一种用于间歇风沙流的临界起沙风速测定装置的制作方法

1.本发明涉及环境监测设备领域，具体为一种用于间歇风沙流的临界起沙风速测定装置。


背景技术：

2.沙质荒漠化是荒漠化的主要类型。我国沙漠及沙漠化土地的面积高达149万平方公里，约占国土面积的15.5％，是世界上荒漠化最严重的国家。风沙危害是沙区的主要环境灾害形式。风沙流中的沙粒对交通设施和通信传输都有很大的破坏作用。因此，对风沙活动进行系统监测和科学研究是沙漠化防治的重要基础，而提高监测效率和观测精度是当前面临的主要问题。
3.野外真实条件下的风场和风沙流运动具有明显的不稳定(间歇性)特征，且风沙流对风场的响应不能在时间上完全同步，这给在野外环境下判定风沙流的临界起沙风速带来了极大的困难。目前常采用的起沙风速测定，主要采用人为主观判定起沙，并以相应条件下一定时段内的平均风速作为临界风速。考虑到风沙流的不稳定性和对风速响应的滞后性等特点，上述传统的临界风速判定方式会引起很大的测量误差。目前尚没有判定依据相对客观、可以直接测定风沙流起动风速的设备。


技术实现要素：

4.本发明提供了一种可用于野外间歇风沙流的临界起动风速测定装置，有效的解决了现有技术中存在的问题，本装置采用可随风向活动的地表风沙监测装置安装光电感应探头连续观测近地表输沙通量，并利用一维热线风速仪对不同高度的风速进行实时观测，通过实时分析测量时段内输沙通量和风速的概率分布曲线，获得准确的临界起沙风速值。
5.为实现上述目的，本发明采用的技术方案具体如下：
6.一种用于间歇风沙流的临界起沙风速测定装置，包括基座1，基座1上安装有转轴承2，其特征在于：所述基座1内安装有机箱组3，通过转轴承2安装有伸缩杆5，在伸缩杆上安装有风力驱动标6和地表风沙监测框7，所述地表风沙监测框7上安装有光电感应探头8。
7.所述基座1上安装有与机箱组3连接的外接插头4。
8.所述机箱组3设有存储器和电源组。
9.所述风力驱动标6和地表风沙监测框7呈直线安装于伸缩杆5的两侧。
10.所述地表风沙监测框7一端设置有缺口，缺口的两端用于安装光电感应探头8，且光电感应探头8与机箱组3线路连接。
11.所述地表风沙监测框7上安装有一维热线风速仪9，一维热线风速仪9与机箱组3线路连接。
12.所述伸缩杆5端头安装有安装杆10，安装杆10上安装有若干一维热线风速仪9，一维热线风速仪9与机箱组3线路连接。
13.本发明的有益效果为：1)本装置在地表采用流动数据监测，不会产生流沙堆积，适
合野外风沙流长期定点监测，能有效的保证监测时长，降低人工成本，观测数据对于沙漠地区工程防沙设计具有重要的参考价值。
14.2)本装置采用风力作为驱动力，可实时使得地表风沙监测框朝向风向，可有效地监测地表的风沙数据和风力数据。
15.综上所述，本本装置在可随风向活动的地表风沙监测框安装光电感应探头，可实时对地表的流沙数据进行准确监测，能有效的提高地表风沙监测效率和观测精度。
附图说明
16.图1为本实用结构示意图；
17.图2是安装单元剖视图；
18.图3是地表风沙监测结构示意图；
19.图4是安装杆和一维热线风速仪安装结构示意图；
20.图中所示：基座1、转轴承2、机箱组3、外接插头4、伸缩杆5、风力驱动标6、地表风沙监测框7、光电感应探头8、一维热线风速仪9、安装杆10。
具体实施方式
21.下面结合附图并通过具体的实施例进一步的说明本发明的技术方案：
22.实施例1
23.如图1-4所示，一种用于间歇风沙流的临界起沙风速测定装置，旨在提供一种能够精确的测量地表的风沙数据和风力数据的装置。包括安装单元、地表风沙监测单元和风力监测单元，具体安装结构如下所述。
24.如图2所示，安装单元包括基座1、转轴承2和伸缩杆5。基座1为锥形壳体，使用时，需将基座1预埋于地下，将整个装置固定。基座1上安装有转轴承2，通过转轴承2安装有可旋转的伸缩杆5。
25.通过伸缩杆5安装有风力驱动标6和地表风沙监测框7。为保证地表风沙能准确监测，风力驱动标6和地表风沙监测框7呈直线安装于伸缩杆5的两侧。
26.地表风沙监测框7如图3所示，为矩形框，框体内部中空，用于穿插线路。在矩形框的一端设置为缺口，用于安装光电感应探头8。当地表风沙通过光电感应探头8时，对光束进行遮挡，进而产生不同大小的电流，从而进行地表风沙量监测。
27.在地表风沙监测框7上安装有一维热线风速仪9，用于监测地表风速。
28.伸缩杆5上安装有安装杆10，通过安装有安装有三组一维热线风速仪9，可精确监测风力大小。
29.在基座1内安装有机箱组3和外接插头4，机箱组3设有存储器和电源组。光电感应探头8和若干一维热线风速仪9均通过线路与机箱组3连接，实现数据的传输保存。
30.具体过程如下：将安装光电感应探头8布置在近地表10cm高度处,用于获取穿过探头测量区域的输沙通量，通过分析近地表的输沙通量的时间序列，统计观测时间段t
1-t0内q＝0的累计时间t，及其在总测量时间上的占比α％，同时针对不同高度,本实施例为距地z＝10cm、30cm、50cm三个高度的风速时间序列可以得到风速概率密度分布，对风速概率密度从0至某值的积分值为α％时，此时对应的风速值即为相应高度的临界起沙风速。通过对多个
高度平均风速信息的分析(假设平均风速满足对数规律u
t
＝[(u
*t
/0.4)ln(z/z0)]还可以进一步获得所测地表的粗糙度值(z0)以及临界起沙风速对应的摩阻风速值(u
*t
)。光电感应探头在获取输沙通量的同时，也可以得到颗粒的粒径分布信息，进而提供所测得起沙风速对应的颗粒粒径信息。至此，设备实现了对野外临界起沙风速及相应环境条件例如摩阻风速、地表粗糙度、颗粒粒径等的系统测定
[0031]
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
[0032]
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。


