坡面径流全过程自动监测装置的制作方法

本发明涉及测量技术领域，具体涉及一种坡面径流过程中径流量及含沙量的自动测量装置。

背景技术：

在水土保持研究和水土流失监测工作中，卡口站及坡面径流小区在历次降雨过程中产生的径流量和泥沙含量是十分重要的两项观测指标，其对水土资源保护与生态环境的改善都有重要意义。当前对径流量及泥沙含量的监测主要是人工观测为主。比如坡面径流小区的径流量的测量需要观测人员在现场通过水位尺测量并记录集流池中的水位高度，回室内计算单次降雨的径流总量。泥沙含量的测量通常要现场对集流池内水和泥沙搅拌均匀，然后采集水样，再拿到室内进行过滤烘干，称重后计算单次降雨产生的平均泥沙含量。人工测量不仅测量周期长，耗时费力，而且测量结果容易受人为因素干扰，无法实时连续的全过程监测。

目前，市场上公开了几种同时测量径流量和泥沙含量的测量装置，比如公开号为cn105371904a及cn104165817b的中国专利，二者的共同特点是都采用一个水样采样器（测量桶），并在底部配合排样阀门排出水样。这种结构设计存在两个问题，一个是单采样器无法排除相邻两次水样进入排出的相互影响。即单采样器在没有水样进样阀门控制的情况下（cn104165817b的中国专利），当水位达到设定高度，排样阀门排出水样的同时新产生的径流会一同流入测量桶采样器（测量桶），未排出的水样和新进入的水样混在一起，显然无法准确测量径流量和泥沙量。如果配合有水样进样阀门控制的情况下（cn105371904a），当溢流口检测到溢流关闭进入阀门，此时新产生的径流会被阻隔在外，需等待控制器测量径流量和泥沙含量，然后打开排样阀门排出采样器中的径流，还要进行空淋清洗采样器，最后才能打开进样阀门。这一等待过程过于复杂漫长，对于径流量非常大的情况下，会严重阻碍正常的径流过程，从而影响测量的实时性和准确性。二是排水阀排水速度过慢，而且极易损坏。排水阀（电磁阀）设计一般用于排放清水，当用来排出含沙量大的水样时就会容易磨损，导致密封不严漏水，或者泥沙量巨大时会堵住阀体无法打开。且排水阀的通径一般不超过dn50，排出水样速度慢，延长了水样排出时间。同样会影响测量的实时性和准确性。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是：提供一种坡面径流全过程自动监测装置，避免径流量和泥沙含量测量过程中相邻水样之间相互影响，以及水样排水时间过长的问题，真正实现对坡面径流量和泥沙含量快速、实时、准确测量的目的。

本发明的技术解决方案是：坡面径流全过程自动监测装置，包括测量桶、称重传感器、液位传感器和控制系统，称重传感器用于称量测量桶内水样的质量，液位传感器用于检测测量桶的液位，称重传感器和液位传感器与控制系统分别连接，所述测量桶为相邻设置的两个，测量桶底部设有座架，测量桶铰接在座架上，座架上设有倒水装置，通过倒水装置可以推动测量桶沿其与座架的铰接轴翻转将水倒出，测量桶的上方设有与径流出水口连接的分水装置，分水装置包括摆头装置和分水头，分水头可转动地与径流出水口连接，通过摆头装置控制实现摆头动作，用于将径流出水口流入的水交替分配到两个测量桶中，倒水装置和摆头装置分别与所述控制系统连接。

本发明的技术效果是：采用倒水装置的设计具有排出水样速度快的优点，不会阻碍正常径流过程，同时两个测量桶交替配合测量径流量和泥沙含量不会产生相互干扰，进一步提高了测量的实时性和准确性。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，坡面径流全过程自动监测装置，包括测量桶1、称重传感器、液位传感器2和控制系统，称重传感器用于称量测量桶1内水样的质量，液位传感器2固定在测量桶1直立面侧壁的外表面，用于检测测量桶1内水样的液位高度，称重传感器和液位传感器2与控制系统分别连接，所述测量桶1为相邻设置的两个，测量桶1底部设有座架3，测量桶1铰接在座架3上，座架3上设有倒水装置，通过倒水装置可以推动测量桶1沿其与座架3的铰接轴4翻转将水倒出，测量桶1的上方设有与径流出水口连接的分水装置，分水装置包括摆头装置和分水头5，分水头5可转动地与径流出水口连接，通过摆头装置控制实现摆头动作，用于将径流出水口流入的水交替分配到两个测量桶1中，倒水装置和摆头装置分别与所述控制系统连接。

所述倒水装置包括倒水连杆6、倒水摆杆7和倒水电机8，倒水连杆6铰接在测量桶1的桶壁上，倒水摆杆7一端与倒水电机8的输出端固定连接，另一端与倒水连杆6铰接，倒水电机8固定在所述座架3上。

所述测量桶1通过座架3放置在称重传感器上。

所述摆头装置包括摆头连杆9、摆头摆杆10和摆头电机11，摆头连杆9铰接在分水头5上，摆头摆杆10一端与摆头电机11的输出端固定连接，另一端与摆头连杆9铰接，通过摆头电机11可驱动分水头5实现摆动。

所述分水头5上固定有管箍12，所述摆头连杆9铰接在管箍12上。

所述分水头5通过管架13固定，分水头5可转动地连接在管架13上，所述摆头电机11与管架13固定连接。管架13设有一个用于悬挂分水头5的圆孔，分水头5穿在该圆孔中，由固定在分水头5上的环形挡圈14限位，使分水头5悬挂在管架13上。环形挡圈14处可设置轴承。

所述液位传感器2固定在测量桶1的侧壁上。

所述测量桶1优选为纵向截面呈梯形的上敞口的斗形容器，其前后倒水方向的两侧壁为倾斜面，左右两侧壁为直立面，底部为平面。

采用双测量桶集水、分水机构和控制器构成坡面径流全过程自动监测装置。坡面径流通过分水头注入到第一个测量桶内，当水位达到设定高度，液位传感器向控制系统发出水位到达信号，控制系统控制分水头转向，将水样注入另外一个测量桶，此时控制系统根据第一测量桶内的液位高度和水样重量计算出径流量和含沙量，并存储在系统内，记量结束后将水样倒掉，完成第一测量桶的测量过程。当第二测量桶水位达到设定高度后，控制系统再次控制分水头转向第一测量桶，此时即可对第二测量桶内的径流量和泥沙含量进行测量和存储，记量结束后倒掉水样，完成一个测量周期，如此往复可以对坡面径流全过程进行自动监测。

技术特征：

技术总结
坡面径流全过程自动监测装置涉及测量技术领域，包括测量桶（1）、称重传感器、液位传感器（2）和控制系统，测量桶（1）底部设有座架（3），测量桶（1）铰接在座架（3）上，座架（3）上设有倒水装置，可以推动测量桶（1）沿其与座架（3）的铰接轴（4）翻转将水倒出，测量桶（1）的上方设有与径流出水口连接的分水装置，分水装置包括摆头装置和分水头（5），分水头（5）可转动地与径流出水口连接，通过摆头装置控制实现摆头动作。采用倒水装置的设计具有排出水样速度快的优点，不会阻碍正常径流过程，同时两个测量桶交替配合测量径流量和泥沙含量不会产生相互干扰，进一步提高了测量的实时性和准确性。

技术研发人员：李勇涛;焦宝明;刘凤飞;高延宸
受保护的技术使用者：黑龙江省水利科学研究院
技术研发日：2018.11.26
技术公布日：2019.03.08