基于拉力传感器的卵石推移质实时称重实验装置

1.本实用新型属于卵石推移质测量领域，具体涉及一种卵石推移质称重装置。


背景技术：

2.卵石推移质输移规律是河流动力学中一个非常重要又及其复杂的科学问题，它在山地灾害防治和预警、泥沙固体物质在山区河流搬运和沉积、生态系统修复中扮演了重要的角色。早在19世纪末期，法国的杜博瓦(p. duboys)第一次提出推移质运动的拖曳力理论。自此以后，从事这方面的研究的人员非常之多，所提出来的推移质输沙率计算公式数量也非常之大，不但立论的基础很不一样，在水力要素的标志方式上，有用拖曳力的，有用流速的，也有用功率的，在公式的结构及形式上更是千差万别。从研究方法上考虑，其中最主要的有：(1)以大量水槽实验工作为基础建立起来的推移质公式，以meyer-peter-m
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ller推移质输沙率公式为代表；(2)根据普通物理学的基本概念，通过一定的力学分析建立起来的理论，以bagnold推移质公式为代表；(3)采用概率论及力学相结合的办法建立起来的推移质理论，以einstein推移质公式为代表；(4)以einstein或bagnold的某些概念为基础，并辅助以量纲分析、实测资料适线或一定的推理而得到的公式，以engelund、yalin、和ackers-white推移质公式为代表。此外随着计算机技术的发展，也有采用数据挖掘算法对推移质输沙计算进行分析，对比发现bagging、m5p、随机树挖掘方法计算的精度较高，在山区卵石推移质输沙预测上有很大的潜力。
3.目前国内外卵石推移质测量方法较多，使用直接测量的采样器种类繁多，归纳起来分为器测法和坑槽法。器测法是将利用一种专门设计的机械装置或采样器直接放至河床直接测量推移质沙样的方法，主要有网篮式、压差式、锚固式。坑测法是在河床上沿横断面设置若干个固定式测坑或测槽来测验推移质的方法。但是，这些常规直接测量的采样器目前主要面临以下几个困难：(1)仪器通常手动操作，因此在高流量或粗推移质颗粒输送时操作可能很困难且非常的危险；(2)采样器容易干扰当地流场影响测量精度，且采样时间取决于采样器的体积，导致采样效率较低；(3)推移质运动具有高度的时空脉动性，非持续性采样无法有效地反应推移质运动规律。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于针对现有技术的不足，提供一种基拉力传感器的卵石推移质输沙率实时称重装置，实现以一种方便、简单的方法对卵石推移质输沙率进行准确有效的持续性和实时测量。
5.本实用新型提供的基于拉力传感器的卵石推移质实时称重实验装置，包括卵石推移质称重机构、蓄水池、水槽、蜂窝管、平顶堰；
6.所述卵石推移质称重机构包括龙门架、拉力传感器、接沙水池、接沙框，所述接沙水池与水槽末端相接，且接沙水池入口与水槽底板齐平；所述接沙框位于接沙水池内，接沙框通过钢绳与拉力传感器连接；所述龙门架由两根竖杆和连接两根竖杆的横杆构成，两根
竖杆对称地位于水槽水流方向的两外侧区域并固定，使龙门架竖立并保持横杆水平；所述拉力传感器固定在龙门架的横杆中点且位于接沙框垂向中心轴线上；
7.所述水槽入口端位于蓄水池下游，水槽入口处设置有蜂窝管，水槽根据模拟实验需要设置坡度，水槽底板的入口段铺设大颗粒沙砾石作为过渡区，在过渡区下游铺设粒径非均匀沙砾石床沙，水槽尾部横向固定有用以固定河床防止床沙整体层移的固定板。
8.进一步地，所述蓄水池中设置有测量流量的平顶堰。
9.进一步地，在接沙水池下游设置有与接沙水池衔接的水槽延长段，以在接沙水池里形成一个无流速的区域，避免接沙框晃动进而影响拉力传感器的精度。
10.进一步地，所述基于拉力传感器的卵石推移质实时称重实验装置，其特征在于，所述接沙框为顶部开放的长方体形，对应接沙框顶部四角分别固定有一根钢绳，钢绳另一端固定在拉力传感器上，接沙框通过钢绳水平悬吊，且与接沙水池四壁保持一定间隙。
11.进一步地，所述固定板的厚度与床沙厚度相等，以保持水槽底板水平。
12.进一步地，所述拉力传感器通过数据传输线与电脑端连接。
13.与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：
