积雪层密度测量装置

1.本发明涉及测量工具领域，具体而言，涉及一种积雪层密度测量装置。


背景技术：

2.雪层密度是积雪水文模型、积雪定量遥感中的重要参数，因此，雪层密度测量在积雪科学研究中非常重要。目前，雪层密度测量方法有称重法和介电常数反演法两种。介电常数法通过积雪的介电常数来反演积雪密度，应用的仪器是snow fork，snow fork测量积雪密度受环境的影响较大，特别是温湿度，使所测积雪的电学参数误差较大，导致计算得到的雪层密度不准确。称重法是直接测量法，通过获取积雪的体积和质量来计算密度，常用的测量装置为楔形量雪器。楔形量雪器是一种典型的根据额定体积观测质量的方法而设计的积雪密度观测装置，使用时在积雪竖直剖面上，每隔一定积雪深度挖取楔形量雪器容积大小的积雪，然后称重并计算雪层密度，但是因为积雪只要触碰就会造成其体积的坍缩，从而使其测量的积雪体积要小于真实体积，就造成所测积雪密度偏大。测量积雪密度的数据不准确的原因主要就是雪是蓬松的，极其容易压缩，最直接的测量方式是在降雪前提供容器承载，然后再计算，但该方式需要提前准备，不适用绝大多数的情况。
3.经发明人研究发现，现有的积雪密度测量装置存在如下缺点：
4.雪层密度的测量结果准确性差。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种积雪层密度测量装置，其能够提高雪层密度测量结果的准确性。
6.本发明的实施例是这样实现的：
7.本发明提供一种积雪层密度测量装置，包括：
8.外筒组件，所述外筒组件包括外筒体、两个第一截断板和两个第二截断板，所述外筒体的筒壁上设置有在其轴线上间隔排布的两个第一截断口；所述两个第一截断板用于分别封闭所述外筒体的两端；所述两个第一截断板分别与所述两个第一截断口可滑动地连接；
9.以及内筒组件，所述内筒组件包括内筒体，所述内筒体的筒壁上设置有在其轴线上间隔排布的两个第二截断口；所述内筒体用于插接于所述外筒体内，且所述两个第二截断口能分别与所述两个第一截断口连通；所述两个第二截断板用于与所述两个第二截断口插接配合，以隔断所述内筒体的筒腔；
10.其中，h/h＝s/s，h为所述两个第二截断口在所述内筒体的轴线延伸方向上的距离，h为所述外筒体的高度，s为所述内筒体的横截面积，s为所述外筒体的横截面积。
11.在可选的实施方式中，所述外筒组件还包括两个第一引导体，所述两个第一引导体均与所述外筒体连接，所述两个第一截断板分别与所述两个第一引导体可滑动地连接，以使每个所述第一截断板能在开启所述外筒体的端口的位置和关闭所述外筒体的端口的
位置之间切换。
12.在可选的实施方式中，所述外筒组件还包括两个第二引导体，所述两个第二引导体均与所述外筒体连接，所述两个第二截断板分别与所述两个第二引导体可滑动地连接。
13.在可选的实施方式中，所述两个第一截断板中的一个包括第一外圈和第一内板，所述第一外圈具有第一装配孔，所述第一内板与所述第一外圈可拆卸地连接，所述第一内板用于关闭或开启所述第一装配孔；在所述第一内板关闭所述第一装配孔时，所述第一外圈和所述第一内板在所述第一外圈的径向上以及第一方向上相对固定，且所述第一内板能在与所述第一方向相反的第二方向上相对于所述第一外圈移动以打开所述第一装配孔；其中，所述第一方向或第二方向平行于所述第一外圈的轴线延伸方向。
14.在可选的实施方式中，所述两个第二截断板中的一个包括第二外圈和第二内板，所述第二外圈具有第二装配孔，所述第二内板与所述第二外圈可拆卸地连接，所述第二内板用于关闭或开启所述第二装配孔；在所述第二内板关闭所述第二装配孔时，所述第二外圈和所述第二内板在所述第二外圈的径向上以及在所述第一方向上相对固定，且所述第二内板能在所述第二方向上随所述内筒体移动，以与第二外圈分离。
15.在可选的实施方式中，所述第二内板和所述内筒体二者中的一个设置为磁铁，另一个设置为磁铁或金属件。
