本发明涉及水土保持领域，具体而言，涉及一种无人值守的径流含沙量检测装置及系统。
背景技术：
水土流失是陆地水循环的重要环节，其不仅影响生态系统的水环境，而且关乎江河安全、生态安全、水土资源保育与永续利用。
建立信息化环境下的径流泥沙实时自动观测、传输、管理和共享，获得记录水土流发生、发展的过程数据，不仅是生态过程科学研究、水土保持科技发展的需要，也是运用现代先进技术升级改造水土流失测量方法，提升径流泥沙数据获取科技水平的需要。
径流含沙量是土壤侵蚀、水土保持、水文研究与河流泥沙检测的重要内容。含沙量的现场快速、实时准确测量是目前亟待解决的问题。
目前，测量含沙量的方法较多，由于其测量原理不同，测量适用的范围和精度也不同，加之现有测量方法中还有一些方法处于研究探索阶段，在实际测量条件下可采用的方法并不多。根据测量原理的不同，含沙量测量方法可分为：直接测量方法和间接方法。直接测量方法包括烘干法和比重法。烘干法采用一定数量的样品，人工烘干后计算含沙量，烘干法测量含沙量被认为是目前最准确的方法之一。但该方法无法测量泥沙含量的连续变化过程，且费工费时。比重法是根据泥沙对比重的影响来确定含沙量，测量时可采用比重计，也可用天平和量筒进行测量；就测量精度而言，烘干法比比重法精度更高。比重法同样存在测量过程繁琐等缺点。
为了能及时，快速测量含沙量，在经典测量方法的基础上发展了很多间接测量方法，目前主要有红外线法、分光光度法、超声波法、γ射线法等，其中分光光度法和红外线法可测量的含沙量极低，径流含沙量变化幅度较大时误差较大。由于超声波法会对水流造成扰动而变其原有的动力学特征，且含沙量越大改变也越大，使得超声波法测量泥沙含量的范围较窄，更适合于低含沙溶液的测量。γ射线法的测量精度较高，但由于不符合环保和安全性要求，应用受到很大的限制。
技术实现要素：
基于现有技术的不足，本发明提供了一种无人值守的径流含沙量检测装置及系统。
本发明是这样实现的：
在第一方面，本发明实施例提供了一种无人值守的径流含沙量检测装置。
无人值守的径流含沙量检测装置被用以检测地表径流中的泥沙含量。
检测装置包括：
由第一端至第二端延伸而成的引流管，引流管的第一端具有集流器，集流器具有呈由第一端至第二端收缩的喇叭状集流通道，集流通道与引流管的管腔连通，管腔内设置有第一流量计；
格栅，格栅设置于集流通道内，格栅的栅孔大于泥沙的粒径，集流通道在位于格栅与第二端之间的部分设置有第一电磁阀；
设置有经过预先校准的重量计的分离器，分离器具有由底壁、侧壁以及顶壁构成的壳体，引流管的第二端连接至顶壁，壳体限定容置腔，底壁设置有排液口，排液口设置有排液管，排液管匹配设置有第二电磁阀和第二流量计，排液管与引流管具有相同的内径；
设置于容置腔内的筛网，且筛网的网孔大于泥沙的粒径，筛网连接设置于侧壁外的振动电机，筛网由振动电机驱动而进行振动；
可编辑逻辑控制器，可编辑逻辑控制器通过电缆分别与第一电磁阀、第二电磁阀、振动电机、第一流量计、第二流量计以及重量计匹配连接，电缆具有数据线和电源线；
可编辑逻辑控制器具有预设的第一工作模式以及在第一工作模式之后进行的第二工作模式；
在第一工作模式下，可编辑逻辑控制器操控第一电磁阀和第二电磁阀开启，然后记录并比对第一流量计反馈第一流量数据和第二流量计反馈的第二流量数据，并且当第一流量数据和第二流量数据相等或相差第一预设偏离值时使第一电磁阀和第二电磁阀关闭，开启重量计记录重量计反馈的第一重量数据；
在第二工作模式下，可编辑逻辑控制器操控第一电磁阀关闭、第二电磁阀开启、振动电机开启，然后记录第二流量计反馈的第三流量数据并将第三流量数据与第二流量数据进行比对，并且当第三流量数据和第二流量数据相等或相差第二预设偏离值时使振动电机关闭，同时开启重量计并记录重量计反馈的第二重量数据。
在其他的一个或多个示例中，检测装置具有防护器，防护器具有金属外壳以及设置在金属外壳内的橡胶套，橡胶套设置容纳腔，可编辑逻辑控制器设置在容纳腔内，且可编辑逻辑控制器周围填充有防震填料。
在其他的一个或多个示例中，格栅由第一栅板和第二栅板相对地邻近组合而成，第一栅板、第二栅板中的任一者通过电机以及齿轮机构驱动而进行偏转，第一栅板和第二栅板能够相互转动以调节栅孔的尺寸。
