[實(shí)用新型]野外地表剪切應(yīng)力動態(tài)監(jiān)測儀

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201320221029.3
• 申請日: 2013-04-27
• 公開（公告）號: CN203275063U
• 公開（公告）日: 2013-11-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙愛國;羅萬銀;董治寶;錢廣強(qiáng);趙晶;李宏
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院寒區(qū)旱區(qū)環(huán)境與工程研究所
• 主分類號: G01M9/00
• 分類號: G01M9/00;G01M9/06
• 代理公司: 蘭州中科華西專利代理有限公司 62002
• 代理人: 馬正良

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及一種野外多路數(shù)字式地表剪切應(yīng)力動態(tài)監(jiān)測的儀器。?

背景技術(shù)

中國專利公開了“防沙風(fēng)速廓線畢托管”（ZL99254581.1）用于風(fēng)沙流風(fēng)速的測量。但是，該儀器最大的缺點(diǎn)是自身對風(fēng)場和風(fēng)沙流結(jié)構(gòu)的干擾很大，其次是對貼地表（＜?5mm）的氣流速度無法測量。PIV系統(tǒng)由于其用的是激光測速原理，地表反光性很強(qiáng)，導(dǎo)致它所測得到的最小地表距離也在2~5mm以上，同樣無法實(shí)現(xiàn)貼地表氣流運(yùn)動特征的測量，這就限制了它在貼地表氣流特征測量中的應(yīng)用，從而截止目前無法完全掌握風(fēng)沙流經(jīng)過時貼地表氣流的特性。因此，研制一個能直接測量地表剪切應(yīng)力的測量儀器對于迫在眉睫。?

發(fā)明內(nèi)容

為了更好地掌握野外地表剪切應(yīng)力測量，本實(shí)用新型的目的在于提供一種野外地表剪切應(yīng)力動態(tài)監(jiān)測儀。本儀器采用了先進(jìn)的計(jì)算機(jī)VC軟件技術(shù)，利用計(jì)算機(jī)將采集的數(shù)據(jù)儲存、處理、計(jì)算、顯示獲得地表氣流剪切力的大小。?

本實(shí)用新型的目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：?

一種野外地表剪切應(yīng)力動態(tài)監(jiān)測儀，主要是由地表剪切頭、主壓嘴、副壓嘴、堵頭、副出氣嘴、主出氣嘴、硅膠管、負(fù)壓進(jìn)氣嘴、正壓進(jìn)氣嘴、微壓差變送器和航空插頭座組成。地表剪切頭上連接有主壓嘴、主出氣嘴、副壓嘴和副出氣嘴通過各自硅膠管與負(fù)壓進(jìn)氣嘴和正壓進(jìn)氣嘴接通微壓差變送器，副壓嘴與副出氣嘴之間氣嘴塞有堵頭；微壓差變送器10輸出0—5伏電信號通過負(fù)信號線、正信號線、變送器電源線負(fù)、變送器電源線正與航空插頭座焊接，主機(jī)箱后面板設(shè)有多路插頭座，箱中內(nèi)置有供橋穩(wěn)壓電源與多路轉(zhuǎn)換電路和485轉(zhuǎn)USB頭，供橋穩(wěn)壓電源與多路轉(zhuǎn)換電路連接，485轉(zhuǎn)USB頭通過485數(shù)據(jù)線與計(jì)算機(jī)采集數(shù)據(jù)儲存和計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)顯示連接，太陽能電池板與全密封鋰電池連接，鋰電池給微壓差變送器供電。

本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)和產(chǎn)生的有益效果是：?

