2相连接，集沙口 1的底口与盛沙器3相对；所述集沙口 1与水平面成倾角α，且α大于等于10°小于等于30°，例如α = 15°，以保证进入集沙口 1中的沙子滑落至沙箱2内的盛沙器3中；所述盛沙器3位于沙箱2内，固定安装于可开关底板4上，且其底部安装有称重器 6 ；所述称重器6与数据采集与控制器8连接，用于按预定时间间隔测量盛沙器3内沙子10的重量；测量间隔由数据采集与控制器8控制；所述复合传感探头7安装于集沙口 1的顶部并与数据采集与控制器8连接，用于按所述时间间隔采集风速、空气温度和空气湿度数据；所述复合传感探头7包括风速传感器11、空气温度传感器12和空气湿度传感器13 ；采集间隔由数据采集与控制器8控制；所述数据采集与控制器8安装于沙箱2上，数据采集与控制器8用于采集称重器 6以及复合传感探头7的测量数据，并对称重器6、复合传感探头7和开关板控制电机5进行控制；所述数据采集与控制器8包括信号调理模块14、数据采集模块15、控制模块16 和数据传输模块17 ；其中，所述信号调理模块14用于接收复合传感探头7及称重器6的信号、对信号进行调理，并将信号调理后的数据发送至数据采集模块15 ；所述数据采集模块15用于保存信号调理模块14发送的复合传感探头7及称重器 6的数据，并将该数据发送给控制模块16 ；所述控制模块16根据数据采集模块15发送的数据，对开关板控制电机5进行控制。所述数据采集与控制器8还包括数据传输模块17，数据传输模块17与数据采集模块 15和控制模块16分别连接。所述装置还包括上位机18，上位机18通过数据传输模块17对数据采集与控制器 8进行控制。数据采集模块15可将其保存的信号调理模块14发送的复合传感探头7及称重器6的数据通过数据传输模块17发送至上位机18，由上位机18控制开关板控制电机5 的动作。
上位机18与数据采集与控制器8的数据传输模块17连接，所述的数据传输模块 17包括两个功能，第一个功能是将数据采集模块15所采集到的数据传输给上位机18 ；第二个功能是将上位机的控制信息传送给控制模块16或数据采集模块15。所述可开关底板4安装于沙箱2的底部，可开关底板4用于在开关板控制电机5 控制下打开或关闭；开关板控制电机5正转时，将可开关底板4打开，反转时，将可开关底板 4关闭。所述开关板控制电机5安装于沙箱2内，与数据采集与控制器8连接。还包括固定臂9，用于固定集沙装置。所述集沙装置为可拆卸式，通过固定臂9挂接于支杆19上，支杆19固定安装于底座20上。挂接的数量即可以是单个，也可以是多个集沙装置在不同纵向部面的分层分布。如图3所示，将图1所示的单个集沙装置通过固定臂9挂接于支杆19上，支杆19 固定安装于底座20上。于底座20内部放置蓄电池21用于供电，同时增加底座20的重量，保证整体结构的平衡。也可如图4所示，将多个图1所示的集沙装置22左右交替有间隔地挂接于支杆19 上，间隔高度为集沙口 1的高度。如图5所示，本发明所述的集沙方法，包括以下步骤Sl 数据采集与控制器8控制称重器6和复合传感探头7按预定时间间隔，例如每 5分钟测一次，测量盛沙器3内沙子10的重量，同时采集风速、空气温度和空气湿度数据；S2 数据采集与控制器8根据所采集的称重器6和复合传感探头7的测量数据对开关板控制电机5进行控制，使可开关底板4打开，可开关底板4带动盛沙器3转动，将沙子10倾倒干净；S3 数据采集与控制器8控制开关板控制电机5，使可开关底板4关闭。通过上位机18对数据采集与控制器8进行控制。以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。
权利要求
