一种基于麦克风阵列的山区河流推移质监测识别装置

1.本技术涉及山区河流推移质监测技术领域，具体而言，涉及一种基于麦克风阵列的山区河流推移质监测识别装置。


背景技术：

2.相关技术中基于麦克风阵列的山区河流推移质监测识别装置，用以实时监测推移质运动过程中与传感板所冲击产生的气压激波，以电信号的形式输出并采集，并对监测信号进行综合反演计算，这种监测方法可以实现对推移质在河道运输过程中的空间位置、粒径组分的精确测定，监测传感装置性能稳定，能提供高精度、连续、可靠的数据源，此外，监测传感设备本身还需要满足安装成本低廉、操作简单、后期维护方便的特点，然而，目前少有满足上述需求且能够适应山区复杂条件的监测技术设备。


技术实现要素：

3.本技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本技术提出一种基于麦克风阵列的山区河流推移质监测识别装置，所述基于麦克风阵列的山区河流推移质监测识别装置具有实现河流推移质运输过程的空间定位以及推移质粒径组分测定等功能。
4.根据本技术实施例的基于麦克风阵列的山区河流推移质监测识别装置，包括：监测识别设备、提升组件和拦沙组件。
5.所述监测识别设备包括混凝土缓冲层、外部橡胶缓冲层、传感箱体、气密圆筒、麦克风传感元件、传感件和底部支座，所述外部橡胶缓冲层设置于所述混凝土缓冲层内部，所述外部橡胶缓冲层设置于所述传感箱体四周，所述气密圆筒安装于所述气密圆筒内部，所述麦克风传感元件安装于所述传感箱体底部的内壁，所述传感件密封连接于所述传感箱体顶端的开口，所述底部支座固定连接于所述传感箱体底端的外壁，所述提升组件设置于所述混凝土缓冲层和所述外部橡胶缓冲层之间，所述拦沙组件设置于所述混凝土缓冲层和所述提升组件之间。
6.根据本技术的一些实施例，所述麦克风传感元件以阵列形式安装于所述传感箱体的底板，所述传感箱体间距不大于170毫米。
7.根据本技术的一些实施例，所述传感箱体采用高强度低碳钢制造，抗拉强度不小于235兆帕，箱体厚度为10毫米，且具备气密性、水密性。
8.根据本技术的一些实施例，所述传感件包括传感板、内部橡胶缓冲垫层、支撑架和紧固螺栓，所述支撑架焊接到所述传感箱体上端的内壁，所述传感箱体通过所述支撑架支撑所述内部橡胶缓冲垫层，所述传感板放置于所述内部橡胶缓冲垫层上部，所述紧固螺栓下部连接到所述支撑架且贯通所述内部橡胶缓冲垫层以及所述传感板。
9.根据本技术的一些实施例，所述传感板与所述传感箱体顶部采用密封环进行密封处理。
10.根据本技术的一些实施例，所述紧固螺栓贯通所述传感板、所述内部橡胶缓冲垫
层以及所述支撑架，所述紧固螺栓施加预紧力矩不小于25牛米。
11.根据本技术的一些实施例，所述支撑架采用等边角钢，其边长不小于45毫米，厚度不小于5毫米，截面积不小于4.3平方厘米。
12.根据本技术的一些实施例，所述传感板上刻画坐标网格。
13.根据本技术的一些实施例，所述麦克风传感元件连接有数据传输线，数据传输线穿过所述传感箱体。
14.根据本技术的一些实施例，所述气密圆筒材质为高强度低碳钢，厚度不小于毫米且所述气密圆筒外壁与所述传感箱体内壁之间无摩擦。
15.根据本技术的一些实施例，所述提升组件包括两个提升套筒、连接支座、连接杆、提升管、第一握杆和压紧螺母，所述混凝土缓冲层上侧的四角均设置有滑杆，所述外部橡胶缓冲层设置于所述提升套筒内部，所述连接支座包括滑动套筒和压紧板，所述压紧板固定连接于所述滑动套筒外壁，两个所述滑动套筒滑动套接于所述混凝土缓冲层一个对角的两个所述滑杆上，所述连接杆固定连接于所述压紧板之间，所述提升管固定连接于所述滑动套筒上端，所述提升管滑动套接于所述滑杆，所述第一握杆固定连接于两个所述提升管的上端，所述压紧螺母螺纹套接于所述滑杆，所述压紧螺母压紧于所述提升管顶端；
16.所述拦沙组件包括拦沙套筒、两个滑动支架、两个固定支架、压缩弹簧、连接管和第二握杆，所述拦沙套筒滑动套接于所述混凝土缓冲层内，所述提升套筒滑动插接于所述拦沙套筒内，所述滑动支架下端固定连接于所述拦沙套筒上端，所述滑动支架上端滑动套接于所述混凝土缓冲层另一对角的两个所述滑杆上，所述固定支架两端滑动套接于所述滑杆上，所述固定支架两端跨过所述滑动支架上端，所述压缩弹簧套接于所述滑杆上，所述压缩弹簧下端压紧于所述固定支架下端，所述压缩弹簧上端压紧于所述滑动支架上端，所述连接管固定连接于所述固定支架上端，所述连接管滑动套接于所述滑杆，所述压紧螺母压紧于所述连接管顶端，所述第二握杆固定连接于两个所述连接管上端。
