[發明專利]萬向地表徑流實時監測裝置

有效

• 申請號: 201710431205.9
• 申請日: 2017-06-08
• 公開（公告）號: CN107085122B
• 公開（公告）日: 2019-08-20
• 發明（設計）人: 王森林;董增川;朱振業;朱彩琳;寇嘉瑋
• 申請（專利權）人: 河海大學
• 主分類號: G01P5/00
• 分類號: G01P5/00;G01N33/24
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

1.一種萬向地表徑流實時監測裝置，其特征在于：包括頂部集雨器(1)、中心處理模塊(2)、側面防護裝置(3)、重量傳感器(4)、三維力傳感器(5)、中部支撐桿(6)、輸水管(7)和底部支撐桿(8)；

其中，頂部集雨器(1)與中心處理模塊(2)相連，三維力傳感器(5)與中部支撐桿(6)相連，中心處理模塊(2)通過三維力傳感器(5)、中部支撐桿(6)與重量傳感器(4)相連，中心處理模塊(2)與重量傳感器(4)之間安裝有側面防護裝置(3)；在頂部集雨器(1)的底部開設圓孔，輸水管(7)固定在圓孔中，穿過中心處理模塊(2)，下端插入土壤中；底部支撐桿(8)上端連接在重量傳感器(4)的底部四周，下端插入土壤中；

側面防護裝置(3)為透水性強的多孔面板；

通過重量傳感器(4)測量實時地表徑流質量，通過三維力傳感器(5)測量實時流向和實時力矩，通過中部支撐桿(6)內部的線路，將實時地表徑流質量和實時力矩這兩個數據傳到中心處理模塊(2)，經過物理和數學上的處理得出實時地表徑流深、實時流速。

2.根據權利要求1所述的萬向地表徑流實時監測裝置，其特征在于：頂部集雨器(1)為無蓋圓柱體。

3.根據權利要求1所述的萬向地表徑流實時監測裝置，其特征在于：中心處理模塊(2)包括中心處理器、信息傳輸模塊和電源封裝層，位于頂部集雨器(1)的底端，且與頂部集雨器(1)緊密相連。

4.根據權利要求1所述的萬向地表徑流實時監測裝置，其特征在于：中部支撐桿(6)為空心圓柱體，內部安裝有線路通道。

5.根據權利要求1所述的萬向地表徑流實時監測裝置，其特征在于：每兩根輸水管(7)間隔一根底部支撐桿(8)排列。

6.根據權利要求1所述的萬向地表徑流實時監測裝置，其特征在于：所述中心處理模塊計算實時地表徑流深的具體步驟為：

由質量計算公式知：

m_t＝ρ·V_t

V_t＝π(R²-r²)h_t

因而有：

m_t＝ρ·π(R²-r²)h_t

從而可得地表徑流深：

其中，重量傳感器的半徑為R，中部支撐桿的半徑為r，水的密度為ρ，t時刻地表徑流的質量為m_t，t時刻地表徑流深為h_t，t時刻地表徑流在重量傳感器上方形成的體積為V_t。

7.根據權利要求6所述的萬向地表徑流實時監測裝置，其特征在于：中心處理模塊計算實時流速的具體步驟為：

三維力傳感器測得實時力距M_t，由力矩公式：

式中，L為中部支撐桿的長度；

可得實時力：

由牛頓第二定律：

F＝m·a

離散得：

其中，m’_t為Δt時間內通過中部支撐桿的水流質量：

代入上式，得：

化簡后得：

v₀＝0

M₀＝0

根據上式，可逐時段計算實時流速v_t。