1.一种集沙装置，其特征在于，包括集沙口(1)、沙箱O)、盛沙器(3)、可开关底板 G)、开关板控制电机(5)、称重器(6)、复合传感探头(7)和数据采集与控制器⑶；所述集沙口⑴与所述沙箱⑵相连接，所述集沙口⑴的底口与所述盛沙器⑶相对；所述盛沙器(3)位于所述沙箱O)内，固定安装于所述可开关底板(4)上，且其底部安装有所述称重器(6)；所述称重器(6)与所述数据采集与控制器(8)连接，用于按预定时间间隔测量所述盛沙器(3)内沙子(10)的重量；所述复合传感探头(7)安装于所述集沙口(1)的顶部并与所述数据采集与控制器(8) 连接，用于按所述时间间隔采集风速、空气温度和空气湿度数据；所述数据采集与控制器(8)安装于所述沙箱(2)上，用于采集所述称重器(6)以及复合传感探头(7)的测量数据，并对所述称重器(6)、复合传感探头(7)和开关板控制电机 (5)进行控制；所述可开关底板(4)安装于所述沙箱O)的底部，用于在所述开关板控制电机(5)的控制下打开或关闭；所述开关板控制电机( 安装于所述沙箱O)内，与所述数据采集与控制器(8)连接。
2.如权利要求1所述的集沙装置，其特征在于，所述集沙口(1)与水平面成倾角α，且 α大于等于10°小于等于30°，以保证进入所述集沙口(1)中的沙子滑落至所述沙箱(2) 内的所述盛沙器(3)中。
3.如权利要求1所述的集沙装置，其特征在于，所述复合传感探头(7)包括风速传感器 (11)、空气温度传感器(12)和空气湿度传感器(13)。
4.如权利要求1所述的集沙装置，其特征在于，所述数据采集与控制器(8)包括信号调理模块(14)、数据采集模块(15)和控制模块(16)；其中，所述信号调理模块(14)用于接收所述复合传感探头(7)及称重器(6)的信号，对信号进行调理，并将信号调理后的数据发送至所述数据采集模块(15)；所述数据采集模块(1 用于保存所述信号调理模块(14)发送的复合传感探头(7)及称重器(6)的数据，并将该数据发送给所述控制模块(16)；所述控制模块(16)根据所述数据采集模块(1 发送的数据，对所述开关板控制电机 (5)进行控制。
5.如权利要求1所述的集沙装置，其特征在于，所述数据采集与控制器(8)还包括数据传输模块(17)，所述数据传输模块(17)与所述数据采集模块(1 和控制模块(16)分别连接。
6.如权利要求5所述的集沙装置，其特征在于，还包括上位机(18)，所述上位机(18) 通过所述数据传输模块(17)对所述数据采集与控制器(8)进行控制。
7.如权利要求1所述的集沙装置，其特征在于，还包括固定臂(9)，用于固定集沙装置。
8.如权利要求7所述的集沙装置，其特征在于，所述集沙装置为可拆卸式，通过所述固定臂(9)挂接于支杆(19)上，所述支杆(19)固定安装于底座00)上。
9.一种利用权利要求1-8中任一项所述的集沙装置进行集沙的方法，其特征在于，包括以下步骤S1数据采集与控制器(8)控制称重器(6)和复合传感探头(7)按预定时间间隔测量盛沙器(3)内沙子(10)的重量，同时采集风速、空气温度和空气湿度数据；S2数据采集与控制器(8)根据所采集的称重器(6)和复合传感探头(7)的测量数据对开关板控制电机(5)进行控制，使可开关底板(4)打开，可开关底板(4)带动盛沙器(3) 转动，将沙子(10)倾倒干净；S3数据采集与控制器(8)控制开关板控制电机(5)，使可开关底板(4)关闭。
10.如权利要求9所述的集沙方法，其特征在于，通过上位机(18)对数据采集与控制器 ⑶进行控制。
全文摘要
本发明公开了一种集沙装置及其集沙方法，涉及风力侵蚀监测技术领域，所述装置包括集沙口、沙箱、盛沙器、可开关底板、开关板控制电机、称重器、复合传感探头和数据采集与控制器；所述的集沙口与所述沙箱相连接，集沙口的底口正对盛沙器的中心；所述的盛沙器位于沙箱内，固定安装于可开关底板上，且其底部安装有称重器；所述的称重器与数据采集与控制器连接，所述的复合传感探头安装于集沙口的顶部并与数据采集与控制器连接，数据采集与控制器安装于沙箱上，所述的可开关底板安装于沙箱的底部，所述的开关板控制电机安装于沙箱内与数据采集与控制器连接；本发明能自动连续测量沙子重量，可自动卸沙，并可同时准确测得集沙口的风速。
文档编号G01D21/02GK102305644SQ20111021866
公开日2012年1月4日 申请日期2011年8月1日 优先权日2011年8月1日
发明者林剑辉, 陈世超 申请人:北京林业大学