17.根据本技术的一些实施例，所述提升套筒包括套筒本体和凸块，所述凸块等间隔设置于所述滑动套筒内壁，所述外部橡胶缓冲层通过的弹性变形卡入所述套筒本体内，所述凸块压紧于所述外部橡胶缓冲层外壁。
18.根据本技术的一些实施例，所述滑杆包括杆体和限位板，所述限位板固定套接于所述杆体下端，所述杆体和所述限位板嵌入所述混凝土缓冲层内部。
19.根据本技术的一些实施例，所述第一握杆和所述第二握杆上均设置有防滑套。
20.根据本技术的一些实施例，所述滑动套筒外壁设置有开口，所述滑动套筒内设置有河沙清扫件，所述河沙清扫件包括转动套筒、固定杆、安装套筒、安装板、清扫刷、紧固螺母和第一连接环，所述转动套筒转动连接于所述滑杆，所述转动套筒位于所述滑动套筒内，所述固定杆固定连接于所述转动套筒外壁，所述固定杆穿过所述滑动套筒的开口，所述安装套筒套接于所述固定杆，所述紧固螺母螺纹连接于所述固定杆端部，所述紧固螺母压紧于所述安装套筒，所述安装板固定连接有所述安装套筒下侧，所述清扫刷设置于所述安装板下侧，所述清扫刷能够扫过所述传感件上表面，所述第一连接环固定连接于所述安装板远离所述转动套筒一端的两侧，所述滑动套筒外壁设置有两个绳架，所述绳架包括支撑杆和定位环，所述支撑杆一端固定连接于所述滑动套筒外壁，所述定位环固定连接于所述支撑杆另一端，两个所述支撑杆位于所述提升套筒两侧，所述第一连接环上固定连接有牵引
绳，所述牵引绳另一端穿过所述定位环，所述牵引绳可捆扎于所述第一握杆。
21.本技术的有益效果是：该监测识别设备安装在河床中，传感箱体上部安装传感件，传感件顶部与河床床面齐平。传感件受到河流推移质动力冲击后，部分冲击能量以空气压力激波的形式在传感箱体中传播。各个麦克风传感元件独立采集传感箱体内部的空气激波压力，并转换为电信号。通过推移质粒径-信号的标定函数，可以实现对推移质粒径的测量，通过波束成形算法可以实现推移质空间位置的识别。
22.本技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本技术的实践了解到。
附图说明
23.为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对本技术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技术的某些实施例，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是根据本技术实施例的基于麦克风阵列的山区河流推移质监测识别装置的立体结构示意图；
25.图2是根据本技术实施例的监测识别设备的立体结构示意图；
26.图3是根据本技术实施例的图2中a处放大的立体结构示意图；
27.图4是根据本技术实施例的传感件的立体结构示意图；
28.图5是根据本技术实施例的提升组件的立体结构示意图；
29.图6是根据本技术实施例的提升套筒的立体结构示意图；
30.图7是根据本技术实施例的拦沙组件的立体结构示意图；
31.图8是根据本技术实施例的滑杆的立体结构示意图；
32.图9是根据本技术实施例的河沙清扫件的立体结构示意图。
33.图标：100-监测识别设备；110-混凝土缓冲层；120-外部橡胶缓冲层；130-传感箱体；140-气密圆筒；150-麦克风传感元件；160-传感件；161-传感板；162-内部橡胶缓冲垫层；163-支撑架；164-紧固螺栓；170-底部支座；180-密封环；190-滑杆；191-杆体；192-限位板；200-提升组件；210-提升套筒；211-套筒本体；212-凸块；220-连接支座；221-滑动套筒；222-压紧板；230-连接杆；240-提升管；250-第一握杆；260-压紧螺母；270-河沙清扫件；271-转动套筒；272-固定杆；273-安装套筒；274-安装板；275-清扫刷；276-紧固螺母；277-第一连接环；280-绳架；281-支撑杆；282-定位环；290-牵引绳；300-拦沙组件；310-拦沙套筒；320-滑动支架；330-固定支架；340-压缩弹簧；350-连接管；360-第二握杆；370-防滑套。
