野外多路数字式地表剪切应力动态监测仪制造技术

本发明专利技术涉及一种野外多路数字式地表剪切应力动态监测仪，其特征是地表剪切头上连接有主压嘴、主出气嘴、副压嘴和副出气嘴，通过各自硅胶软管与负压进气嘴和正压进气嘴接通微压差变送器，微压差变送器的输出电信号通过负信号线、正信号线、变送器电源线负、变送器电源线正与航空插头座焊接。仪器主机箱上设有多路插头座，箱中内置有供桥稳压电源与多路转换电路和485转USB头，供桥稳压电源与多路转换电路连接，485转USB头通过485数据线与计算机采集数据储存和计算机数据显示连接，太阳能电池板与全密封锂电池连接，锂电池给微压差变送器供电。本发明专利技术结构简单，路数多，测量精确；体积小，智能化强，可适用于野外现场、室内风洞实验地表流畅变化观测。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术涉及一种野外多路数字式地表剪切应力动态监测仪，其特征是地表剪切头上连接有主压嘴、主出气嘴、副压嘴和副出气嘴，通过各自硅胶软管与负压进气嘴和正压进气嘴接通微压差变送器，微压差变送器的输出电信号通过负信号线、正信号线、变送器电源线负、变送器电源线正与航空插头座焊接。仪器主机箱上设有多路插头座，箱中内置有供桥稳压电源与多路转换电路和485转USB头，供桥稳压电源与多路转换电路连接，485转USB头通过485数据线与计算机采集数据储存和计算机数据显示连接，太阳能电池板与全密封锂电池连接，锂电池给微压差变送器供电。本专利技术结构简单，路数多，测量精确；体积小，智能化强，可适用于野外现场、室内风洞实验地表流畅变化观测。【专利说明】野外多路数字式地表剪切应力动态监测仪
本专利技术涉及一种野外多路数字式地表剪切应力动态监测的仪器。
技术介绍
从微观的角度讲，风对沙质地表的剪切作用（剪切应力）直接影响到沙粒的临界起 动速度、跃移高度及跃移长度，从而影响到风沙边界层的风沙流结构，以及沙波纹的形成过 程；从宏观的角度讲，风力的剪切直接影响到干旱区风沙地貌的形成与演化过程及空间分 布格局。近来，国内外众多有关沙丘动力学的研究都集中在通过风速廓线的响应来推测沙 粒的运动特征及风沙流的传输过程，或者是直接测量近地表风速对输沙量的影响。然而， 在以往的研究中，对沙粒运动及传输过程起关键作用的摩阻速度和与之相关的地表剪切应 力大小通常是通过风速廓线来推断的。甚至在很多研究中，风速的测量是在剪切应力为常 量的内边界层之上进行的，从而导致用这种方法产生的风速廓线对地表剪切力预测会存在 潜在的误差。尽管，学者们副出了很多的努力，但关于近地表气流与地表剪切力之间的关 系一影响风沙运动的关键力，仍然是一个悬而未决的问题，尤其是在床面特征比较复杂 的情况下，复杂的气流条件经常会导致边界层理论和边壁率的应用更加复杂化，甚至无法 运用，也就无法获得地表剪切力的大小。 中国专利公开了"防沙风速廓线毕托管"（ZL99254581. 1)用于风沙流风速的测 量。但是，该仪器最大的缺点是自身对风场和风沙流结构的干扰很大，其次是对贴地表（< 5mm)的气流速度无法测量。PIV系统由于其用的是激光测速原理，地表反光性很强，导致它 所测得到的最小地表距离也在2~5mm以上，同样无法实现贴地表气流运动特征的测量，这 就限制了它在贴地表气流特征测量中的应用，从而截止目前无法完全掌握风沙流经过时贴 地表气流的特性。因此，研制一个能直接测量地表剪切应力的测量仪器对于迫在眉睫。
技术实现思路
为了更好地掌握野外地表剪切应力测量，本专利技术的目的在于提供一种野外多路数 字式地表剪切应力动态监测仪。本仪器采用了先进的计算机VC软件技术，利用计算机将采 集的数据储存、处理、计算、显示获得地表气流剪切力的大小。 本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现： 一种野外多路数字式地表剪切应力动态监测仪，主要是由地表剪切头、主压嘴、副压 嘴、堵头、副出气嘴、主出气嘴、硅胶管、负压进气嘴、正压进气嘴、微压差变送器和航空插头 座组成。地表剪切头上连接有主压嘴、主出气嘴、副压嘴和副出气嘴通过各自硅胶软管与负 压进气嘴和正压进气嘴接通微压差变送器，副压嘴与副出气嘴之间气嘴塞有堵头；微压差 变送器10输出〇- 5伏电信号通过负信号线、正信号线、变送器电源线负、变送器电源线正 与航空插头座焊接，主机箱后面板设有多路插头座，箱中内置有供桥稳压电源与多路转换 电路和485转USB头，供桥稳压电源与多路转换电路连接，485转USB头通过485数据线与 计算机采集数据储存和计算机数据显示连接，太阳能电池板与全密封锂电池连接，锂电池 给微压差变送器供电。 