在其他的一个或多个示例中，齿轮机构包括相互啮合的主动轮和从动轮，主动轮与电机的输出轴连接，从动轴通过轴与第一栅板或第二栅板连接，主动轮和从动轮均为锥齿轮。
在其他的一个或多个示例中，分离器设置有定位装置。
在其他的一个或多个示例中，定位装置包括gps定位器、射频定位器。
在其他的一个或多个示例中，筛网是由呈层叠排列的多个分级网构成的组合体，在组合体中，分级网的网孔是渐变的，且组合体是以由顶壁至底壁的网孔孔径逐渐减小的方式布置。
在其他的一个或多个示例中，引流管的管腔是螺旋形的。
在其他的一个或多个示例中，可编辑逻辑控制器还连接有无线通讯单元，检测装置设置有与无线通讯单元匹配的便携式手持终端，便携式手持终端被配置来通过无线通讯单元读取并存储第一重量数据和第二重量数据。
在第二方面，本发明实施例提供了一种无人值守的径流含沙量检测系统。
无人值守的径流含沙量检测系统包括供电装置、如前述的无人值守的径流含沙量检测装置。
供电装置具有匹配连接的蓄电池、太阳能电池板，蓄电池与可编辑逻辑控制器、第一流量计、第二流量计、第一电磁阀以及第二电磁阀匹配电连接。
有益效果：
本发明实施例提供的径流含沙量检测装置可以通过自动地引流，并对径流进行液体和固体的分离，并且结合自动化设备对含沙量情况进行检测。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明实施例提供的检测装置的结构示意图；
图2示出了图1提供的检测装置中的栅板的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的检测装置中可编辑逻辑控制器与其他电学器件的连接原理框图。
图标：100-检测装置；102-引流管；201-第一电磁阀；103-集流器；104-格栅；105-分离器；106-筛网；107-重量计；108-排液管；802-第二电磁阀；401-栅孔；701-可编辑逻辑控制器；702-第一流量计；704-第二流量计。
具体实施方式
径流是指降雨及冰雪融水或者在浇地的时候在重力作用下沿地表或地下流动的水流。径流有不同的类型，如降雨径流和融水径流以及浇水径流等。
而水土流失与径流息息相关的，通过测定径流中的含沙量能够在一定程度上反应当地的水土流失情况。因此，径流含沙量的检测是很有必要的。现有技术中已经存在一些用于检测径流中含沙量的装置。但是，人们仍然需求一种能够更加自动化、减少人为参与的检测设备。
基于此，发明人提出了一种无人值守的径流含沙量检测装置及系统。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本发明中，在不矛盾或冲突的情况下，本发明的所有实施例、实施方式以及特征可以相互组合。在本发明中，常规的设备、装置、部件等，既可以商购，也可以根据本发明公开的内容自制。在本发明中，为了突出本发明的重点，对一些常规的操作和设备、装置、部件进行的省略，或仅作简单描述。
参阅图1至图3。
本实施例提供了一种无人值守的径流含沙量检测装置100，其用以检测地表径流中的泥沙含量。
检测装置100包括引流管102、格栅104、分离器105、筛网106以及可编辑逻辑控制器701。
其中，引流管102和格栅104配合被用来将待测的径流引导至分离器105中。特别地，本实施例中，格栅104配置可以用来过滤水中的大型石块、枯枝等杂物。分离器105和筛网106配合从而将被引入的径流中的固体(主要是细碎砂石)与水分离。可编辑逻辑控制器701则可以通过操控不同的电学器件，进行径流含沙情况的检测。本发明中，径流含沙量通过将如细碎砂石等物体与水分离、测重的方式来实现。
以下将具体阐述检测装置100中的各个部件或者构件。
引流管102是一个中空的管体，且其由第一端至第二端延伸而成。引流管102的第一端具有集流器103。所述的集流器103是用来作为收集和汇聚径流之用。本实施例中，集流器103具有呈由第一端至第二端收缩的喇叭状集流通道，并且集流通道与引流管102的管腔连通。引流管102的管腔内设置有第一流量计702，以被用来测量流经引流管102的径流的流量。在本发明中，第一流量计702被采用为电子流量计，其能够与上位机交换数据，例如流量信息。