具体实施方式
34.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行描述。
35.为使本技术实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施方式中的附图，对本技术实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本技术一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本技术中的实施方式，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方式，都属于本技术
保护的范围。
36.下面参考附图描述根据本技术实施例的基于麦克风阵列的山区河流推移质监测识别装置。
37.请参阅图1至图9，根据本技术实施例的基于麦克风阵列的山区河流推移质监测识别装置，包括：监测识别设备100、提升组件200和拦沙组件300，监测识别设备100用于实现河流推移质运输过程的空间定位以及推移质粒径组分测定，提升组件200用于提升监测识别设备100脱离水面，拦沙组件300用于监测识别设备100脱离混凝土缓冲层后拦住河沙流入混凝土缓冲层。
38.请参阅图2，监测识别设备100包括混凝土缓冲层110、外部橡胶缓冲层120、传感箱体130、气密圆筒140、麦克风传感元件150、传感件160和底部支座170。外部橡胶缓冲层120设置于混凝土缓冲层110内部，外部橡胶缓冲层120设置于传感箱体130四周，用以隔离环境噪声。气密圆筒140安装于气密圆筒140内部。麦克风传感元件150安装于传感箱体130底部的内壁。传感件160密封连接于传感箱体130顶端的开口。底部支座170固定连接于传感箱体130底端的外壁。该监测识别设备100安装在河床中，传感箱体130上部安装传感件160，传感件160顶部与河床床面齐平。传感箱体130中各个麦克风传感元件150以阵列形式排列。传感件160受到河流推移质动力冲击后，部分冲击能量以空气压力激波的形式在传感箱体130中传播。各个麦克风传感元件150独立采集传感箱体130内部的空气激波压力，并转换为电信号。通过推移质粒径-信号的标定函数，可以实现对推移质粒径的测量，通过波束成形算法可以实现推移质空间位置的识别。麦克风传感元件150以阵列形式安装于传感箱体130的底板。传感箱体130间距不大于170毫米。多个麦克风传感元件150按照一定间距在传感箱体130底部排列。将麦克风传感元件150阵列的声信号转换为监测传感平面的声源强度分布，实现对推移质特征参数监测识别的目的。传感箱体130采用高强度低碳钢制造，抗拉强度不小于235兆帕，箱体厚度为10毫米，且具备气密性、水密性。麦克风传感元件150连接有数据传输线，数据传输线穿过传感箱体130。该监测识别设备100可通过数据传输线外接数据采集系统以及电源系统。气密圆筒140材质为高强度低碳钢，厚度不小于2毫米且气密圆筒140外壁与传感箱体130内壁之间无摩擦。
39.请参阅图3和图4，传感件160包括传感板161、内部橡胶缓冲垫层162、支撑架163和紧固螺栓164，支撑架163焊接到传感箱体130上端的内壁。传感箱体130通过支撑架163支撑内部橡胶缓冲垫层162。传感板161放置于内部橡胶缓冲垫层162上部。紧固螺栓164下部连接到支撑架163且贯通内部橡胶缓冲垫层162以及传感板161。传感板161与传感箱体130顶部采用密封环180进行密封处理，用以防止传感箱体130内部的传感元件腐蚀。
40.请参阅图5，紧固螺栓164贯通传感板161、内部橡胶缓冲垫层162以及支撑架163。紧固螺栓164施加预紧力矩不小于25牛米。支撑架163采用等边角钢，其边长不小于45毫米，厚度不小于5毫米，截面积不小于4.3平方厘米。传感板161上刻画坐标网格。
41.请参阅图6，相关技术中基于麦克风阵列的山区河流推移质监测识别装置当遇到故障时，由于监测识别设备设置于河床内的混凝土缓冲层内，当需要修理或者维护时，需要操作人员进入水中，在水下工作，造成极大的不便，如何在水面以上取出混凝土缓冲层内的监测识别设备成为急需解决的问题，并且监测识别设备取出后，混凝土缓冲层内形成空洞，外部的河沙容易进入，造成再度安装时的不便。