本专利技术的优点和产生的有益效果是： 1、本专利技术采用了先进的计算机VC软件技术，利用计算机将数据储存、处理、计算、显 示、还采用了太阳能硅电池向锂电蓄电池供电，解决了野外无交流电的情况下也能正常工 作，使仪器可靠性，抗干扰性得到提高。本仪器路数多，体积小，智能化强，操作简单，连续采 集地表剪切力只需一人完成全部测量工作，无需观测人员在现场就可以按序置功能自动采 集，有利于来推测沙粒的运动特征及风沙流的传输过程，资料的积累过程，可以获得沙粒的 临界起动速度、跃移高度及跃移长度，更重要的是它能揭示风沙边界层的风沙流结构，以及 沙波纹的形成过程的细微变化。大大缩短和减轻科研人员对一些问题的实验研究周期，可 以使研究人员在尽可能短的时间内用最少的人力、物力取得较快的、较好的科研成果，并在 风沙边界层动力学研究中和我国风沙物理学得到广泛应用。 2、本专利技术选用了由合金铝材料加工的地表剪切头、主压嘴、副压嘴、堵头、副出气 嘴、主出气嘴、硅胶管、负压进气嘴、正压进气嘴，微压差变速器和航空插头座组成它具有不 氧化、在测量时不需要对准来流方向，克服了以往用毕托管测量时对准流向带来的麻烦和 误差，灵敏度高等特点。 3、本专利技术是一个基于垂直方向轴对称压差感应和输出原理，推导出压差和风速以 及剪切力之间的关系。这种设计的最大优点是它的轴对称压差感应，在测量时不需要对准 来流方向，只是对贴地表(< 5mm)的气流速度进行测量。 4、本专利技术是在微压差变送器传感器的基础上，经过多个高精度微压感应探头组合 后，再经过压差传感器变速器整合到一个采集系统中，通过软件yanpick，同时采集16个通 道的压差值（Pa)，最大采样频率为3Hz，精度为0.1 Pa，压差范围(Γ 500Pa，采集时常根据 测量需求和计算机存储空间自行设置。 5、设有清沙通道，容易除去沙尘。副出气嘴、主出气嘴连接都采用硅胶软管，硅胶 管软管埋设可远离测点进行观测，避免了人为破坏测点环境的影响；使用方便，可定点定位 连续测定。利用它可对森林、草原和戈壁沙漠群落地表风沙流畅进行长期监测，为风沙物理 学、环境科学及地球表层系统科学的发展提供可靠的依据。 6、本专利技术采用的计算机，具有以下特点1)通过RS232接口，实时采集各个通道上 当前的压力数据，并显示在计算机屏幕上；2)通讯可靠，数据正确率高；3)友好的人机界面 操作简单，使用方便；4)实时显示当前的风压和风速数据切换方便；5)可搜索在线的所有 测试单元，可同时采集多达48个测试单元的当前数据，可按用户设定的路径和文件名同时 保存所有测试单元的风压和对应的风速数据到Excel文件中，便于用户再次使用所测量的 数据。 7、本专利技术采用了太阳能硅电池向锂电蓄电池供电，解决了野外无交流电的情况下 也能正常工作，使仪器可靠性，抗干扰性得到提高。本专利技术结构简单，操作方便，仪器路数 多，测量精确；体积小，易携带，智能化强，操作简单，提高了工作效率和测量精度。可适用于 野外现场、室内风洞实验地表流畅变化观测和监测。 【专利附图】【附图说明】 图1为本专利技术示意图。 【具体实施方式】 下面，结合附图，就本专利技术的技术方案作进一步的说明： 一种野外多路数字式地表剪切应力动态监测仪，主要是由地表剪切探头1、主压嘴2、 副压嘴3、堵头4、副出气嘴5、主出气嘴6、硅胶管7、负压进气嘴8、本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种野外多路数字式地表剪切应力动态监测仪，主要是由地表剪切探头（1）、主压嘴（2）、副压嘴（3）、堵头（4）、副出气嘴（5）、主出气嘴（6）、硅胶管（7）、负压进气嘴（8）、正压进气嘴（9）、微压差变送器（10）和航空插头座（11）组成，其特征是地表剪切头（1）上连接有主压嘴（2）、主出气嘴（6）、副压嘴（3）和副出气嘴（5），通过各自硅胶软管（7）与负压进气嘴（8）和正压进气嘴（9）接通微压差变送器（10），副压嘴（3）与副出气嘴（5）之间气嘴塞有堵头（4）；微压差变送器（10）的输出0—5伏电信号通过负信号线（12）、正信号线（13）、变送器电源线负（14）、变送器电源线正（15）一端与航空插头座（11）焊接，另一端与主机箱（16）后面板设有多路插头座（25）连接，箱中内置有供桥稳压电源（17）与多路转换电路（18）连接、485转USB头（19）通过485数据线（20）与计算机采集数据储存（21）和计算机数据显示（22）连接，太阳能电池板（24）与全密封锂电池（26）连接，全密封锂电池（26）给微压差变送器（10）供电。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：赵爱国，罗万银，董治宝，钱广强，赵晶，李宏，肖建华，
申请(专利权)人：中国科学院寒区旱区环境与工程研究所，
类型：发明
国别省市：甘肃;62