专利名称：一种水中植被受力测量装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种实验量测装置，尤其涉及一种水中植被受力测量装置。
背景技术：
植被是自然河流的组成部分，它为水生生物提供了栖息地和食物来源，净化了河水水质，在防止水流对河岸侵蚀及维持河床稳定方面起着重要作用。近年来，随着河流水污染问题的日益严重和人们对水生生态环境重要性的逐渐认识，人工湿地及河道生态修复工程成为了治理水污染问题的重要手段。在人工湿地植物选择上，人们主要从对污水的净化能力强、具有抗逆性、管理简单、综合利用价值高等方面上考虑筛选出适宜的植物。在河道生态修复工程中，净化水质和景观美感是河道综合整治的重要组成部分和追求的目标，所以在植物选择上和工程设计中，目前主要考虑对滨水生态的重塑和贴近自然的还原，缺乏 考虑引入植被后对水流流态的影响，及其对人工湿地净化的影响和对及河道行洪安全造成的很大隐患。因此研究植被与水流之间的水力学关系成为国内外学者研究的焦点。其中植被在水中的受力分析更成为植被与水流之间相互作用的机制的关键。由于河流中植物的阻水机理及水流紊动特性非常复杂，对于单株或单排植被具体受力测量尚缺少测量精确、操作简单的装置，针对各种测力仪，前人进行了大量的研究，有用于石油管井领域的测力装置(CN 2339983Y)，有用于称重测量(CN 1076779A)。但是这些测力装置大都是基于传统的力学测量设计思路，没有考虑水流流态等因素影响，不适用于水中植被的受力测量。对于水中植被测力，部分学者试图通过植被弯曲状态推算出受力情况，或利用弹簧秤等进行测量受力，但是测量精度有待进一步提高。本发明操作简单、测量精确，可以实时读取植被水中受力大小，可广泛应用于河道生态修复中植被格局配置的研究及工程设计。
发明内容
水中植被力学分析是研究植被与水流之间相互作用的关键。鉴于上述现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种实时监测植被在水中受力情况，水流流态可以根据需要进行调节，植被位置可以调整，从而达到实时显示、多流态、多点位的水中植被受力测量的装置。本发明所述的装置是由三个部分组成的循环水槽、测力装置和信号处理及显示。循环水槽包括水槽体、供水泵、进出水管道及阀门、坡度调节支架、控制闸门、水位测针、水箱七个部分。循环水槽主要是提供测力环境，通过供水泵、控制闸门和坡度调节支架改变所需的水力条件流量、水位和坡度。测力装置包括压力传感器、植被固定支架、滚轮和覆盖板。在水槽体设置若干个测力装置插槽，在测量时可根据需要在不同测量点中变换。该部分主要是测量植被在水中受力大小。测力装置的数量一般设3个或者5个。本发明所述装置，其操作步骤为，循环水槽利用坡度调节支架调整测量环境的坡度，利用曼宁公式估算出水深，确定植被在水中的水力环境，然后将植被放置在固定支架上，接着放置好覆盖板减小测力装置对水流的扰动。待水流平稳后，开始进行植被受力测量，植被及其固定装置安置在滚轮上可以左右移动，同时压力传感器感应植被及其固定装置的移动，将感应信号反馈到测量电路，经过放大器、模数转换器、计数器，最终得到植被在水中的受力情况。所述的传感器测量的信号与测量电路连接，通过监测传感器上的信号变化可以得到植被在水中受力的情况。所用的测量电路及受力分析方法均为现有成熟技术，由于并非本发明要解决的问题，因而不再一一描述。传感器可用其它能够测量应力变化的不同类型的传感器。
图I可调坡循环水槽示意图。(1，水泵；2，进水管段；3，涡轮流量计；4，节流阀；5，整流栅；6，实验水槽首部；7，实验水槽进水口 ；8，水位测针；9，实验水槽坡度调节支架；10，植被受力测量装置；11，实验水槽；12，实验水槽出水口 ； 13，水箱；14，进水管段出水口 ；15，实验水槽支架；16，调节水深的控制闸门)。 图2植被受力测量装置示意图。(1，小车；2，植被固定装置；3，压力传感器；4，滚轮；5，覆盖板；6，滑杆；7，支架)。图3信号处理电路原理示意图。