42.为解决上技术问题，本发明进一步采用的技术方案是，提升组件200设置于混凝土缓冲层110和外部橡胶缓冲层120之间。提升组件200包括两个提升套筒210、连接支座220、连接杆230、提升管240、第一握杆250和压紧螺母260。混凝土缓冲层110上侧的四角均设置有滑杆190，滑杆190在混凝土缓冲层110浇筑时预先埋入。外部橡胶缓冲层120设置于提升套筒210内部。连接支座220包括滑动套筒221和压紧板222。压紧板222固定连接于滑动套筒221外壁，压紧板222和滑动套筒221为一体式结构。两个滑动套筒221滑动套接于混凝土缓冲层110一个对角的两个滑杆190上。连接杆230固定连接于压紧板222之间，连接杆230通过焊接固定连接于压紧板222之间。提升管240固定连接于滑动套筒221上端，提升管240通过焊接固定连接于滑动套筒221上端。提升管240滑动套接于滑杆190，第一握杆250固定连接于两个提升管240的上端，第一握杆250通过焊接固定连接于两个提升管240的上端。压紧螺母260螺纹套接于滑杆190，压紧螺母260压紧于提升管240顶端。提升套筒210包括套筒本体211和凸块212。凸块212等间隔设置于滑动套筒221内壁。外部橡胶缓冲层120通过的弹性变形卡入套筒本体211内。凸块212压紧于外部橡胶缓冲层120外壁。
43.请参阅图7，拦沙组件300设置于混凝土缓冲层110和提升组件200之间。拦沙组件300包括拦沙套筒310、两个滑动支架320、两个固定支架330、压缩弹簧340、连接管350和第二握杆360。拦沙套筒310滑动套接于混凝土缓冲层110内。提升套筒210滑动插接于拦沙套筒310内。滑动支架320下端固定连接于拦沙套筒310上端。滑动支架320上端滑动套接于混凝土缓冲层110另一对角的两个滑杆190上。固定支架330两端滑动套接于滑杆190上，固定支架330两端跨过滑动支架320上端。压缩弹簧340套接于滑杆190上，压缩弹簧340下端压紧于固定支架330下端。压缩弹簧340上端压紧于滑动支架320上端，压紧板222压紧于拦沙套筒310上端。连接管350固定连接于固定支架330上端。连接管350滑动套接于滑杆190，压紧螺母260压紧于连接管350顶端。第二握杆360固定连接于两个连接管350上端。当监测识别设备出现故障或者需要维护时，旋下压紧螺母260，使压紧螺母260离开滑杆190，通过第一握杆250提起提升管240，提升管240带动滑动套筒221，滑动套筒221通过压紧板222带动提升套筒210升起，提升套筒210带动其内部的传感箱体130离开混凝土缓冲层110，直到传感箱体130处于水面以上，取下的传感箱体130可进行维护和修理，减少人员进入水中取监测识别设备进行修理和维护的情况，监测识别设备时，拦沙套筒310在压缩弹簧340的弹力作用下，压缩弹簧340推动滑动支架320，滑动支架320带动拦沙套筒310升起，升起的拦沙套筒310可挡住周围的河沙，减少河沙进入混凝土缓冲层内的空洞，影响监测识别设备再度安装的问题。第一握杆250和第二握杆360上均设置有防滑套370，通过防滑套370提高人员握住第一握杆250和第二握杆360的舒适度。
44.请参阅图8，滑杆190包括杆体191和限位板192。限位板192固定套接于杆体191下端。限位板192便于提高杆体191和混凝土缓冲层110之间的阻力，减少杆体191的移动。杆体191和限位板192嵌入混凝土缓冲层110内部。
45.请参阅图9，相关技术中基于麦克风阵列的山区河流推移质监测识别装置利用提升组件进行监测识别设备的取出，如何利用现有的提升组件进行改装使监测识别设备的表面容易清理，也成为急需解决的问题，监测识别设备积累河沙时，容易造成监测识别设备识别出现误差。
46.发明人经过长期的实践研究，解决了该技术问题。本发明还设置有：滑动套筒221
