一种雨滴打击力测试仪制造技术

本发明专利技术涉及一种雨滴打击力测试仪，包括控制盒、电脑终端和测量端１，测量端１由承雨罩１０、支撑件１１、传感器２０、底座３和放大器４０组成；放大器４０信号依次输入到控制盒和电脑终端内。能把雨滴打击力变为电信号，再由放大器４０放大，由电脑终端分析软件分析运算，并显示运算结果，直接标定和表征降雨侵蚀力所包含的物理意义，达到反映降雨引起土壤侵蚀的潜在能力的目的。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种电子测试仪器，尤其和测试雨滴打击地表的能量、表征"降雨侵蚀力"有关。
技术介绍
降雨侵蚀力(Rainfall Erosivity)是用来表征降雨对土壤侵蚀贡献的指标，它指 由降雨引起土壤侵蚀的潜在能力，用R表示，国际单位为J mm m—2h。降雨过程中，雨滴打击 地表、汇流冲刷表土，破坏地表形态和土壤结构，导致土壤颗粒和营养物质随雨水冲离。降 雨是造成水土流失的直接作用力。降雨侵蚀力是通用土壤流失方程USLE、修正通用土壤流 失方程RUSLE以及土壤侵蚀与生产力模型EPIC中一个重要的侵蚀动力评价因子，准确评价 和计算降雨侵蚀力值是预报土壤流失和进行水土保持规划的重要环节和先决条件。 降雨过程十分复杂，降雨侵蚀力的度量一般用数学计算的方法，如标准法和模型 法等。 标准法即Wischmeier的EI3。法，又称经典法，计算公式为 R = EI3。 (1) 式中，E = E e *P， e = 11. 897+8. 731ogi ;i为一段雨强较为平均的降雨时段的雨强大小(mm h—0 ;e表示该时段内单位雨量的降雨动能(J m—2mm) ;P表示该时段的降雨量(mm) ;E表示降雨动能(J m—2) ;I3。代表一次降雨过程的最大30min降雨强度(mm h—0 。 从降雨侵蚀力概念提出至今，R值的获取均通过算法模型的间接计算得到，其不足之处是计算过程往往需要多年的自计降雨观测资料，对降雨数据的数据量和精度要求很高，数据整理过程也是耗时费力，如果使用较为粗略的估算模型，结果的有效性则得不到保证。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种雨滴打击力测试仪，在降雨时实时观测雨滴的打击力， 以此来直接标定和表征降雨侵蚀力所包含的物理意义，达到反映降雨引起土壤侵蚀的潜在 能力的效果。 本专利技术的目的是这样达到的包括控制盒、电脑终端和特别设置的测量端，测量端 由承雨罩、支撑件、传感器、底座和放大器组成；其中承雨罩设置在支撑件上，并依次安装传 感器、底座和放大器；放大器信号依次输入到控制盒和电脑终端内。 由上述可知，本专利技术分为三个组成部分，测量端(室外部分)+控制盒(室内部 分)+电脑终端(室内部分) 第一部分测量端，为本专利技术的核心部件，设置雨滴感应敏感部件，放置于野外。 第二部分控制盒。提供面板控制按钮和数字显示功能，放置于室内。主要部件 有接线板盒、显示仪表、控制面板等。第三部分电脑终端，提供数据显示、存储、分析的软硬件平台，并包括连接部分RS485、 RS232传输线、USB延长线等。 测量时，雨滴打击到承雨罩上，经传感器把雨滴打击力变为电信号，再由放大器放 大，传输到控制盒和电脑终端，由分析软件分析运算，显示运算结果，实现本专利技术目的。附图说明 图1是本专利技术的组成示意图 图2是本专利技术测量端实施例原理图具体实施例方式参见图1，本专利技术由三个组成部分，测量端1、控制盒2、电脑终端3，测量时，雨滴打 击到测量端1的承雨罩上，经传感器把雨滴打击力变为电信号，再由放大器放大，传输到控 制盒2和电脑终端3，由分析软件分析运算，显示运算结果。 参见图2，测量端1由承雨罩10、支撑件11、传感器20、底座31和放大器40组成。 传感器20通过垫片21固定在底座31上，底座31通过微调螺丝30调节水平，底座31的水 平度由水平气泡32测试。传感器20包括敏感元件和结构支架，敏感元件附着在结构支架 上，构成传感器20。敏感元件将雨滴打击力变为电信号，经放大器40放大后再输出。 由以上几个部分组成的雨滴打击力测仪器系统，能够短间隔的间断测量自然降雨 在单位面积上某一瞬间所有雨滴落地时的冲击力F (N)，采样频率为1-500次/s，整个降雨 过程具备完整的测量记录，能够方便有效的显示、存储、调用。 