可拆卸移动燕尾式梯度沙通量采集仪

1.本发明涉及集沙仪技术领域，具体而言，涉及一种可拆卸移动燕尾式梯度沙通量采集仪。


背景技术：

2.输沙率是指风沙流在单位时间内在单位宽度上输运的沙量，也称为单宽输沙率。输沙率是衡量风沙流挟沙量的重要参数，它与风速的关系直接影响沙漠迁移和扩展，是长期以来人们集中研究的核心课题之一，其观测主要采用集沙仪观测。
3.目前，科学界的集沙仪观测主要有三种方式。第一种是人工收集式集沙仪，即用收集盒、桶、袋等容器将运移的沙粒收集起来，之后人工将其带回称重获得数据，其劣势是需要人工定期采集称重。第二种是基于前者，将称重传感器放置在容器底部，继而获取数据，虽在一定程度可以获取动态数据，但让需人工定期清理，如容器满后，数据作废。第三种是基于电流的变化，称为风蚀传感器，其利用沙粒击打在传感器上，利用沙粒对电流产生的影响，继而获得沙粒数量和能量，但此方式存在的缺点是只有固定粒径范围内的沙粒才能记录，超过粒径范围的沙粒无法记录。


技术实现要素：

4.本发明的目的包括提供了一种可拆卸移动燕尾式梯度沙通量采集仪，其能够利用沙粒击打产生的声波，统计出沙粒的数量和质量，不仅实现自动记录采集，而且弥补现有风蚀传感器不能记录超过粒径范围的沙粒的缺陷和不足。
5.本发明的实施例可以这样实现：
6.本发明提供一种可拆卸移动燕尾式梯度沙通量采集仪，所述可拆卸移动燕尾式梯度沙通量采集仪包括：
7.梯度式支架；
8.多个滑动支架，可滑动地安装在所述梯度式支架上，多个所述滑动支架沿高度方向分布；
9.声波式集沙模块，包括声波扩大器，所述声波扩大器安装在所述滑动支架上，所述声波扩大器用于承受风沙流中沙粒的撞击，所述声波式集沙模块根据撞击产生的声波，统计出所述沙粒的数量a、质量m以及总质量m。
10.本发明实施例提供的可拆卸移动燕尾式梯度沙通量采集仪的有益效果包括：
11.1.风沙流中夹带的沙粒撞击到声波扩大器会产生声波，通过声波记录仪记录沙粒撞击产生的声波，形成声波图谱，其中，所述声波式集沙模块根据撞击产生的声波，统计出所述沙粒的数量a和质量m，从而能够计算出特定时间段内撞击到声波扩大器的沙粒的总质量m，起到集沙仪的功能；
12.2.在梯度式支架上沿高度方向分布有多个滑动支架，每个滑动支架上都安装有声波扩大器，能实现对不同高度的沙粒的采集，采集到的总质量m对于风沙流结构特征的研究
具有代表性，进一步，减小了输沙率与实际输沙率之间的误差，对土壤抗风蚀能力的评估精度也更高；
13.3.可拆卸移动燕尾式梯度沙通量采集仪几乎适用于所有粒径范围的沙粒，只要沙粒能够撞击到声波扩大器上发出声响即可，使用范围受到环境的影响较小。
14.在可选的实施例中，所述梯度式支架包括：
15.多个竖直段，上方的所述竖直段相比于下方的所述竖直段位于所述风沙流的吹动方向的后方，所述滑动支架安装在所述竖直段上，上方的所述声波扩大器晚于下方的所述声波扩大器接触到所述风沙流，上方的所述声波扩大器阻挡下的所述沙粒下落到下方的所述声波扩大器的后方。
16.这样，上方的声波扩大器在承受沙粒的撞击后，沙粒在重力的作用下自由下落，并落在下方的所述声波扩大器的后方，不会撞击到下方的所述声波扩大器的检测表明，避免下落的沙粒影响下方的风沙流，保证下方的声波扩大器的检测精度。
17.在可选的实施例中，所述梯度式支架还包括：
18.多个水平段，所述竖直段与所述水平段依次交替连接，每个所述水平段的两端均垂直连接有所述竖直段，所述水平段的延伸方向平行于所述风沙流的流动方向。
19.这样，梯度式支架的整体形状呈现阶梯样式，结构简单、组装方便，特别是不会造成声波扩大器的检测相互干扰。
20.在可选的实施例中，相邻两个所述竖直段之间的间距等于所述水平段的长度。
21.这样，上下相邻两个声波扩大器的水平间距足够，保证相邻两个声波扩大器的检测互不干扰。
22.在可选的实施例中，所述竖直段沿高度方向间隔开设有卡槽，所述滑动支架上设置有弹性卡扣，在所述弹性卡扣卡入所述卡槽的情况下，所述滑动支架固定在所述竖直段上，在所述弹性卡扣脱离所述卡槽的情况下，所述滑动支架可沿所述竖直段滑动。
23.这样，滑动支架在竖直段上滑动方便，需要固定滑动支架时，操作方便。
24.在可选的实施例中，所述滑动支架包括：
25.套筒，套设在所述竖直段上；
26.两个支撑架，分别连接在所述套筒的相对两端，每个所述支撑架上安装一个所述声波扩大器。