具体实施例方式如附图1，水箱13内的水泵I将水抽入进水管段2内，经过安装在进水管段2中的电磁流量计3、节流阀4、整流栅5、槽身首部6，由实验水槽进水口 7进入实验水槽11的实验段。水在通过实验段中，经过水位测针8和植被受力测量装置10后，从水槽11尾部的出水口 12流入水箱13，实验水槽11的坡度调节可以通过前后实验水槽坡度调节支架9完成。整个实验槽体使用有机玻璃板，可无障碍的观察植被受水流影响的过程。接着，测力装置是由小车I、植被固定装置2、压力传感器3、滚轮4、覆盖板5、滑杆6和支架7组成；其中覆盖板5采用与槽身相同或近似的材料放置在支架7上，植被固定装置2将植被固定在小车I上，小车I上的滚轮4可沿滑杆6在支架7上左右移动，压力传感器3连接着小车1，小车I的移动引起压力传感器3的形变，压力传感器3将输出的电信号经高精度放大器放大之后，送到模数转换器，将模拟信号变成数字信号送计数器，CPU再从计数器读取数字量；通过对数字量的处理，将处理结果送显示屏显示，根据需要可选择存储该数据；所用的测量电路及受力分析方法均为现有成熟技术，由于并非本发明要解决的问题，因而不再一一描述。压力传感器9也可以用其它能够测量应力变化的不同类型的传感器。(实施例)
下面，结合实施例，对本发明的一种水中植被受力测量装置进行进一步说明。为测定芦苇植株在河道中对水流的阻碍作用，确定单株芦苇的阻力系数，并研究芦苇在河道不同位置对水流阻力的变化情况，实验芦苇的高度为60cm，茎粗为O. 7cm,以某实验用水泥明渠作为实施对象，该明渠长30m，宽I. 3m，深lm。该明渠为定坡渠道，坡度i=5%。，边壁及渠底均用水泥衬砌。水流通过管道离心泵(型号200-200 (I)A，最大流量100L/s,设有进水阀门)，由蓄水池抽到平水塔，而后水流经过量水堰跌入静水池，经稳定设施后进入水槽，流经槽身后，又重新回到蓄水池。采用本发明的装置，在现有系统基础之上进行改造，首先在明渠底部安置3个30X 20X 15cm (LXWXH)大小的凹槽，然后制作3个测力装置，小车的重量为200g，压力传感器采用Vishay公司P350，测力范围为0-44N，然后将其放入凹槽，安置好植被后，进行测量。其次利用本发明的信号处理系统修改现有可编程序控制器上的控制程序。以上实施例，仅是用于详细说明本发明，并不用来限定本发明的保护范围。 ·
权利要求
1.一种水中植被受力测量装置，其特征在于，由循环水槽、测力装置和信号处理及显示三个部分组成；循环水槽由水槽体、供水泵、进出水管道及阀门、坡度调节支架、控制闸门、水位测针、水箱七个部分组成，主要是提供测力环境，通过供水泵、控制闸门和坡度调节支架改变所需的水力条件流量、水位和坡度；测力装置由压力传感器、植被固定支架、滚轮、覆盖板四个部分组成，在水槽体设置若干个测力装置插槽，在测量时根据需要在不同测量点中变换位置。
2.根据权利要求I所述的一种水中植被受力测量装置，其特征在于，利用循环水槽中的供水泵、坡度调节支架、阀门和控制闸门控制待测植被在水中的水力环境，然后将待测植被放置于植被固定支架上，并放置覆盖板减小测力装置对水流的扰动，植被在水中受力使得固定装置发生位移，压力传感器根据其位移大小产生感应信号并反馈到测量电路，经过放大器、模数转换器、计数器，得出植被在水中的受力大小。
全文摘要
本发明涉及一种水中植被受力测量装置，包括循环水槽、测力装置、信号处理及显示。其中循环水槽包括水槽体、供水泵、坡度调节支架、进出水管道及阀门、控制闸门、水位测针、水箱。测力装置包括压力传感器、植被固定支架、滚轮、覆盖板。利用循环水槽中的供水泵、坡度调节支架、阀门和控制闸门控制待测植被在水中的水力环境，然后将待测植被放置于固定支架上，并放置覆盖板减小测力装置对水流的扰动。植被在水中受力使得固定装置发生位移，压力传感器根据其位移大小产生感应信号并反馈到测量电路，经过放大器、模数转换器、计数器，得出植被在水中的受力大小。本发明操作简单、测量精确，可以实时读取植被水中受力大小，可广泛应用于河道生态修复中植被格局配置的研究及工程设计。
文档编号G01M10/00GK102901614SQ201210382488
公开日2013年1月30日 申请日期2012年10月11日 优先权日2012年10月11日
发明者张化永, 徐卫刚, 王中玉, 黄文沛 申请人:华北电力大学