一種地表徑流泥沙樣品分段採集裝置

《一種地表徑流泥沙樣品分段採集裝置》是中國科學院東北地理與農業生態研究所於2011年8月31日申請的專利，該專利的公布號為CN102435466A，授權公布日為2012年5月2日，發明人是張興義、李續峰、王平、陳淵、劉洪家。

《一種地表徑流泥沙樣品分段採集裝置》其翻斗固裝在主傳動軸上，主傳動軸通過第一超越離合器、第一從傳動軸、第二超越離合器、第二從傳動軸和渦輪渦桿減速器與第三從傳動軸連線，第三從傳動軸由不鏽鋼分水盤中間通過，尼龍桶狀收集器固裝在第三從傳動軸的上端，流出彎管的一端與第一出水口連通、另一端位於盤狀分水盒上方，每個塑膠管對應一個第二出水口，且塑膠管的一端與第二出水口連通、另一端與塑膠樣品收集瓶連通，分流溢出管的輸出端位於尼龍桶狀收集器的上方。該發明用於地表徑流泥沙混合樣品採集。

2019年10月，《一種地表徑流泥沙樣品分段採集裝置》獲得第三屆吉林省專利獎優秀獎。

（概述圖為《一種地表徑流泥沙樣品分段採集裝置》摘要附圖）

基本介紹

• 中文名：一種地表徑流泥沙樣品分段採集裝置
• 申請人：中國科學院東北地理與農業生態研究所
• 申請日：2011年8月31日
• 申請號：2011102556598
• 公布號：CN102435466A
• 公布日：2012年5月2日
• 發明人：張興義、李續峰、王平、陳淵、劉洪家
• 地址：黑龍江省哈爾濱市南崗區哈平路138號
• Int.Cl.：G01N1/20(2006.01)I
• 代理機構：哈爾濱市松花江專利商標事務所
• 代理人：劉同恩
• 類別：發明專利

專利背景

2011年8月之前，中國水土流失自動觀測進展較快，由於野外水土流失監測現場條件複雜，受流速、流量、水溫、泥沙化學成分、泥沙顆粒粒徑、背景光線、泥沙沉淤等影響，自動觀測測量範圍較小，精度較差。且設備多採用光電原理，需要電源，而水土流失觀測多在野外無電源區；設備安裝和操作複雜，因此，無法滿足水土流失自動化監測的需求。

利用標準閉合小區徑流觀測系統很好地對不同土地利用方式和農作管理方式下的水土流失進行觀測。在套用中發現也有很多弊端，例如；針對標準徑流觀測閉合小區存在場地固定，修建觀測場時對土地破壞較大；造價高，運行費用大，一般修建一個水土流失觀測場至少需20萬元以上，閉合小區面積多在100平方米左右，農作小區只能採取人工耕翻土壤，與大田機械耕作實際差異較大；由於受場地限制，難以開展不同坡度、坡長下水土流失觀測；由於場地和設備固定，易受自然和人為破壞等弊端，近些年水土保持學者在野外徑流觀測手段和設備等方面進行了深入的探索。美國Cruse（2001）研製了分段式可移動徑流觀測裝置（Dividercollector），小區仍採用閉合的，利用可拆卸重複利用的金屬板代替了水泥板，將置於地平面下的分流桶替換為至於地表的分段式分流集水槽。它的優點是適於野外小區域（＜50平方米）的徑流觀測，安裝相對簡單，測定結果精度較高，可拆卸，可移動，可用於野外實際狀態下的徑流觀測，可用於一次性降雨或人工降雨下的觀測。但也存在許多不足，觀測面積較小，安裝時每個集水槽都需調水平，分流時受表面水張力影響較大，每次降雨後都需對設備進行清理，不適於泥沙含量較大或徑流強度較大的觀測，使用受限。

申請號為2006101632409、公開日為2009年7月29日的發明專利公開了一種可移動式地表徑流觀測裝置，該申請是申請人於2006年12月14日申請的，該裝置主要由徑流收集裝置、徑流樣品採集裝置、徑流量測定裝置、數據計量系統和防雨保護罩五個部分組成，其核心為徑流樣品採集裝置和徑流量測定裝置，徑流樣品採集裝置只給出概念性設計構型，未對參數進行科學界定，經過4年野外觀測顯示，泥沙在裝置中沉積仍較嚴重，影響了觀測準確性。

申請號為201010594588X、公開日為2011年6月8日的發明專利公開了一種地表徑流泥沙混合與樣品採集裝置，該申請是申請人於2010年12月15日申請的，該申請雖實現了徑流過程的觀測，徑流中的泥沙也實現了充分混合併被採集，但所採集的樣品為一次徑流的樣品，即只能獲取一次徑流的輸沙總量，未能實現輸沙過程的觀測。

發明內容

專利目的

《一種地表徑流泥沙樣品分段採集裝置》的目的是為解決2011年8月之前的可移動式地表徑流觀測裝置存在樣品採集裝置所採集的樣品為一次徑流的樣品，只能獲取一次徑流的輸沙總量，未能實現輸沙過程的觀測的問題，提供一種地表徑流泥沙樣品分段採集裝置。

