积雪升华量测量仪的制作方法

1.本发明涉及环境保护领域，具体而言，涉及一种积雪升华量测量仪。


背景技术：

2.冰雪具有独特的辐射和热力学特性，作为冰冻圈的重要组成部分，其分布约占全球面积的20％。冰雪升华是冰雪覆盖区普遍的水文现象，是区域乃至全球水量平衡、能量平衡及大气环流的重要影响因素，对生态、水文、地貌及气候具有重要影响，被认为是气候变化的指示器。在全球气候变暖背景下，冬季降雪量减少，融雪期的提前，促进了雪升华/蒸发的进行，对流域水资源的利用产生重大不利影响。由于冰雪升华在时空上具有高度的不平衡和缺乏这方面准确预报的手段和信息，因此，对冰雪升华的准确监测既有助于区域水量和能量平衡的认识，也有利于区域水资源的科学管理。积雪升华主要包括地表积雪、冠层积雪和风吹雪升华，其观测方法主要有蒸发器或蒸渗仪法、空气动力学法和涡动相关法等。器测法通过测量盛雪容器前后两次称重之差来确定升华/蒸发量，是一种最直接的测量方法。依据冰雪升华/蒸发人工观测仪器结构的不同，器测法所用仪器包括盛雪容器和蒸渗仪两种，两者之间除明显的结构差异外，盛雪容器一般并不需要测量下渗融水量。器测法可以直接测量冰雪面升华/蒸发，观测仪器结构比较简单，制作费用较低，可以在临近区域实现同步的重复观测，因而被广泛使用。利用器测法观测冰雪升华/蒸发量需要根据实际情况确定合适的盛雪容器或蒸渗仪的结构和大小，并选取与冰雪导热状况类似的材料制作仪器。
3.经发明人研究发现，现有的蒸渗仪存在如下缺点：1）当冬季降雪发生，经过昼融夜冻的积雪层容易形成雪壳，使得蒸渗仪上的积雪会和周围的积雪连接在一起，称重传感器测量的重量变化不能代表蒸渗仪口径大小的积雪的升华量，使得测量的结果误差非常大。使用不便。
4.2）已有的蒸渗仪称重量程较大，但积雪升华量相对土壤植被蒸散发量要小，这就对蒸渗仪称重系统的精度和分辨率要求较高。因此本发明改变蒸渗仪土柱为储雪盘，减小称重传感器的量程从而提高称重传感器的精度。
5.3）由于环境温度的日内波动对称重系统有影响，因此本发明设计储雪盘通过传力杆连接称重传感器和基件，使得称重传感器位于地表以下40cm深度，这样可以降低环境温度对称重传感器的温度漂移。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于提供一种积雪升华量测量仪，其能够实现连续自动化观测，使用便捷灵活。
7.本发明的实施例是这样实现的：本发明提供一种积雪升华量测量仪，包括：基件；储雪盘，所述储雪盘设有储雪槽；
称重传感器，所述储雪盘通过所述称重传感器与所述基件连接；以及切雪组件，所述切雪组件包括减速机力臂和切刀，所述减速机力臂与所述基件连接，所述切刀与所述减速机力臂连接，所述切刀与所述储雪盘的外周面贴合；所述减速机力臂用于驱动所述切刀绕所述储雪盘转动，以将附着于所述外周面的积雪切割分离所述外周面。
8.在可选的实施方式中，所述基件包括外筒和第一隔板，所述外筒设置为一端封闭另一端敞口，所述第一隔板与所述外筒连接且与所述外筒的筒底壁具有间距，所述第一隔板、所述筒底壁和所述外筒的筒内周壁共同限定出储水腔；所述储水腔中设有抽水泵；所述储雪槽的槽口与所述外筒的敞口端位于同一侧，且所述储雪槽的槽口高于所述外筒的敞口端；所述储雪盘位于所述第一隔板远离所述筒底壁的一侧。
9.在可选的实施方式中，所述基件还包括第二隔板，所述第二隔板与所述外筒连接且位于所述第一隔板远离所述筒底壁的一侧；所述减速机力臂与所述第二隔板连接。
10.在可选的实施方式中，所述基件还包括支撑脚和传力杆，所述支撑脚与所述第一隔板连接，所述传力杆贯穿所述第二隔板，所述称重传感器设于所述支撑脚上；所述传力杆的一端与所述称重传感器连接，另一端与所述储雪盘连接。
11.在可选的实施方式中，所述基件还包括托盘，所述托盘与所述传力杆连接，所述储雪盘与所述托盘可拆卸地连接。