27.这样，滑动支架结构简单、组装方便，而且，滑动支架的相对两端各安装一个所述声波扩大器，使滑动支架在实际使用过程中，受到的风沙流的冲击力左右平衡，提高装置的稳定性。
28.在可选的实施例中，同一所述滑动支架上的两个所述声波扩大器对称设置。
29.在可选的实施例中，所述声波式集沙模块还包括：
30.所述声波记录仪，与所述声波扩大器连接，所述声波记录仪用于记录所述声波，并形成声波图谱；
31.所述采集仪，与所述声波记录仪连接，所述采集仪用于根据所述声波图谱统计出所述沙粒的数量a和质量m，并根据所述数量a和所述质量m，计算出所述沙粒的总质量m。
32.在可选的实施例中，所述采集仪用于根据所述声波图谱的波峰数量b，得出所述沙粒的数量a，还用于根据所述声波图谱的单个波峰的振幅a，得出单颗所述沙粒的能量p，并
根据单颗所述沙粒的能量p，得出单颗所述沙粒的质量m。
33.在可选的实施例中，单颗所述沙粒的质量m的计算公式为：
34.m＝p/v
35.式中，v为所述沙粒的速度，所述沙粒的速度等于所述风沙流的速度；
36.所述沙粒的总质量m的计算公式为：
37.m＝m1+m2+
…
+mn
38.式中，m1、m2
…
mn分别为n颗沙粒的质量。
附图说明
39.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
40.图1为本发明实施例提供的可拆卸移动燕尾式梯度沙通量采集仪的第一视角的结构示意图；
41.图2为本发明实施例提供的可拆卸移动燕尾式梯度沙通量采集仪的第二视角的结构示意图；
42.图3为声波式集沙模块的组成示意图。
43.图标：100-可拆卸移动燕尾式梯度沙通量采集仪；1-梯度式支架；11-竖直段；12-水平段；2-滑动支架；21-套筒；22-支撑架；3-声波式集沙模块；31-声波扩大器；32-声波记录仪；33-风速采集传感器；34-采集仪；35-太阳能板；36-蓄电瓶；37-保护壳。
具体实施方式
44.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
45.因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
46.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
47.在本发明的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
48.需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例中的特征可以相互结合。
49.请参考图1和图2，本实施例提供了一种可拆卸移动燕尾式梯度沙通量采集仪100，
可拆卸移动燕尾式梯度沙通量采集仪100包括梯度式支架1、滑动支架2和声波式集沙模块3。
50.多个滑动支架2，可滑动地安装在梯度式支架1上，多个滑动支架2沿高度方向分布。声波式集沙模块3包括声波扩大器31，声波扩大器31安装在滑动支架2上，声波扩大器31用于承受风沙流中沙粒的撞击，声波式集沙模块3根据撞击产生的声波，统计出沙粒的数量a、质量m以及总质量m。
51.梯度式支架1包括多个竖直段11和多个水平段12，竖直段11与水平段12依次交替连接，每个水平段12的两端均垂直连接有竖直段11，水平段12的延伸方向平行于风沙流的流动方向。这样，梯度式支架1的整体形状呈现阶梯样式，结构简单、组装方便。
52.上方的竖直段11相比于下方的竖直段11位于风沙流的吹动方向的后方，滑动支架2安装在竖直段11上，上方的声波扩大器31晚于下方的声波扩大器31接触到风沙流，上方的声波扩大器31阻挡下的沙粒下落到下方的声波扩大器31的后方。这样，上方的声波扩大器31在承受沙粒的撞击后，沙粒在重力的作用下自由下落，并落在下方的声波扩大器31的后方，不会撞击到下方的声波扩大器31的检测表明，避免下落的沙粒影响下方的风沙流，保证下方的声波扩大器31的检测精度。优选地，相邻两个竖直段11之间的间距等于水平段12的长度。这样，上下相邻两个声波扩大器31的水平间距足够，保证相邻两个声波扩大器31的检测互不干扰。