承雨罩10上表面面板直接感应和接触降雨，不缓冲雨滴、不消耗雨能，允许其表 面形成类似地表的薄层水流。面板采用PVC材料，大小可以为50cm*50cm*lcm。 承雨罩IO沿面板壁垂直下挂一定高度围成一圈的边，使整个结构构成一个防风 罩型设计，阻止风从下方钻入，在面板下形成有上举力的干扰风场，影响观测结果。防风边 每边大小可以为7cm*50cm ;厚度3-5mm。防风边尽量使用表面光滑、质地轻盈(粘性系数 小)的材质优质PVC材料。 支撑件11下方安装称重传感器采用量程0 5kg，悬臂梁式，独立信号放大器； 电阻应变式悬臂梁结构称重传感器通常将金属弹性体作为力转换为应变的元件。 弹性体(弹性元件)在外力作用下产生弹性变形，使粘贴在它表面的电阻应变片也随同产 生变形，电阻应变片变形后，它的阻值将发生变化(增大或减小)，经相应的测量电路把这 一电阻变化转换为电压信号，从而通过力、应变、电阻变化、电压信号变化这四个转换环节， 完成将外力转变为电信号的过程。 本专利技术实施例所采用传感器的基本参数如下 型号NSTH-5 特征铝合金材料抗腐蚀、悬臂梁式弹性体； 4-M6双孔，螺纹安装较为方便； 大小22mm*30mm*130mm 量程5kg 过载150% 供电24VDC4 输出4 20mA/0 5v (可选) 底座31 ，固定整套装置，48cm*48cm，上表面安装和放置放大器40 、垫片21 、与水平 气泡32。底座31四角安装可微调螺丝30支脚，以保证仪器工作时底座31为水平状态。 由上述可知，本专利技术可在降雨过程中野外实时观测得到一系列降雨过程中雨滴打 击力的连续数据，通过分析降雨过程的结果数据，挖掘其与降雨雨量、雨型、降雨侵蚀力和 水土流失的关系，建立F-R的标准关系，达到表征和直接观测R因子和直接评价水土流失潜 在危险性的目的。 在同一区域降雨类型和特性相似性的原则下，利用本仪器长期试验记录的全降雨 过程的雨滴打击力强度数据，结合目前自记雨量计的降雨过程雨量曲线，获得该降雨条件 下每10min提取的降雨雨量(降雨强度)和打击力条件下产生的降雨动能，分析不同梯度 的10min降雨量(降雨强度)和降雨动能的函数关系。 综合分析重复和验证试验结果，达到标定二者函数关系，以上述函数对应关系为 标准，建立从10min降雨量到实测的降雨动能数据的直接关系，实践证明，本专利技术可以将过 去计算降雨侵蚀力值的繁琐步骤减少一半以上，大大提高了降雨侵蚀力值获取的效率，若 需要计算更高精度需求的小范围降雨侵蚀力计算，可以按照上述方法对函数进行进一步标 定和修正。 本专利技术可以作为计算降雨侵蚀力指标的创新途径，它具有可靠的理论依据，丰富 了降雨侵蚀力指标的物理学意义，同时具有高效、准确、方便的现实功用。权利要求一种雨滴打击力测试仪，包括控制盒(2)、电脑终端(3)，其特征是特别设置的测量端(1)，测量端(1)由承雨罩(10)、支撑件(11)、传感器(20)、底座(31)和放大器(40)组成；其中承雨罩(10)设置在支撑件(11)上，并依次安装传感器(20)、底座(31)和放大器(40)；放大器(40)信号依次输入到控制盒(2)和电脑终端(3)内。2. 根据权利要求l所述的雨滴打击力测试仪，其特征是在底座(31)上设置水平气泡 (32)。3. 根据权利要求1或2所述的雨滴打击力测试仪，其特征是底座(31)四角安装可微 调螺丝(30)支脚本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种雨滴打击力测试仪，包括控制盒（２）、电脑终端（３），其特征是特别设置的测量端（１），测量端（１）由承雨罩（１０）、支撑件（１１）、传感器（２０）、底座（３１）和放大器（４０）组成；其中承雨罩（１０）设置在支撑件（１１）上，并依次安装传感器（２０）、底座（３１）和放大器（４０）；放大器（４０）信号依次输入到控制盒（２）和电脑终端（３）内。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：杨轩，
申请(专利权)人：中国科学院南京土壤研究所，
类型：发明
国别省市：84[中国|南京]