12.在可选的实施方式中，所述储雪盘与所述外筒同轴设置，所述储雪盘的外周面与所述外筒的筒内周面之间具有间距以共同限定出环形空间；所述积雪升华量测量仪还包括端盖，所述端盖套接于所述外筒外，且封闭所述环形空间；所述端盖与所述外筒绕所述外筒的轴线可转动地配合；所述切刀与所述端盖连接。
13.在可选的实施方式中，所述切刀设有相连的刮雪面和推雪面，所述刮雪面与所述推雪面具有锐角；所述刮雪面与所述储雪盘的外周面贴合且二者可滑动地连接；所述推雪面用于将切割分离的雪沿所述储雪盘的径向向外引导。
14.在可选的实施方式中，所述切刀具有相对的第一端和第二端，所述第一端的高度低于所述储雪槽的槽口的高度，所述第二端的高度高于所述储雪槽的槽口的高度。
15.在可选的实施方式中，所述减速机力臂包括电机和减速机，所述电机与所述减速机连接，所述减速机与所述切刀连接；所述电机和所述减速机均与所述基件连接。
16.在可选的实施方式中，所述减速机力臂还包括旋转盘和连接件，所述旋转盘与所述减速机连接，所述连接件同时连接于所述旋转盘和所述切刀。
17.本发明实施例的有益效果是：综上所述，本实施例提供了一种积雪升华量测量仪，使用时，将整个装置设置于室外，储雪盘自动进行积雪的收集和储存。储雪盘中的积雪的重量变化后，能够直接通过称重传感器获取，称重传感器实时获取积雪的重量变化情况并传输至终端，通过终端分析得到积雪的变化情况。同时，由于切刀的设计，保证了称重传感器测量的积雪重量的准确性，也即称重传感器测量的积雪重量均为储雪盘中的积雪重量，从而达到单位面积的积雪的升华数据的采集的目的，数据结果更加准确。也就是说，附着在储雪盘外周面上的积雪被切刀切割分离后，这部分积雪不会影响称重传感器的测量结果，同时，积雪不会持续覆盖在储雪盘和基件的连接位置，不会造成大量积雪堆积导致损坏称重传感器的情况，观测更加安全。
附图说明
18.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。
19.图1为本发明实施例的积雪升华量测量仪的结构示意图；图2为本发明实施例的积雪升华量测量仪的部分剖视结构示意图；图3为本图1中a-a处的纵向剖视结构示意图。
20.图标:100-基件；110-外筒；120-第一隔板；130-第二隔板；140-支撑脚；150-传力杆；160-托盘；170-储水腔；200-储雪盘；300-称重传感器；400-切雪组件；410-减速机力臂；411-电机；412-减速机；413-旋转盘；414-连接件；415-微控制器；420-切刀；421-推雪面；500-抽水泵；600-端盖。
具体实施方式
21.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。
22.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。
23.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。
24.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
25.此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
26.在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
27.现有技术中，利用蒸渗仪来观测积雪升华时，由于在观测过程中，积雪不断地堆积在观测系统上，使得观测系统上的称重部分与基体部分均有积雪覆盖，积雪冻结后，位于基体上的积雪的重量也被称重部分获取，如此，观测获取的数据准确性差。同时，积雪较厚时，会压坏称重部分，造成损失。