16.在可选的实施方式中，所述第二装配孔包括连通的第一孔段和第二孔段，所述第一孔段的孔径大于所述第二孔段的孔径，以在二者的连通位置处形成抵接面；
17.在所述第二内板关闭所述第二装配孔时，所述第二内板与所述抵接面抵持，以限制所述第二内板沿所述第一方向相对于所述第二外圈运动。
18.在可选的实施方式中，所述第二外圈上设置有第一定位部，所述第二内板上设置有第二定位部，所述第一定位部与所述第二定位部二者中的一个设置为凸起，另一个设置为用于与所述凸起插接配合的插孔。
19.在可选的实施方式中，所述内筒组件还包括定位件，所述定位件与所述内筒体连接，所述定位件用于与所述第一外圈的外端面抵持，以限制所述内筒体插入所述外筒体的深度。
20.在可选的实施方式中，所述积雪层密度测量装置还包括导向组件，所述导向组件包括固定件、第一导向件和第二导向件，所述固定件用于插接于雪地中；所述第一导向件与所述固定件固定连接，所述第二导向件与所述外筒体固定连接，所述第一导向件与所述第二导向件在所述外筒体的轴线延伸方向上可滑动地连接。
21.本发明实施例的有益效果是：
22.综上所述，本实施例提供的积雪密度测量装置，通过外筒体测量一部分积雪的体积与质量，然后通过在该部分积雪内再通过内筒体取一部分积雪的体积与质量，因为两次测量导致的积雪的体积变化是相关的，呈倍数关系，在设置两次体积变化的比例关系能得出更为准确的密度数据，使其测量结果更为接近真实积雪密度，误差更小。
附图说明
23.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。
24.图1为本发明实施例的积雪层密度测量装置的结构示意图；
25.图2为本发明实施例的积雪层密度测量装置的部分剖视结构示意图；
26.图3为本发明实施例的积雪层密度测量装置的剖视结构示意图；
27.图4为本发明实施例的外筒组件的结构示意图；
28.图5为本发明实施例的顶层板的结构示意图；
29.图6为本发明实施例的下层板的结构示意图；
30.图7为本发明实施例的上层板的结构示意图；
31.图8为本发明实施例的内筒组件的结构示意图；
32.图9为本发明实施例的外筒体或内筒体的一变形例的结构示意图；
33.图10为本发明实施例的外筒体或内筒体的另一变形例的结构示意图。
34.图标:
35.100-外筒组件；110-外筒体；111-第一截断口；120-第一截断板；121-顶层板；1211-第一外圈；1212-第一内板；1213-第一装配孔；122-底层板；130-第二截断板；131-下层板；1311-第二外圈；1312-第二内板；1313-第二装配孔；132-上层板；1321-承载板；1322-隔断板；1323-阶梯槽；1324-第一定位部；1325-第二定位部；1326-第一外周面；1327-第二外周面；140-第一引导体；141-第一滑槽；150-第二引导体；151-第二滑槽；200-内筒组件；210-内筒体；211-第二截断口；220-定位件；300-导向组件；310-固定件；320-第一导向件；330-第二导向件。
具体实施方式
36.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。
37.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。
38.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。
39.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。
40.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。
41.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。