14.1.本实用新型方法可以长时间、分钟级别的推移质输沙率数据监测，具有非常高的测量效率，并且不需要手动操作，实现了以一种方便、简单的方法对卵石推移质输沙率进行准确有效的持续性和实时测量，并且不干扰河流流场。
15.2.本实用新型所述装置布置灵活，可以根据实际需求及河段在河床任意位置进行大规模布置。
16.3.安装简单，成本低，无人看守，若结合5g技术则可以进行远程查看；
17.4.本实用新型特别适合在山区流域卵砾石和沙砾石河道或溪沟等水深较浅断面的推移质泥沙输沙率的测量。
附图说明
18.图1为本实用新型所述基于拉力传感器的卵石推移质实时称重实验装置整体示意图。
19.图2为图1中接沙水池部分结构示意图
20.图中：1—水槽；2—蜂窝管；3—蓄水池；4—平顶堰；5—龙门架；6—钢绳；7—接沙框；8—拉力传感器；9—接沙水池；10—固定板，11—水槽延长段。
具体实施方式
21.为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本实用新型的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本实用新型所保护的范围。
22.实施例1
23.本实施例所述基于拉力传感器的卵石推移质实时称重实验装置，包括卵石推移质称重机构、蓄水池3、水槽1、蜂窝管2、平顶堰4；
24.所述卵石推移质称重机构包括龙门架5、拉力传感器8、接沙水池9、接沙框7，所述
接沙水池与水槽末端相接，且接沙水池入口与水槽底板齐平；所述龙门架由两根竖杆和连接两根竖杆的横杆构成，两根竖杆对称地位于水槽水流方向的两外侧区域并固定，使龙门架竖立并保持横杆水平；所述拉力传感器固定在龙门架的横杆中点且位于接沙框垂向中心轴线上；所述接沙框位于接沙水池内，接沙框为顶部开放的长方体形，对应接沙框顶部四角分别固定有一根钢绳，钢绳另一端固定在拉力传感器上，接沙框通过钢绳水平悬吊，且与接沙水池四壁保持一定间隙。
25.所述水槽入口端位于蓄水池下游，水槽入口处设置有蜂窝管，水槽根据模拟实验需要设置坡度，水槽底板的入口段铺设大颗粒沙砾石作为过渡区，在过渡区下游铺设粒径非均匀沙砾石床沙，水槽尾部横向固定有用以固定河床防止床沙整体层移的固定板10，所述固定板的厚度与床沙厚度相等，以保持水槽底板水平；在接沙水池下游设置有与接沙水池衔接的水槽延长段11，以在接沙水池里形成一个无流速的区域。所述蓄水池中设置有测量流量的平顶堰。所述拉力传感器通过数据传输线与电脑端连接。
26.作为一种实施方式，在具体实验中，安装上述装置时，可按照以下操作：将水槽坡度为设置为0.5%。为了保证水流平稳流入水槽，在水槽入流口采用蜂窝管来稳流，蜂窝管由普通直径5cm、长20cm多个直管用胶水粘粘而成。在水槽入口1米处用不动大颗粒设置为过渡区，这些颗粒即使在最大流速的情况下也不会起动、不会粗化，紧接在后6.5米的水槽铺设非均匀沙砾石床沙，铺设厚度为0.1米，水槽尾部利用0.1米的pvc板固定河床以防止床沙整体层移。在水槽末端修建一个内径40
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70
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70cm3的矩形水池，作为接沙水池。在水流流向方向接沙水池的下游，以40
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40 cm2横断面往外延长约1.0m出流，作为延长段，这样设计的目的主要是为了在接沙水池里形成一个无流速的区域，避免了在内部的接沙框晃动进而影响拉力传感器的精度。在接沙水池内放置孔径为0.2～1mm，尺寸为35
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60
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50cm接沙框，接沙框利用钢绳通过卡扣或者焊接直接连接到拉力传感器下端，拉力传感器上端通过卡扣或者焊接固定在龙门架上的横杆。龙门架底部利用混凝土直接嵌入地下，龙门架的横杆中心位置安装拉力传感器，且也应该位于接沙框的中心位置。其中拉力传感器采用蚌埠大洋传感公司的dyly-103拉力传感器得到框里推移质重量的变化，得到实测推移质输沙率，采样频率可以设置为1min一个输沙率，采样量程为0~100kg。