改进例中，引流管102的管腔是螺旋形的。这样的结构设计，可以使经由引流管102导入分离器105的容置腔内的径流产生一定的螺旋倾向，并且旋转作用力可以使径流中的泥沙在一定程度上被自发地分级。其中，重量更大的泥沙位于外圈层、重量更小的泥沙位于内圈层，从而使泥沙的分布更加的均匀，更易被固液分离，并且也能够减小对格栅104的冲击损伤。并且同样地，根据这样的设计，筛网106的网孔也可以使被特别地设计。例如，筛网106的邻近外边缘的部分的网孔孔径更大，筛网106的远离外边缘的部分的网孔孔径更小。这样的设计可以是的固液分离更快的同时，提高筛网106的使用寿命。
格栅104是以过滤设备被提供的。格栅104可以是纵横交错条形板组合而成，且条形板形成有栅孔401。或者，格栅104采用板材凿孔而构成。一般地，格栅104具有规则的外形，如，圆形，多边形(四边形、五边形或六边形等)。在另一些示例中，格栅104也可以被设置为其他的结构，以方便安装为宜。
格栅104与是集流器103配合为一体的。在本实施例中，格栅104设置于集流通道内。并且格栅104的栅孔401大于泥沙的粒径。进一步地，集流通道在位于格栅104与第二端之间的部分设置有第一电磁阀201。本发明中，第一电磁阀201和第一流量计702相互配合。其中，第一电磁阀201的开启或关闭控制了径流是否被引入分离器105中。第一流量计702被用来指示经过引流管102的径流的流量。
在本发明的改进示例中，格栅104具有可以调节的栅孔401的孔径的结构设计，以便能够根据径流情况进行调节，从而达到多次复用或在其他的区域进行再次使用的目的。作为一种可替代的示例，格栅104由第一栅板和第二栅板相对地邻近组合而成。第一栅板、第二栅板中的任一者通过电机以及齿轮机构驱动而进行偏转。第一栅板和第二栅板能够相互转动以调节栅孔401的尺寸。第一栅板和第二栅板可以具有相同的孔径，或者，两者也可以被设置来具有不同的孔径。当两者孔等直径且轴线相对时，格栅104具有更大的孔径；当两者的孔的轴线在一定程度上发生偏移时，格栅104具有更小的孔径。
以上所述栅板的转动可以通过齿轮传动来实现。在本发明的一个示例中，栅板通过齿轮机构来实现转动。一种具体的示例，齿轮机构包括相互啮合的主动轮和从动轮。主动轮与电机的输出轴连接。从动轴通过轴与第一栅板或第二栅板连接，主动轮和从动轮均为锥齿轮。通过采用锥齿轮实现具有相交的转轴的传动。在一些特别的示例中，两个转轴是相互垂直的。或者，两个栅板中的任一者直接通过沿轴向布置的电动机驱动而进行转动。例如，经过封闭防水处理的电机通过悬挂臂连接在引流管102的管腔内。电机的输出轴的轴线与需要被调整来转动的栅板的转动轴线一致，并且通过输出轴与栅板固定连接，以能够同步地转动。
在以上的示例中栅板都是以能够完整地进行360°的回转运动而被设计的。在其他一些示例中，栅板可以被设计来在一定的角度范围内转动，例如，0～30°。
分离器105被主要用来对径流中的固体和液体进行分离，并且配合结构构件和/或电学元器件以对期望的重量数据进行测定。所述重量数据由经过预先校准的重量计107测定获得。
分离器105具有由底壁、侧壁以及顶壁构成的壳体。用于引入径流的引流管102的第二端连接至顶壁，并且是通过顶壁向分离器105内部注入径流。分离器105的壳体限定有容置腔。在所述的容置腔内，径流中的泥沙与水被分离。壳体的底壁设置有排液口，并且排液口设置有排液管108，排液管108与引流管102具有相同的内径。基于监测排液管108排除液体的需要，排液管108匹配设置有第二电磁阀802和第二流量计704。
基于回收和维护检测装置100的需要，检测装置100应当是易于被找到和定位的，尤其是当检测装置100具有多个，且分布在广阔的区域时，分离器105设置定位装置将是非常有益的。所述的定位装置包括gps定位器、射频定位器。其中，gps定位器可以是大尺度空间下的定位，而射频定位器则可以是在小尺度的空间下的定位。
作为径流中的固体和液体分离部件，在容置腔内设置有筛网106。筛网106连接设置于侧壁外的振动电机，并且筛网106能够由振动电机驱动而进行振动。作为一种可选的有益改进，筛网106是由呈层叠排列的多个分级网构成的组合体。在组合体中，分级网的网孔是渐变的，且组合体是以由顶壁至底壁网孔逐渐减小的方式布置。