42.目前，测量积雪密度的装置使用时，先取较大量的积雪，然后再分割，通过在直接量取不同深度的积雪进行雪层密度的测量，但是该装置因为容器的侧壁在接触积雪的瞬间就会引起积雪边缘的部分的体积变化，只有在测量的样本体积和质量特别大的情况下，该部分的体积变化才不会产生较大的影响，但是一般测量的装置都是便携，因而不会太大，因此最终的测量结果仍然有较大的误差。
43.请参阅图1-图10，鉴于此，设计者设计了一种积雪密度测量装置，通过两次测量先计算得到压缩量，然后根据压缩量再计算雪层密度，计算结果更加准确。
44.请参阅图1、图4和图8，本实施例中，积雪层密度测量装置包括外筒组件100和内筒组件200，外筒组件100包括外筒体110、两个第一截断板120和两个第二截断板130，外筒体110的筒壁上设置有在其轴线上间隔排布的两个第一截断口111；两个第一截断板120用于分别封闭外筒体110的两端；两个第一截断板120分别与两个第一截断口111可滑动地连接；内筒组件200包括内筒体210，内筒体210的筒壁上设置有在其轴线上间隔排布的两个第二截断口211；内筒体210用于插接于外筒体110内，且两个第二截断口211能分别与两个第一截断口111连通；两个第二截断板130用于与两个第二截断口211插接配合，以隔断内筒体210的筒腔。并且，h/h＝s/s，h为两个第二截断口211在内筒体210的轴线延伸方向上的距离，h为外筒体110的高度，s为内筒体210的横截面积，s为外筒体110的横截面积。该比值相同的作用是保持两次提取积雪的体积的压缩部分的量之间具有线性关系，例如，本实施例中，以h/h＝s/s＝1/2为例进行说明，也即两次积雪体积的压缩量的比值为1/2。
45.本实施例提供的积雪层密度测量装置，先通过外筒体110测量一部分积雪的体积与质量，然后通过在该部分积雪内再通过内筒体210取一部分积雪的体积与质量，因为两次测量导致的积雪的体积变化是相关的，呈倍数关系，在设置两次体积变化的比例关系能得出更为准确的密度数据，使其测量结果更为准确，误差更小。
46.具体的，本实施例提供的积雪层密度测量装置的使用方法包括，例如：
47.先将外筒体110插入积雪中，然后在外筒体110插入设定深度后，将两个第一截断板120分别封闭外筒体110在其轴线上的两个端口，从而截取积雪，因为积雪的体积是固定的即为外筒体110的容积，因此，利用外筒体110和积雪的总重量减去外筒体110及第一截断板120的重量，即得到积雪的重量，利用密度公式获取第一次测量的结果，设定外筒体110的体积为v，外筒体110内截取的积雪的质量为m，且第一次截取积雪过程中因为外筒体110的边缘造成积雪体积产生的压缩量为
△
v，则第一次测量获得的密度ρ1＝m/(v
△
v)。然后，将内筒体210插接在外筒体110中，内筒体210插入到合适深度后，内筒体210上的两个第二截断口211分别与外筒体110上对应的第一截断口111连通，然后，将两个第二截断板130分别插入两个第二截断口211，从而在内筒体210中截取积雪。同样，内筒体210中积雪的体积是
一定的，利用内筒体210和积雪的总重量减去内筒体210和第二截断板130的重量得到内筒体210中截取的积雪重量，利用密度公式获取第二次测量结果，即，设定内筒体210截断区域的体积为v，内筒体210中截取的积雪的质量为m，并且根据两次积雪体积的压缩量的关系式可知，第二次积雪体积的压缩量为1/2
△
v，如此，第二次测量获得的密度ρ2＝m/(v 1/2
△
v)。应当理解，两次测量获得的雪密度理论上是相等的，即ρ1＝ρ2，也就是说，m/(v
△
v)＝m/(v 1/2
△
v)，而式中，m、v、m和v都是能够直接获取的，从而能够计算得到
△
v，再将
△
v带入ρ1或ρ2的计算公式，即可得到最后的积雪层密度，如此能够获取更加准确的密度值。
48.本实施例中，可选的，外筒体110设置为圆筒，外筒体110的两端均为敞口，两个第一截断板120用于封闭外筒的两端。外筒体110的结构规整，便于计算横截面积。应当理解，外筒体110的形状不限于是圆筒状。