28.鉴于此，设计者设计了一种积雪升华量测量仪，能实现连续自动检测，且监测数据准确性高，应用价值高。
29.请参阅图1-图3，本实施例中，积雪升华量测量仪包括基件100、储雪盘200、称重传感器300和切雪组件400。基件100用于支设在地面上。储雪盘200设有储雪槽，储雪盘200通过称重传感器300与基件100连接。称重传感器300能够获取储雪盘200和积雪的重量，并且能将重量参数实时传输至后台终端，通过后台终端储存并进行计算分析，最终获取积雪升华相关的数据。切雪组件400包括减速机力臂410和切刀420，减速机力臂410与基件100连接，切刀420与减速机力臂410连接，切刀420与储雪盘200的外周面贴合；减速机力臂410用于驱动切刀420绕储雪盘200转动，以将附着于外周面的积雪切割分离外周面。
30.本实施例提供的积雪升华量测量仪的使用方式包括，例如：使用时，将整个装置设置于室外，利用储雪盘200进行积雪的收集和储存。储雪盘200中的积雪的重量变化后，能够直接通过称重传感器300获取，称重传感器300实时获取积雪的重量变化情况并传输至终端，通过终端分析得到积雪的变化情况。同时，由于切刀420的设计，保证了称重传感器300测量的积雪重量的准确性，也即称重传感器300测量的积雪重量均为储雪盘200中的积雪重量，从而达到单位面积的积雪的升华数据的采集的目的，数据结果更加准确。也就是说，附着在储雪盘200外周面上的积雪被切刀420切割分离后，这部分积雪与位于储雪盘200中的积雪分离，不会影响称重传感器300的测量结果，同时，积雪不会持续覆盖在储雪盘200和基件100的连接位置，不会造成大量积雪堆积导致损坏称重传感器300的情况，观测更加安全。
31.请结合图2，本实施例中，可选的，基件100包括外筒110、第一隔板120、第二隔板130、支撑脚140、传力杆150和托盘160。外筒110设置为圆筒，外筒110的底部封闭，顶部为敞口。第一隔板120和第二隔板130均为圆板，第一隔板120和第二隔板130均设于外筒110内，第一隔板120相比第二隔板130更加靠近外筒110的底部设置。第一隔板120和第二隔板130可以采用焊接、粘接或螺钉等方式固定于外筒110上。具体的，第一隔板120的外周面与外筒110的筒内壁贴合，第二隔板130的外周面与外筒110的筒内壁贴合，第一隔板120和第二隔板130在外筒110的轴线延伸方向上具有间距。第一隔板120与外筒110的筒底壁具有间距，第一隔板120和外筒110共同限定出储水腔170。也就是说，第一隔板120远离第二隔板130的板面、外筒110的部分筒内周壁以及外筒110的筒内底壁共同限定出储水腔170。储水腔170中设置有抽水泵500，抽水泵500的出水口位于储水腔170外，例如，抽水泵500的出水口连通有水管，水管贯穿外筒110的筒周壁，如此，当储水腔170中的水量较多时，抽水泵500启动，将储水腔170中的水抽出即可。应当理解，可以在储水腔170中设置水位计，水位计与抽水泵500的控制器通信连接，水位计用于检测储水腔170的最高水位，当水位计检测到储水腔170的最高水位达到预设值时，水位计将信号传递至控制器，控制器控制抽水泵500启动，实现抽水作业。第一隔板120和第二隔板130之间形成容置腔，支撑脚140和传力杆150位于容置腔中。具体的，支撑脚140设置为三角架，支撑脚140与第一隔板120连接，且支撑脚140可以
相对于第一隔板120调整高度和水平位置。传力杆150与支撑脚140连接，且二者之间设置有称重传感器300。具体的，传力杆150为圆柱形杆，传力杆150贯穿第二隔板130，且传力杆150与第二隔板130间隙配合。通过调整支撑脚140相对于第一隔板120的位置，可以调整传力杆150的位置，从而使传力杆150、第一隔板120、第二隔板130和外筒110同轴设置。