外壁设置有开口。滑动套筒221内设置有河沙清扫件270。河沙清扫件270包括转动套筒271、固定杆272、安装套筒273、安装板274、清扫刷275、紧固螺母276和第一连接环277。转动套筒271转动连接于滑杆190，转动套筒271位于滑动套筒221内。固定杆272固定连接于转动套筒271外壁。固定杆272穿过滑动套筒221的开口，安装套筒273套接于固定杆272。紧固螺母276螺纹连接于固定杆272端部，紧固螺母276压紧于安装套筒273。安装板274固定连接有安装套筒273下侧，清扫刷275设置于安装板274下侧。清扫刷275能够扫过传感件160上表面，第一连接环277固定连接于安装板274远离转动套筒271一端的两侧。滑动套筒221外壁设置有两个绳架280。绳架280包括支撑杆281和定位环282。支撑杆281一端固定连接于滑动套筒221外壁，定位环282固定连接于支撑杆281另一端。两个支撑杆281位于提升套筒210两侧，第一连接环277上固定连接有牵引绳290。牵引绳290另一端穿过定位环282，牵引绳290可捆扎于第一握杆250。使用河沙清扫件270清扫河沙时，拉动两个牵引绳290，两个牵引绳290分别沿定位环282滑动，牵引绳290带动安装板274和清扫刷275绕转动套筒271转动，清扫刷275扫除监测识别设备的表面上的河沙，减少因河沙积累造成监测识别设备的识别出现误差。转动套筒271设置于滑动套筒221内，使转动套筒271可随滑动套筒221一起沿滑杆190滑动，支撑杆281和定位环282也利用滑动套筒221进行生根固定，并可随滑动套筒221一起移动，便于在水面以为上进行相应的维护和更换。
47.具体的，该基于麦克风阵列的山区河流推移质监测识别装置的工作原理：使用时，传感箱体130安置于需要进行监测的河床区域，金属传感板161与河床床面齐平并用外部橡胶缓冲层120将其四周除顶部和底部紧密包裹，传感箱体130内部安装气密性的气密圆筒140，能够稳定传递冲击波压力，传感箱体130底部安装麦克风传感元件150，麦克风传感元件150以阵列形式排布，全方位记录推移质冲击形成的声压激波，传感箱体130内焊接支撑架163，并以紧固螺栓164连接金属传感板161以及内部橡胶缓冲垫层162，既能够提供稳定的支撑力也能形成缓冲作用，减少对传感箱体130内部的损伤，此外，在金属传感板161上顶面刻画坐标网格，用以校准监测精度和模拟声源强度分布，本装置可实现对山区河流推移质长期、连续、高精度地监测识别，且成本可控，适合推广使用。
48.当监测识别设备出现故障或者需要维护时，旋下压紧螺母260，使压紧螺母260离开滑杆190，通过第一握杆250提起提升管240，提升管240带动滑动套筒221，滑动套筒221通过压紧板222带动提升套筒210升起，提升套筒210带动其内部的传感箱体130离开混凝土缓冲层110，直到传感箱体130处于水面以上，取下的传感箱体130可进行维护和修理，减少人员进入水中取监测识别设备进行修理和维护的情况，监测识别设备时，拦沙套筒310在压缩弹簧340的弹力作用下，压缩弹簧340推动滑动支架320，滑动支架320带动拦沙套筒310升起，升起的拦沙套筒310可挡住周围的河沙，减少河沙进入混凝土缓冲层内的空洞，影响监测识别设备再度安装的问题。第一握杆250和第二握杆360上均设置有防滑套370，通过防滑套370提高人员握住第一握杆250和第二握杆360的舒适度。
49.使用河沙清扫件270清扫河沙时，拉动两个牵引绳290，两个牵引绳290分别沿定位环282滑动，牵引绳290带动安装板274和清扫刷275绕转动套筒271转动，清扫刷275扫除监测识别设备的表面上的河沙，减少因河沙积累造成监测识别设备的识别出现误差。转动套筒271设置于滑动套筒221内，使转动套筒271可随滑动套筒221一起沿滑杆190滑动，支撑杆281和定位环282也利用滑动套筒221进行生根固定，并可随滑动套筒221一起移动，便于在
水面以为上进行相应的维护和更换。
50.需要说明的是，麦克风传感元件150具体的型号规格需根据该装置的实际规格等进行选型确定，具体选型计算方法采用本领域现有技术，故不再详细赘。
51.麦克风传感元件150的供电及其原理对本领域技术人员来说是清楚的，在此不予详细说明。
52.以上仅为本技术的实施例而已，并不用于限制本技术的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原则之内，作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。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。