一种悬移质和推移质输沙率的实时监测装置及方法

本发明属于河道输沙率测定领域，特别涉及该领域中的一种河道悬移质和推移质输沙率的实时监测装置及方法。

背景技术：

河道输沙率的测定，是研究河道泥沙运动的重要内容之一。准确及时把握河道的输沙率，对于河道水库清淤、河道演变、水土流失防治、洪峰能力预估、水电站保护乃至水坝结构设计等方面都具有重要的意义。虽然目前对于输沙率的计算已经有了许多半理论半经验的公式，但尚不能得到十分准确的结果。之所以对悬移质和推移质输沙率的研究仍然不够透彻，一个十分重要的原因就是缺乏能够准确检测输沙率的装置。现有的推移质输沙率测量仪器以取样测量为主，通过对推移质收集，烘干的方式进行测量，存在测量耗时长，对水体扰动大，操作复杂，测量范围受限等问题。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题就是提供一种悬移质和推移质输沙率的实时监测装置及方法。

本发明采用如下技术方案：

一种悬移质和推移质输沙率的实时监测装置，其改进之处在于：包括边沿与河床面齐平的偏心漏斗，在偏心漏斗的底部设置由第一电机驱动的传动轴，在传动轴上正对偏心漏斗下端开口的位置固定安装称沙皿，在称沙皿的底部设置压力传感器，在传动轴的下方设置漏斗状储沙室，该储沙室的下端开口与倾斜向上的输沙管的底部进沙口相连接，在输沙管内设置从底部进沙口向上部出沙口延伸的螺旋叶片，该螺旋叶片由第二电机驱动；在偏心漏斗的顶部设置升降装置，在升降装置内设置可上下升降的升降部，在升降部上安装与水流流向相对的遮光圆筒，在遮光圆筒相对的两侧分别开设透光孔并安装光源室和感光室，在光源室内安装光源，在感光室内安装光源接收器；还包括电路控制室，在电路控制室内安装单片机，上述的第一电机，压力传感器，第二电机，升降装置和光源接收器均与单片机电连接。

进一步的，偏心漏斗的四角分别用一个固定桩固定在河床上。

进一步的，在偏心漏斗的下端开口处安装引沙管。

进一步的，遮光圆筒通过连杆安装在升降部上。

进一步的，单片机与上位机连接通信。

一种悬移质和推移质输沙率的实时监测方法，使用上述的装置，其改进之处在于：装置安装就位并启用后，调整升降装置的升降部，使遮光圆筒移动至测量高度，打开光源室内的光源，在水流通过遮光圆筒时，水流中携带的泥沙会遮挡光源信号，感光室内安装的光源接收器感应光源信号后传输给单片机，由单片机根据光源信号被泥沙遮挡的情况计算获得悬移质输沙率；沿着河床面移动的泥沙进入偏心漏斗后落入偏心漏斗下端开口底部的称沙皿，由压力传感器将称沙皿内泥沙的重量转换成电信号后传输给单片机，由单片机根据泥沙重量的增速计算获得推移质输沙率；当称沙皿内泥沙的重量达到设定值时，由单片机控制第一电机驱动传动轴带动称沙皿向下翻转180°，将称沙皿内的泥沙倾倒入储沙室，储沙室内的泥沙可通过其下端开口落入输沙管，当储沙室内泥沙的重量达到设定值时，由单片机控制第二电机驱动螺旋叶片转动，将储沙室内的泥沙经输沙管的上部出沙口排出。

进一步的，单片机将悬移质输沙率和推移质输沙率发送至上位机的pc端显示输出。

本发明的有益效果是：

本发明所公开的装置，能够有效测量河道在同一截面上的悬移质和推移质输沙率，操作简便，对水流条件扰动小。利用升降装置可实现对同一过水断面不同高度的悬移质输沙率测量，这对实验室模拟实验具有重要意义。输沙管可将储沙室内的泥沙排出，从而实现长时间连续不间断监测。

本发明所公开的方法，与传统样品沉降浓缩、烘干、称重、计算的测量方式相比，可以显著缩短实验时间，有效节省人力，更为简洁高效。最终结果直接在上位机的pc端显示输出，起到了实时监测的效果。

附图说明

图1是本发明实施例1所公开装置的结构示意图；

图2是本发明实施例1所公开装置中偏心漏斗的结构示意图；

图3是本发明实施例1所公开装置中第一电机、传动轴与称沙皿之间的配合关系示意图；

图4是本发明实施例1所公开装置中遮光圆筒的结构示意图；

图5是本发明实施例1所公开装置中遮光圆筒与光源室和感光室之间的位置关系示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1，如图1所示，本实施例公开了一种悬移质和推移质输沙率的实时监测装置，包括边沿与河床面齐平的偏心漏斗9，偏心漏斗的结构如图2所示，如图3所示，在偏心漏斗的底部设置由第一电机6驱动的传动轴7，在传动轴上正对偏心漏斗下端开口的位置固定安装称沙皿12，在称沙皿的底部设置压力传感器13，在传动轴的下方设置漏斗状储沙室8，该储沙室的下端开口与倾斜向上的输沙管的底部进沙口相连接，在输沙管内设置从底部进沙口向上部出沙口延伸的螺旋叶片10，该螺旋叶片由第二电机11驱动；在偏心漏斗的顶部设置升降装置1，在升降装置内设置可上下升降的升降部，在升降部上安装与水流流向相对的遮光圆筒2，如图4，5所示，在遮光圆筒相对的两侧分别开设透光孔并安装光源室15和感光室3，在光源室内安装光源，在感光室内安装光源接收器；还包括电路控制室5，在电路控制室内安装单片机，上述的第一电机，压力传感器，第二电机，升降装置和光源接收器均与单片机电连接。