技术特征：
1.一种用于间歇风沙流的临界起沙风速测定装置，包括基座，基座上安装有转轴承，其特征在于：所述基座内安装有机箱组，通过转轴承安装有伸缩杆，在伸缩杆上安装有风力驱动标和地表风沙监测框，所述地表风沙监测框上安装有光电感应探头。2.根据权利要求1所述的一种用于间歇风沙流的临界起沙风速测定装置，其特征在于：所述基座上安装有与机箱组连接的外接插头。3.根据权利要求2所述的一种用于间歇风沙流的临界起沙风速测定装置，其特征在于：所述机箱组设有存储器和电源组。4.根据权利要求1所述的一种用于间歇风沙流的临界起沙风速测定装置，其特征在于：所述风力驱动标和地表风沙监测框呈直线安装于伸缩杆的两侧。5.根据权利要求1所述的一种用于间歇风沙流的临界起沙风速测定装置，其特征在于：所述地表风沙监测框一端设置有缺口，缺口的两端用于安装光电感应探头，且光电感应探头与机箱组线路连接。6.根据权利要求5所述的一种用于间歇风沙流的临界起沙风速测定装置，其特征在于：所述地表风沙监测框上安装有一维热线风速仪，一维热线风速仪与机箱组线路连接。7.根据权利要求1所述的一种用于间歇风沙流的临界起沙风速测定装置，其特征在于：所述伸缩杆端头安装有安装杆，安装杆上安装有若干一维热线风速仪，一维热线风速仪与机箱组线路连接。

技术总结
本发明涉及环境监测设备领域，具体为一种用于间歇风沙流的临界起沙风速测定装置；包括基座，基座上安装有转轴承，其特征在于：所述基座内安装有机箱组，通过转轴承安装有伸缩杆，在伸缩杆上安装有风力驱动标和地表风沙监测框，所述地表风沙监测框上安装有光电感应探头。本装置采用可随风向活动的地表风沙监测装置安装光电感应探头连续观测近地表输沙通量，并利用一维热线风速仪对不同高度的风速进行实时观测，通过实时分析测量时段内输沙通量和风速的概率分布曲线，获得准确的临界起沙风速值。值。值。


技术研发人员：张洁 谢建勇 李遨 宋彦宏 徐立航 黄宁
受保护的技术使用者：兰州大学
技术研发日：2021.11.30
技术公布日：2022/3/3