49.请结合图4，进一步的，外筒体110的外周壁上安装有两个第一引导体140和两个第二引导体150，两个第一引导体140分别位于外筒体110的两端，并且每个第一引导体140上设置有第一滑槽141，第一滑槽141用于与第一截断板120可滑动地配合，使得第一截断板120在关闭外筒体110的端口时，第一截断板120的板面与外筒体110的端面紧密贴合，积雪截取误差小。两个第二引导体150位于两个第一引导体140之间，每个第一引导体140均设置有第二滑槽151，两个第二截断板130用于分别与两个第二滑槽151可滑动地连接，第二截断板130滑动稳定，利于截取积雪。并且，第一引导体140和第二引导体150还用于限制第一截断板120和第二截断板130插入的深度，使得第一截断板120和外筒体110的配合更好，同时使第二截断板130、第一截断口111和第二截断口211的配合更好。
50.请结合图5-图7，本实施例中，可选的，为了便于描述，两个第一截断板120分别为顶层板121和底层板122，两个第二截断板130分别为上层板132和下层板131。其中，顶层板121包括第一外圈1211和第一内板1212，第一外圈1211的中部为第一装配孔1213，第一装配孔1213为圆孔，第一装配孔1213的孔径与内筒体210的外径相等。第一内板1212嵌设在第一装配孔1213中并且与第一装配孔1213可拆卸地连接。例如，第一装配孔1213为阶梯孔，第一内板1212嵌设于阶梯孔中，并且，第一内板1212被阶梯孔限位，第一内板1212在第一方向上的运动被限制，第一内板1212能沿与第一方向相反的第二方向运动从而离开第一外圈1211。其中，第一方向和第二方向均沿外筒体110的轴线延伸方向。并且，第一方向可以理解为顶层板121向底层板122的方向，同理，第二方向为底层板122向顶层板121的方向。当利用两个第一截断板120将外筒体110中的积雪完成截取后，将第一内板1212从第一外圈1211上拆卸下来，然后直接将内筒穿设于与第一装配孔1213中并直接插入外筒体110中，即可完成后续的内筒体210积雪作业。通过第一装配孔1213引导内筒体210相对于外筒体110滑动，内筒体210与外筒体110的相对位置更加易于控制，利于后续内筒体210的截取积雪作业。
51.上层板132包括承载板1321和隔断板1322，承载板1321设置有阶梯槽1323，隔断板1322与阶梯槽1323插接配合，且隔断板1322能够从阶梯槽1323中沿第二方向取出，当隔断板1322插入阶梯槽1323时，隔断板1322与阶梯槽1323的槽底壁抵持，从而使隔断板1322在第一方向上相对于承载板1321的运动被限制，从而与承载板1321保持相对固定。为了提高承载板1321和隔断板1322结合的牢固性，进一步的，在阶梯槽1323的槽底壁上设置有第一定位部1324，第二内板1312上设置有第二定位部1325，第一定位部1324与第二定位部1325二者中的一个设置为凸起，另一个设置为用于与凸起插接配合的插孔。例如，本实施例中，
第一定位部1324为插孔，第二定位部1325为凸起。
52.进一步的，隔断板1322包括第一外周面1326和第二外周面1327，第一外周面1326和第二外周面1327均为部分圆柱面，第一外周面1326用于与内筒体210的内周面抵持，第二外周面1327与内筒体210的外周面位于同一圆柱面内。也就是说，下层板131穿过第一截断口111并插接于第二截断口211时，下层板131并未完全阶段内筒体210，而是仅将内筒体210的筒腔阻隔，因此，隔断板1322的第一外周面1326与内筒体210的内周面抵持。并且，由于第一定位部1324和第二定位部1325的配合，使得隔断板1322和承载板1321的配合结构牢固，在截取积雪时二者的位置不易移动，提高积雪截取作业的成功率。