32.可选的，托盘160设置为圆盘，托盘160与传力杆150远离支撑脚140的一端固定连接且二者同轴设置。储雪盘200设于托盘160上，储雪盘200以及积雪的重量可以通过托盘160、传力杆150传递至称重传感器300上。装配完成后，托盘160为第二隔板130远离第一隔板120的一侧。
33.本实施例中，可选的，积雪升华量测量仪还包括端盖600，端盖600套接在外筒110的敞口端，端盖600与外筒110绕外筒110的轴线可转动地连接。端盖600设有通孔，储雪盘200穿设于通孔中并与托盘160连接。同时，端盖600、外筒110、托盘160和储雪盘200均同轴设置。
34.本实施例中，可选的，储雪盘200设置有用于收集积雪的储雪槽，进一步的，储雪槽设置为圆形槽。储雪盘200穿设于端盖600的通孔中，储雪盘200的槽底壁贴合于托盘160上，储雪盘200的槽口高于端盖600。储雪盘200的槽口背离托盘160。也即，在数据采集过程中，雪花从储雪盘200的槽口进入储雪盘200中，储存在储雪盘200中。并且，端盖600能相对于储雪盘200转动。
35.请结合图2和图3，本实施例中，可选的，减速机力臂410包括微控制器415、电机411、减速机412、旋转盘413和连接件414。电机411和减速机412均固定在第二隔板130远离第一隔板120的一侧且均与微控制器415电连接。电机411的输出轴与减速机412的输入部连接，减速机412的输入部与旋转盘413连接，旋转盘413套接在传力杆150外且位于储雪盘200和第二隔板130之间。旋转盘413通过连接件414与端盖600连接，切刀420安装在端盖600上。如此，电机411启动后，通过减速机412将扭矩传输至旋转盘413，旋转盘413通过连接件414带动端盖600转动，进而带动切刀420转动，从而利用切刀420将储雪盘200外周面的积雪刮掉，避免储雪盘200中储存的积雪与端盖600和外筒110上的积雪连成一片，影响测量结果。
36.需要说明的是，切刀420可以通过螺栓固定在端盖600上。并且，切刀420在外筒110的轴线延伸方向上凸出储雪盘200的槽口，也就是说，切刀420的远离外筒110的一端的高度高于储雪盘200的槽口的高度，并且切刀420的高度高于测试过程中储雪盘200中储存的雪的高度，如此，切刀420能够始终实现围绕储雪盘200旋转一周将储雪盘200外壁的积雪刮落的目的。
37.本实施例中，可选的，切刀420包括依次首尾连接的第一侧板、第二侧板和第三侧板，也就是说，切刀420大致为三棱柱结构。第一侧板的外侧板面为刮雪面，第二侧板的外侧板面为推雪面421，刮雪面和推雪面421为锐角，二者的连接处形成刀刃。装配时，切刀420的刮雪面与储雪盘200的外周面贴合，切刀420能够在减速机力臂410的带动下围绕储雪盘200转动，从而利用刀刃切开积雪，并且使刮雪面将储雪盘200外周面的积雪刮落。而积雪刮落储雪盘200后，在推雪面421的引导下，积雪向远离储雪盘200的方向滑落，使刮落的积雪更加远离储雪盘200，而不会进入到储雪盘200中。
38.本实施例提供的积雪升华量测量仪，在进行积雪升华试验时，将测量仪置于外界环境下，储雪盘200能储存积雪，并且积雪的重量实时通过称重传感器300检测获取，而称重
传感器300将检测结果传输至终端，终端与称重传感器300可以是有线连接或无线连接。终端能够实时获取并处理重量数据，从而分析得到积雪升华规律。而在试验过程中，储雪盘200外周面的积雪被切刀420切割分离，也就是说，称重传感器300仅针对储雪盘200的积雪的重量变化进行监测，称重传感器300获取的积雪重量数据更加准确，升华试验更加准确可靠。
39.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。