53.竖直段11沿高度方向间隔开设有卡槽(图中未示出)，滑动支架2上设置有弹性卡扣(图中未示出)，在弹性卡扣卡入卡槽的情况下，滑动支架2固定在竖直段11上，在弹性卡扣脱离卡槽的情况下，滑动支架2可沿竖直段11滑动。这样，滑动支架2在竖直段11上滑动方便，需要固定滑动支架2时，操作方便。
54.请查阅图2，滑动支架2包括套筒21和两个支撑架22，套筒21套设在竖直段11上；两个支撑架22分别连接在套筒21的相对两端，每个支撑架22上安装一个声波扩大器31，优选地，同一滑动支架2上的两个声波扩大器31对称设置。这样，滑动支架2结构简单、组装方便，而且，滑动支架2的相对两端各安装一个声波扩大器31，使滑动支架2在实际使用过程中，受到的风沙流的冲击力左右平衡，提高装置的稳定性。
55.请查阅图3，声波式集沙模块3包括声波扩大器31、声波记录仪32、风速采集传感器33、采集仪34、太阳能板35、蓄电瓶36和保护壳37。
56.声波扩大器31为板状结构，声波扩大器31上可以设置硬质的板材，例如金属板材或塑料板材，用于承受风沙流中沙粒的撞击，声波扩大器31将撞击产生的声波传输给声波记录仪32。
57.保护壳37安装在声波扩大器31背风的一侧，保护壳37能够防止声波扩大器31的背面承受沙粒的撞击、造成不必要的噪音。
58.声波记录仪32采用录音机的原理，声波记录仪32用于记录声波，并形成声波图谱。
59.采集仪34可以选用具有数据处理功能的控制器，采集仪34用于从声波记录仪32获取声波图谱，根据声波图谱统计出沙粒的数量a和质量m，并根据数量a和质量m，计算出沙粒的总质量m。
60.具体的，采集仪34用于根据声波图谱的波峰数量b，得出沙粒的数量a。也就是说，声波图谱中的波峰数量b能够反映沙粒的数量a，一颗沙粒撞击到声波扩大器31上就会形成
一个波峰，这样，声波图谱的波峰数量b就等于沙粒的数量a。
61.采集仪34还用于根据声波图谱的单个波峰的振幅a，得出单颗沙粒的能量p，并根据单颗沙粒的能量p，得出单颗沙粒的质量m。也就是说，不同能量的沙粒撞击到声波扩大器31上形成的波峰的振幅a不同，这样，声波图谱的单个波峰的振幅a就能反映单颗沙粒的能量p，具体的，单个波峰的振幅a与单颗沙粒的能量p成正相关。而且，单颗沙粒的能量p与单颗沙粒的质量m成正比，这样，就能推算出单颗沙粒的质量m，之前已经计算出沙粒的数量a，从而就能计算出沙粒的总质量m。
62.其中，单颗沙粒的质量m的计算公式为：
63.m＝p/v
64.式中，v为沙粒的速度，沙粒的速度等于风沙流的速度，风速采集传感器33与采集仪34电连接，风速采集传感器33用于采集风沙流的速度。
65.沙粒的总质量m的计算公式为：
66.m＝m1+m2+
…
+mn
67.式中，m1、m2
…
mn分别为n颗沙粒的质量。
68.太阳能板35、蓄电瓶36和采集仪34依次电连接，太阳能板35用于将太阳能转化成电能、并存储到蓄电瓶36，蓄电瓶36用于向采集仪34供电。这样，即使将本实施例的可拆卸移动燕尾式梯度沙通量采集仪100安装在野外使用，也能通过太阳能板35和蓄电瓶36实现对电能的自采自足，有利于可拆卸移动燕尾式梯度沙通量采集仪100长期稳定使用。
69.本实施例提供的可拆卸移动燕尾式梯度沙通量采集仪100的有益效果包括：
70.1.风沙流中夹带的沙粒撞击到声波扩大器31会产生声波，通过声波记录仪32记录沙粒撞击产生的声波，形成声波图谱，其中，声波式集沙模块3根据撞击产生的声波，统计出沙粒的数量a和质量m，从而能够计算出特定时间段内撞击到声波扩大器31的沙粒的总质量m，起到集沙仪的功能；
71.2.在梯度式支架1上沿高度方向分布有多个滑动支架2，每个滑动支架2上都安装有声波扩大器31，能实现对不同高度的沙粒的采集，采集到的总质量m对于风沙流结构特征的研究具有代表性，进一步，减小了输沙率与实际输沙率之间的误差，对土壤抗风蚀能力的评估精度也更高；
72.3.上方的声波扩大器31在承受沙粒的撞击后，沙粒在重力的作用下自由下落，并落在下方的声波扩大器31的后方，不会撞击到下方的声波扩大器31的检测表明，避免下落的沙粒影响下方的风沙流，保证下方的声波扩大器31的检测精度；
73.4.可拆卸移动燕尾式梯度沙通量采集仪100几乎适用于所有粒径范围的沙粒，只要沙粒能够撞击到声波扩大器31上发出声响即可，使用范围受到环境的影响较小。
74.以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。