在本实施例中，偏心漏斗的四角分别用一个固定桩4固定在河床上。在偏心漏斗的下端开口处安装引沙管14。遮光圆筒通过连杆安装在升降部上。单片机与上位机连接通信。

本实施例还公开了一种悬移质和推移质输沙率的实时监测方法，使用上述的装置，装置安装就位并启用后，调整升降装置的升降部，使遮光圆筒移动至测量高度，以便测量不同高度处的悬移质输沙率。打开光源室内的光源，在水流通过遮光圆筒时，水流中携带的泥沙会遮挡光源信号，感光室内安装的光源接收器感应光源信号后转换成电信号并传输给单片机，由单片机根据光源信号被泥沙遮挡的情况计算获得悬移质输沙率；沿着河床面移动的泥沙进入偏心漏斗后落入偏心漏斗下端开口底部的称沙皿，由压力传感器将称沙皿内泥沙的重量转换成电信号后传输给单片机，由单片机根据泥沙重量的增速计算获得推移质输沙率；当称沙皿内泥沙的重量达到设定值时，由单片机控制第一电机驱动传动轴带动称沙皿向下翻转180°，将称沙皿内的泥沙倾倒入储沙室后，再由单片机控制第一电机驱动传动轴带动称沙皿向上翻转180°复位。储沙室内的泥沙可通过其下端开口落入输沙管，当储沙室内泥沙的重量达到设定值时，由单片机控制第二电机驱动螺旋叶片转动，将储沙室内的泥沙经输沙管的上部出沙口排出。

单片机将悬移质输沙率和推移质输沙率发送至上位机的pc端显示输出。

技术特征：

1.一种悬移质和推移质输沙率的实时监测装置，其特征在于：包括边沿与河床面齐平的偏心漏斗，在偏心漏斗的底部设置由第一电机驱动的传动轴，在传动轴上正对偏心漏斗下端开口的位置固定安装称沙皿，在称沙皿的底部设置压力传感器，在传动轴的下方设置漏斗状储沙室，该储沙室的下端开口与倾斜向上的输沙管的底部进沙口相连接，在输沙管内设置从底部进沙口向上部出沙口延伸的螺旋叶片，该螺旋叶片由第二电机驱动；在偏心漏斗的顶部设置升降装置，在升降装置内设置可上下升降的升降部，在升降部上安装与水流流向相对的遮光圆筒，在遮光圆筒相对的两侧分别开设透光孔并安装光源室和感光室，在光源室内安装光源，在感光室内安装光源接收器；还包括电路控制室，在电路控制室内安装单片机，上述的第一电机，压力传感器，第二电机，升降装置和光源接收器均与单片机电连接。

2.根据权利要求1所述悬移质和推移质输沙率的实时监测装置，其特征在于：偏心漏斗的四角分别用一个固定桩固定在河床上。

3.根据权利要求1所述悬移质和推移质输沙率的实时监测装置，其特征在于：在偏心漏斗的下端开口处安装引沙管。

4.根据权利要求1所述悬移质和推移质输沙率的实时监测装置，其特征在于：遮光圆筒通过连杆安装在升降部上。

5.根据权利要求1所述悬移质和推移质输沙率的实时监测装置，其特征在于：单片机与上位机连接通信。

6.一种悬移质和推移质输沙率的实时监测方法，使用权利要求1所述的装置，其特征在于：装置安装就位并启用后，调整升降装置的升降部，使遮光圆筒移动至测量高度，打开光源室内的光源，在水流通过遮光圆筒时，水流中携带的泥沙会遮挡光源信号，感光室内安装的光源接收器感应光源信号后传输给单片机，由单片机根据光源信号被泥沙遮挡的情况计算获得悬移质输沙率；沿着河床面移动的泥沙进入偏心漏斗后落入偏心漏斗下端开口底部的称沙皿，由压力传感器将称沙皿内泥沙的重量转换成电信号后传输给单片机，由单片机根据泥沙重量的增速计算获得推移质输沙率；当称沙皿内泥沙的重量达到设定值时，由单片机控制第一电机驱动传动轴带动称沙皿向下翻转180°，将称沙皿内的泥沙倾倒入储沙室，储沙室内的泥沙可通过其下端开口落入输沙管，当储沙室内泥沙的重量达到设定值时，由单片机控制第二电机驱动螺旋叶片转动，将储沙室内的泥沙经输沙管的上部出沙口排出。

7.根据权利要求6所述悬移质和推移质输沙率的实时监测方法，其特征在于：单片机将悬移质输沙率和推移质输沙率发送至上位机的pc端显示输出。

技术总结
本发明公开了一种悬移质和推移质输沙率的实时监测装置及其监测方法，该装置包括边沿与河床面齐平的偏心漏斗，在偏心漏斗的底部设置由第一电机驱动的传动轴，在传动轴上正对偏心漏斗下端开口的位置固定安装称沙皿，在称沙皿的底部设置压力传感器，在传动轴的下方设置漏斗状储沙室，该储沙室的下端开口与倾斜向上的输沙管的底部进沙口相连接，在输沙管内设置从底部进沙口向上部出沙口延伸的螺旋叶片，该螺旋叶片由第二电机驱动。本发明所公开的装置，能够有效测量河道在同一截面上的悬移质和推移质输沙率，操作简便，对水流条件扰动小。利用升降装置可实现对同一过水断面不同高度的悬移质输沙率测量，这对实验室模拟实验具有重要意义。

技术研发人员：周承霖;吴臻涛;李豪;姚骄航;杨文菲;拾兵
受保护的技术使用者：中国海洋大学
技术研发日：2021.04.26
技术公布日：2021.07.23