结合前述，位于同一筛网106的网孔具有边缘部分大、中间部分小的特定。并且在位于不同的筛网106的网孔也存在差异。例如，前述。在组合体中邻近顶壁的筛网106的网孔大于远离顶壁的筛网106的网孔。
作为一个主要的功能构件，电学元器件—可编辑逻辑控制器701—被提供。可编辑逻辑控制器701通过电缆分别与第一电磁阀201、第二电磁阀802、振动电机、第一流量计702、第二流量计704以及重量计107匹配连接。其中，电缆具有数据线和电源线。可编辑逻辑控制器701可以作为一个上位机，对第一电磁阀201、第二电磁阀802、振动电机、第一流量计702、第二流量计704以及重量计107进行供电或者数据交换。一般地，可编辑逻辑控制器701发出指令使第一电磁阀201、第二电磁阀802、振动电机、第一流量计702、第二流量计704以及重量计107工作并反馈检测数据和信息。
本发明中，可编辑逻辑控制器701至少具有预设的第一工作模式以及在第一工作模式之后进行的第二工作模式。
在第一工作模式下，可编辑逻辑控制器701操控第一电磁阀201和第二电磁阀802开启，然后记录并比对第一流量计702反馈第一流量数据和第二流量计704反馈的第二流量数据，并且当第一流量数据和第二流量数据相等或相差第一预设偏离值时使第一电磁阀201和第二电磁阀802关闭，开启重量计107记录重量计107反馈的第一重量数据。
在第二工作模式下，可编辑逻辑控制器701操控第一电磁阀201关闭、第二电磁阀802开启、振动电机开启，然后记录第二流量计704反馈的第三流量数据并将第三流量数据与第二流量数据进行比对，并且当第三流量数据和第二流量数据相等或相差第二预设偏离值时使振动电机关闭，同时开启重量计107并记录重量计107反馈的第二重量数据。
作为一种电气元器件，可编辑逻辑控制器701相对更易受到环境因素的影响和干扰，甚至被损坏。因此，对可编辑逻辑控制器701进行一定程度上的防护是更好的选择，也将是有必要的，特别是需要检测装置100长期地正常服役。基于此，改进方案中，检测装置100具有防护器。防护器具有金属外壳以及设置在金属外壳内的橡胶套。橡胶套与金属外壳紧密结合。橡胶套设置容纳腔，可编辑逻辑控制器701设置在容纳腔内，且可编辑逻辑控制器701周围填充有防震填料。防震填料可以是弹性橡胶颗粒或泡沫或硅胶等。
进一步改进的示例中，可编辑逻辑控制器701还连接有无线通讯单元。检测装置100设置有与无线通讯单元匹配的便携式手持终端，便携式手持终端被配置来通过无线通讯单元读取并存储第一重量数据和第二重量数据。当然，一些示例中，便携式手持终端也可以通过串行接口利用电缆来与可编辑逻辑控制器701交换数据。
利用本发明提供的检测装置100能够在一定的精度范围内实现，自动化的径流含沙量检测。已知前述已经获得第一重量数据(m1)和第二重量数据(m2)，则径流含沙量可以大致被计算为(m1-m2)/m1。
基于以上的无人值守的径流含沙量检测装置100，在本发明实施例中还提供了一种无人值守的径流含沙量检测系统。
检测系统包括供电装置、如前述的无人值守的径流含沙量检测装置100。其中，供电装置具有匹配连接的蓄电池、太阳能电池板。太阳能电池板的电源输出端通过线缆与蓄电池的输入端连接，并且蓄电池的输出端通过线缆与可编辑逻辑控制器701、第一流量计702、第二流量计704、第一电磁阀201以及第二电磁阀802的电源接口连接。进一步地，蓄电池的输出端还可以与重力计的电源接口连接。
蓄电池与可编辑逻辑控制器701、第一流量计702、第二流量计704、第一电磁阀201以及第二电磁阀802匹配电连接。太阳能电池板可以向蓄电池充电，并且在蓄电池充电至阈值时自动切断充电电路。在这样的系统中，常常设计有具有稳压电路的稳压单元。蓄电池则作为电源向可编辑逻辑控制器701、第一流量计702、第二流量计704、第一电磁阀201以及第二电磁阀802提供电能。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。