53.同时，下层板131包括第二外圈1311和第二内板1312，第二外圈1311的中部设置有第二装配孔1313，第二装配孔1313为圆形的阶梯孔。换句话说，第二装配孔1313包括连通的第一孔段和第二孔段，第一孔段和第二孔段均为圆孔，第一孔段的孔径大于第二孔段的孔径，以在二者的连通位置处形成抵接面。第二内板1312嵌入第二装配孔1313中，并且与抵接面抵持，从而限制第二内板1312沿第一方向运动，而使得第二内板1312能沿第二方向离开第二外圈1311；应当理解，当第二内板1312离开第二外圈1311时，第二内板1312打开第二装配孔1313，当第二内板1312与第二外圈1311配合时，第二装配孔1313被第二内板1312关闭。下层板131截取内筒体210时，刚好与内筒体210的靠近底层板122的端面抵持，也即第二内板1312的外周面与内筒体210的外周面位于同一圆柱面内。
54.请结合图8，本实施例中，可选的，内筒体210为圆筒，内筒体210的结构规则，便于计算横截面积。内筒体210的一端口即为两个第二截断口211中的一个，两个第二截断口211中的另一个设于内筒体210的两个端口之间。为了使内筒体210插入外筒体110的深度可控，从而保证两个第二截断口211分别与两个第一截断口111连通，在内筒体210的外筒壁上设置有定位件220，定位件220为定位环，定位环套接在内筒体210外。当内筒体210从第一装配孔1213插入外筒体110内时，定位环与第一外圈1211抵持时，此时，内筒体210的插接位置确定，此时，对应的第一截断口111和第二截断口211连通，利于第二截断板130截取内筒体210内的积雪。
55.进一步的，内筒体210设置为金属件，第二内板1312和隔断板1322均设置为磁铁，如此，当上层板132和下层板131均插接至对应的第二截断口211内时，第二内板1312与内筒体210磁性吸附，隔断板1322与内筒体210磁性吸附，当内筒体210向上提离外筒体110时，也即内筒体210沿第二方向抽离外筒体110时，在内筒体210的带动下，第二内板1312和隔断板1322均能够随内筒体210一起运动，积雪不会在重力作用下冲开隔断板1322和第二内板1312，便于积雪顺利与内筒体210一起被取出。
56.显然，在其他实施例中，内筒体210、第二内板1312和隔断板1322均可以设置为磁铁，或者内筒体210的部分、第二内板1312的部分和隔断板1322的部分设置为磁铁；或者，内筒体210为磁铁、第二内板1312和隔断板1322为金属件。内筒体210、第二内板1312以及内筒体210和隔断板1322能够通过磁力吸附即可，本实施例中不进行一一列举。
57.本实施例中，积雪层密度测量装置还包括导向组件300，导向组件300包括固定件310、第一导向件320和第二导向件330。固定件310设置为杆状件，固定件310的一端设为尖端，固定件310利用尖端能插接于雪地中。第一导向件320与固定件310固定连接，第二导向件330与外筒体110固定连接，第一导向件320与第二导向件330在外筒体110的轴线延伸方
向上可滑动地连接。例如，第一导向件320设置有导槽，第二导向件330设置有导轨，导轨与导槽可滑动地配合，且第一导向件320和第二导向件330在与预设轴线的周向上相对固定，其中，预设轴线沿第一导向件320和第二导向件330的滑动方向延伸。也即，在将外筒体110插入积雪层截取积雪时，先利用固定件310插入雪地，作为支点，外筒体110在第一导向件320和第二导向件330的导向下稳定地插入积雪层，避免截取积雪过程中晃动，避免造成更加不均的压缩量，利于提升测量结果的准确性。
58.应当理解，请结合图9或图10，外筒体110和内筒体210的横截面不限于是圆形。
59.本实施例提供的积雪层密度测量装置，考虑积雪截取过程中造成的压缩量，从而提高积雪层密度测量精度。
60.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。