[发明专利]一种用于水槽试验的悬移质取样装置以及取样方法

权利要求书

1.一种用于水槽试验的悬移质取样装置，其特征在于，包括：升降机构、取样机构以及分别与所述升降机构和所述取样机构通信连接的控制器；

所述升降机构包括驱动电机、丝杠升降机和连接板，所述驱动电机的动力输出轴与所述丝杠升降机连接，以驱动所述丝杠升降机的升降杆上下移动，所述升降杆的底端与所述连接板连接；

所述取样机构包括取样管、连接软管、水泵和变频器，所述取样管固定在所述连接板上，所述取样管的出水口与所述连接软管连接，所述水泵安装在所述连接软管上，所述变频器的信号输出端与所述水泵的信号输入端连接；

所述控制器的信号输出端分别与所述驱动电机和所述变频器的信号输入端连接，所述控制器控制所述驱动电机以调节取样管的位置，所述控制器向所述变频器发送频率信号以控制水泵流量。

2.根据权利要求1所述的用于水槽试验的悬移质取样装置，其特征在于，所述取样管为不锈钢管或铜管。

3.根据权利要求1所述的用于水槽试验的悬移质取样装置，其特征在于，所述水泵为与所述连接软管相匹配的管道泵。

4.一种用于水槽试验的悬移质取样方法，其特征在于，采用权利要求1-3任一项所述的悬移质取样装置进行取样，其包括以下具体步骤：

(1)在取样之前，通过控制器向变频器发送频率数据控制水泵的转速并确定对应转速下进入水泵的流量，将不同频率与对应的流量进行数据拟合，获得频率与流量的定量对应关系；

(2)通过控制器控制升降机构的驱动电机，利用与所述驱动电机连接的升降杆将取样管输送至水槽中指定的取样位置，根据取样位置与水槽底的距离确定取样位置的实际流速，根据所述实际流速确定进入取样管的流量；

(3)根据步骤(1)得到的频率与流量的对应关系以及步骤(2)得到的流量确定水泵所需的频率，通过控制器向变频器发送得到的频率数据控制水泵转速，使得在水泵作用下进入取样管的水流流速与步骤(2)得到的实际流速相等。

5.根据权利要求4所述的用于水槽试验的悬移质取样方法，其特征在于，步骤(1)中，频率与流量的定量对应关系为：

q＝a_nxⁿ+a_n-1x^n-1+……+a₁x+a₀，

式中，q为水泵流量，x为变频器频率，a₀、a₁、……a_n为拟合参数，通过变频器频率数据和实测流量数据拟合确定；

其中，水泵流量q由单位时间t内流出水的体积v确定，即q＝v/t。

6.根据权利要求4所述的用于水槽试验的悬移质取样方法，其特征在于，步骤(2)中，按照公式(Ⅰ)计算出取样位置的实际流速U：

式中：u_*：摩阻流速，y：取样管中心线距床底距离，ν：水流动力粘滞系数，g：重力加速度，H：水深，J：水面坡度；

按照公式(Ⅱ)计算进入取样管内的流量q：

式中：U：取样位置的实际流速，d：取样管直径。