[实用新型]超声波自动花杆仪

说明书

技术领域

本实用新型属于一种用于测定冰川单点物质平衡的仪器，具体指一种超声波自动花杆仪。

背景技术

对冰川物质平衡的观测，最常用的方法是直接在冰川上布设测点，进行系统的定期测量，主要依靠人工观测。人工花杆法是最简单易行的测量冰川表面物质平衡的方法，它通过测量一定时间段内的冰雪面高度变化获取积累数据，能够提供区域性冰川的物质平衡分布数据。花杆一般设置在雪面较平整地区，或在花杆底部连接一个水平板辅助固定，和周围雪层紧密结合。最好使用轻质花杆，竹竿、铝杆和聚碳酸酯塑料杆在冰川区使用最多（直径2-5cm）。花杆上均漆有刻度，便于识别和读数，测杆长度一般为2～4m，约有35%埋入冰雪面以下，利用蒸汽钻在冰面打取钻孔，将测杆铅直插入冰内。

人工花杆法不足之处有：获得的数据是离散的，时空观测精度较低，需要耗费大量的人力物力用来观测花杆的积累和消融刻度。

发明内容

基于我国冰川一般均位于高寒地区的顶部，人工攀爬观测困难且费时费力的问题，本实用新型目的在于提供一种超声波自动花杆仪。利用超声波测距传感器、数据采集器和太阳能供电自动观测、记录、存储数据，监测数据代替传统人工、离散的观测数据，省去大量人工攀爬参与，增加监测工作频度和广度，提高监测的精度，可以获取更多的冰川物质平衡数据。

本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现：

一种超声波自动花杆仪，是由超声波测距传感器、L型不锈钢花杆支架、数据线、太阳能电池板、电源线、单片机数据采集器、保温箱、太阳能控制器和蓄电池构成，其特征是L型不锈钢花杆支架一端接超声波测距传感器，另一端铅直插入冰川，在L型不锈钢花杆支架上固定太阳能电池板。电源线连接太阳能控制器，太阳能控制器有六个接头，按照先负极后正极分别依序连接蓄电池、太阳能电池板和单片机数据采集器单片机数据采集器、太阳能控制器、蓄电池放置在保温箱内； 数据线连通超声波测距传感器和单片机数据采集器。

本实用新型的优点和产生的积极效果：

1）本实用新型利用超声波测距传感器自动测量花杆距离冰雪面的高度，并利用单片机数据采集器自动记录存储超声波自动花杆仪数据，数据采集器和太阳能供电自动观测记录运行。解决人工花杆每年多次攀爬费时费力的观测条件，为冰川消融提供可靠的数据。

2）超声波测距传感器不仅结构简单、易实现和造价低，而且穿透力强，指向性强，传输过程中衰减少，能量消耗缓慢，在介质中传播的距离较远，在传播过程中也不受烟雾、空气能见度等因素的影响，对外界光线、色彩和电磁场不敏感，更适于黑暗、电磁干扰强、有毒、有灰尘或烟雾的恶劣环境，在识别透明及漫反射性差的物体上也更有优势。本实用新型采用自动、连续的超声波自动花杆仪监测，增加监测工作频度和广度，提高监测的精度，以期获取更多的冰川物质平衡数据。

3）利用超声波自动花杆仪可以自动测量冰川单点积累与消融量，即冰川的物质平衡，分辨率达到1cm。本实用新型结构简单，易于推广，可以定时测量存储各个试验点花杆数据，为冰川物质平衡研究提供可靠的科学数据。

附图说明

图1为本实用新型示意图。

具体实施方式

如图1所示，一种超声波自动花杆仪，是由超声波测距传感器1、L型不锈钢花杆支架2、数据线3、太阳能电池板4、电源线5、单片机数据采集器6、保温箱7、太阳能控制器8、蓄电池9构成。在冰川表面10固定L型不锈钢花杆支架2，利用蒸汽钻在冰川表面钻取花杆孔，将L型不锈钢花杆支架2的一端铅直固定在花杆孔内，将太阳能电池板4利用卡件固定在L型不锈钢花杆支架2的一侧（与超声波测距传感器相反的一侧），安装方位角为正南方向，安装倾斜角为当地纬度加10度。超声波测距传感器1安装在L型不锈钢花杆支架的另一侧端，并用水平尺使超声波测距传感器1的发射端保持水平。电源线5连接太阳能控制器8，太阳能控制器8有六个接头，按照先负极后正极分别依序连接蓄电池9、太阳能电池板4和单片机数据采集器6，为单片机数据采集器6完成供电。单片机数据采集器6、太阳能控制器8、蓄电池9放置在保温箱7内； 数据线3连通超声波测距传感器1和单片机数据采集器6。开启数据采集器6让超声波测距传感器1开始工作。

通过单片机10位的AD端口读取超声波测距传感器1信号电压，再由单片机将输出的数字信号通过电平逻辑转换后输出，然后和计算机进行串口通信，同时通过液晶显示芯片将读取的数据上在液晶屏上显示读数，最后将处理好的数据连同时间通过SW-PB芯片存储在内存卡中，通过单片机可以设置数据存储的时间为2s—72h不等，用于测试和实际的数据记录，单片机代码通过C语言编程。

打开便携式笔记本电脑，利用USB转接线连接数据采集器6，打开雪深取数软件，自动连接单片机数据采集器6，进入采集设置即可设置测量的频率，开启数采让超声波测距传感器开始工作，点击数据下载即可下载自动花杆仪数据。