技術方案

《一種地表徑流泥沙樣品分段採集裝置》包括翻斗、主傳動軸、第一超越離合器、第一從傳動軸、第二超越離合器、第二從傳動軸、渦輪渦桿減速器、第三從傳動軸、尼龍桶狀收集器、分流溢出管、流出彎管、不鏽鋼分水盤、十二個塑膠管和十二個塑膠樣品收集瓶，所述翻斗固裝在主傳動軸上，主傳動軸的輸出端通過第一超越離合器與第一從傳動軸的輸入端連線，第一從傳動軸的輸出端通過第二超越離合器與第二從傳動軸的輸入端連線，第二從傳動軸的輸出端與渦輪渦桿減速器的輸入端連線，渦輪渦桿減速器的輸出端與第三從傳動軸的輸入端連線，第三從傳動軸由不鏽鋼分水盤中間通過，尼龍桶狀收集器固裝在第三從傳動軸的上端，尼龍桶狀收集器的側壁下方設有第一出水口，不鏽鋼分水盤的上端面沿同一圓周均布設有十二個盤狀分水盒，每個盤狀分水盒的底部設有第二出水口，流出彎管的一端與第一出水口連通，流出彎管的另一端位於盤狀分水盒上方，每個塑膠管對應一個第二出水口和一個塑膠樣品收集瓶，且塑膠管的一端與第二出水口連通，塑膠管的另一端與塑膠樣品收集瓶連通，分流溢出管的輸出端位於尼龍桶狀收集器的上方。

改善效果

《一種地表徑流泥沙樣品分段採集裝置》的優點是：

一、該發明針對輸沙過程觀測的需求，利用翻斗的翻動實現機械傳動；通過渦輪渦桿減速器7控制第三從傳動軸8的轉動角度，即控制流出彎管11的轉動角度，以實現徑流量的採樣間隔、徑流發生時間同步記錄，做到了泥沙樣品的分段採集，從而實現了輸沙過程的測定。該發明裝置是對以獲得發明專利的一種可移動式地表徑流觀測裝置（授權號ZL2006101632409）的進一步補充和完善，解決了2011年8月之前的技術存在所採集的樣品為一次徑流的樣品、一次徑流的輸沙總量及輸沙過程不能觀測的問題。

二、該發明與自動降雨觀測設備相結合，實現單次水土流失發生的降雨過程、徑流過程、輸沙過程的同步測定。

三、該發明裝置可廣泛套用於水土流失治理區水土保持效益的評價，也可替代標準徑流小區的分流桶，實現過程觀測。

附圖說明

圖1是《一種地表徑流泥沙樣品分段採集裝置》的整體結構主視圖，圖2是圖1的K向視圖，圖3是不鏽鋼分水盤12的俯視圖。

權利要求

1.《一種地表徑流泥沙樣品分段採集裝置》其特徵在於：所述裝置包括翻斗（1）、主傳動軸（2）、第一超越離合器（3）、第一從傳動軸（4）、第二超越離合器（5）、第二從傳動軸（6）、渦輪渦桿減速器（7）、第三從傳動軸（8）、尼龍桶狀收集器（9）、分流溢出管（10）、流出彎管（11）、不鏽鋼分水盤（12）、十二個塑膠管（13）和十二個塑膠樣品收集瓶（14），所述翻斗（1）固裝在主傳動軸（2）上，主傳動軸（2）的輸出端通過第一超越離合器（3）與第一從傳動軸（4）的輸入端連線，第一從傳動軸（4）的輸出端通過第二超越離合器（5）與第二從傳動軸（6）的輸入端連線，第二從傳動軸（6）的輸出端與渦輪渦桿減速器（7）的輸入端連線，渦輪渦桿減速器（7）的輸出端與第三從傳動軸（8）的輸入端連線，第三從傳動軸（8）由不鏽鋼分水盤（12）中間通過，尼龍桶狀收集器（9）固裝在第三從傳動軸（8）的上端，尼龍桶狀收集器（9）的側壁下方設有第一出水口（9-1），不鏽鋼分水盤（12）的上端面沿同一圓周均布設有十二個盤狀分水盒（12-1），每個盤狀分水盒（12-1）的底部設有第二出水口（12-2），流出彎管（11）的一端與第一出水口（9-1）連通，流出彎管（11）的另一端位於盤狀分水盒（12-1）上方，每個塑膠管（13）對應一個第二出水口（12-2）和一個塑膠樣品收集瓶（14），且塑膠管（13）的一端與第二出水口（12-2）連通，塑膠管（13）的另一端與塑膠樣品收集瓶（14）連通，分流溢出管（10）的輸出端位於尼龍桶狀收集器（9）的上方。