1、本實(shí)用新型采用了先進(jìn)的計(jì)算機(jī)VC?軟件技術(shù)，利用計(jì)算機(jī)將數(shù)據(jù)儲存、處理、計(jì)算、顯示、還采用了太陽能硅電池向鋰電蓄電池供電，解決了野外無交流電的情況下也能正常工作，使儀器可靠性，抗干擾性得到提高。本儀器路數(shù)多，體積小，智能化強(qiáng)，操作簡單，連續(xù)采集地表剪切力只需一人完成全部測量工作，無需觀測人員在現(xiàn)場就可以按序置功能自動采集，有利于來推測沙粒的運(yùn)動特征及風(fēng)沙流的傳輸過程，資料的積累過程，可以獲得沙粒的臨界起動速度、躍移高度及躍移長度，更重要的是它能揭示風(fēng)沙邊界層的風(fēng)沙流結(jié)構(gòu)，以及沙波紋的形成過程的細(xì)微變化。大大縮短和減輕科研人員對一些問題的實(shí)驗(yàn)研究周期，可以使研究人員在盡可能短的時間內(nèi)用最少的人力、物力取得較快的、較好的科研成果，并在風(fēng)沙邊界層動力學(xué)研究中和我國風(fēng)沙物理學(xué)得到廣泛應(yīng)用。

2、本實(shí)用新型選用了由合金鋁材料加工的地表剪切頭、主壓嘴、副壓嘴、堵頭、副出氣嘴、主出氣嘴、硅膠管、負(fù)壓進(jìn)氣嘴、正壓進(jìn)氣嘴，微壓差變速器和航空插頭座組成它具有不氧化、在測量時不需要對準(zhǔn)來流方向，克服了以往用畢托管測量時對準(zhǔn)流向帶來的麻煩和誤差，靈敏度高等特點(diǎn)。?

3、本實(shí)用新型是一個基于垂直方向軸對稱壓差感應(yīng)和輸出原理，推導(dǎo)出壓差和風(fēng)速以及剪切力之間的關(guān)系。這種設(shè)計(jì)的最大優(yōu)點(diǎn)是它的軸對稱壓差感應(yīng)，在測量時不需要對準(zhǔn)來流方向，只是對貼地表（＜5mm）的氣流速度進(jìn)行測量。?

4、本實(shí)用新型是在微壓差變送器傳感器的基礎(chǔ)上，經(jīng)過多個高精度微壓感應(yīng)探頭組合后，再經(jīng)過壓差傳感器變速器整合到一個采集系統(tǒng)中，通過軟件yanpick，同時采集16個通道的壓差值（Pa），最大采樣頻率為3Hz，精度為0.1?Pa，壓差范圍0~?500Pa，采集時常根據(jù)測量需求和計(jì)算機(jī)存儲空間自行設(shè)置。?

5、設(shè)有清沙通道，容易除去沙塵。副出氣嘴、主出氣嘴連接都采用硅膠軟管，硅膠管軟管埋設(shè)可遠(yuǎn)離測點(diǎn)進(jìn)行觀測，避免了人為破壞測點(diǎn)環(huán)境的影響；使用方便，可定點(diǎn)定位連續(xù)測定。利用它可對森林、草原和戈壁沙漠群落地表風(fēng)沙流暢進(jìn)行長期監(jiān)測，為風(fēng)沙物理學(xué)、環(huán)境科學(xué)及地球表層系統(tǒng)科學(xué)的發(fā)展提供可靠的依據(jù)。?

6、本實(shí)用新型采用的計(jì)算機(jī)，具有以下特點(diǎn)1）通過RS232接口，實(shí)時采集各個通道上當(dāng)前的壓力數(shù)據(jù)，并顯示在計(jì)算機(jī)屏幕上；2）通訊可靠，數(shù)據(jù)正確率高；3）友好的人機(jī)界面操作簡單,使用方便；4）實(shí)時顯示當(dāng)前的風(fēng)壓和風(fēng)速數(shù)據(jù)切換方便；5）可搜索在線的所有測試單元，可同時采集多達(dá)48個測試單元的當(dāng)前數(shù)據(jù)，可按用戶設(shè)定的路徑和文件名同時保存所有測試單元的風(fēng)壓和對應(yīng)的風(fēng)速數(shù)據(jù)到Excel文件中，便于用戶再次使用所測量的數(shù)據(jù)。?