2.根據權利要求1所述一種地表徑流泥沙樣品分段採集裝置，其特徵在於：所述尼龍桶狀收集器（9）的內徑為40毫米～50毫米、高為45毫米～50毫米。

3.根據權利要求1或2所述一種地表徑流泥沙樣品分段採集裝置，其特徵在於：所述塑膠管（13）的內徑為12毫米～16毫米。

4.根據權利要求3所述一種地表徑流泥沙樣品分段採集裝置，其特徵在於：所述塑膠樣品收集瓶（14）的內徑為95毫米、高為180毫米。

實施方式

具體實施方式一：結合圖1～圖3說明該實施方式，該實施方式包括翻斗1、主傳動軸2、第一超越離合器3、第一從傳動軸4、第二超越離合器5、第二從傳動軸6、渦輪渦桿減速器7、第三從傳動軸8、尼龍桶狀收集器9、分流溢出管10、流出彎管11、不鏽鋼分水盤12、十二個塑膠管13和十二個塑膠樣品收集瓶14，所述翻斗1固裝在主傳動軸2上，主傳動軸2的輸出端通過第一超越離合器3與第一從傳動軸4的輸入端連線，第一從傳動軸4的輸出端通過第二超越離合器5與第二從傳動軸6的輸入端連線，第二從傳動軸6的輸出端與渦輪渦桿減速器7的輸入端連線，渦輪渦桿減速器7的輸出端與第三從傳動軸8的輸入端連線，第三從傳動軸8由不鏽鋼分水盤12中間通過，不鏽鋼分水盤12固定於設備底座上，不鏽鋼分水盤12不隨第三從傳動軸8轉動，尼龍桶狀收集器9固裝在第三從傳動軸8的上端，尼龍桶狀收集器9的側壁下方設有第一出水口9-1，不鏽鋼分水盤12的上端面沿同一圓周均布設有十二個盤狀分水盒12-1，每個盤狀分水盒12-1的底部設有第二出水口12-2，流出彎管11的一端與第一出水口9-1連通，流出彎管11的另一端位於盤狀分水盒12-1上方，每個塑膠管13對應一個第二出水口12-2和一個塑膠樣品收集瓶14，且塑膠管13的一端與第二出水口12-2連通，塑膠管13的另一端與塑膠樣品收集瓶14連通，分流溢出管10的輸出端位於尼龍桶狀收集器9的上方。

渦輪渦桿減速器7調節翻斗1每翻動一次流出彎管11的轉動角度，該發明裝置設計的是翻斗1每翻動一次流出彎管11的旋轉角度為0.3度，十二個盤狀分水盒12-1，即翻斗翻轉100次採集1個樣品，最大可採集十二個泥沙樣品。該發明的徑流測定是通過翻斗翻動的次數記錄，翻斗每翻動一次的徑流的數量是一定的（已知的），如以翻斗翻動100次為一次樣品採集單元，就可實現樣品按徑流流量分段採集泥沙樣品。翻斗每次翻動的精確時間被記錄儀記載，通過第1次和第100次翻斗翻動記錄的時間，就可知該次樣品採集的時間段，以此實現輸沙過程的測定。

具體實施方式二：結合圖1說明該實施方式，該實施方式的尼龍桶狀收集器9的內徑為40毫米～50毫米、高為45毫米～50毫米。其它組成及連線關係與具體實施方式一相同。

具體實施方式三：結合圖1說明該實施方式，該實施方式的尼龍桶狀收集器9的內徑為45毫米、高為50毫米。其它組成及連線關係與具體實施方式一相同。

具體實施方式四：結合圖1說明該實施方式，該實施方式的塑膠管13的內徑為14毫米。其它組成及連線關係與具體實施方式一或二相同。

具體實施方式五：結合圖1說明該實施方式，該實施方式的塑膠樣品收集瓶14的內徑為95毫米、高為180毫米。其它組成及連線關係與具體實施方式一或二相同。

該發明工作過程：徑流通過徑流收集管從上端注入翻斗1上的其中一側上，當翻斗1中的徑流達到一定重量後翻斗1發生正向翻轉，主傳動軸2隨之轉動，通過第一超越離合器3帶動第一從傳動軸4轉動，翻斗1轉動後徑流向翻斗1上的另一側上注入，當達到一定重量後翻斗1發生反向翻轉，在第一超越離合器3和第二個超越離合器5的共同作用下，保證第一從傳動軸4此時不發生轉動，即保證與第二個超越離合器5連線的第二從傳動軸6隻向一個方向轉動，在渦輪渦桿減速器7的作用下，轉動方向由水平轉向垂直向上，第三從傳動軸8帶動尼龍桶狀收集器9轉動，同時，兩次混合分流後的泥沙樣品經分流溢出管10注入尼龍桶狀收集器9中，經流出彎管11流入不鏽鋼分水盤12中，再經塑膠管13流入塑膠樣品收集瓶14中，從而獲取不同時段的泥沙樣品。

該發明於2010年6月開始研製，2011年4月製作完畢，2011年5月完成室內模擬觀測，2011年6月安裝9台於野外試用。除部分零部件未採用防腐材料發生鏽蝕外，裝置工作正常，達到了設計要求，實現了徑流泥沙樣品的分段採集。

榮譽表彰

2019年10月，《一種地表徑流泥沙樣品分段採集裝置》獲得第三屆吉林省專利獎優秀獎。