一种多因素影响下渠道的结冰发育气动检测装置

本发明涉及冰层检测，具体为一种多因素影响下渠道的结冰发育气动检测装置。

背景技术：

1、内蒙古河套灌区是全国三大超过千万亩的特大型灌区之一。干支渠道纵横，灌排渠（沟）道总长约6.4万公里，水量调度工作尤为重要。黄河内蒙古段地处黄河流域最北端，纬度最高，温差大。由于地理区位的特殊性，河套地区都会发生不同程度的凌汛现象，凌汛灾害是黄河中上游地区面临最严重的灾害之一。由于对渠道冰情检测设备的缺少。如今，对渠道冰情检测数据还是依赖于人工凿洞或钻冰获得，观测数据较少，无法对冰体的厚度进行实时监测，并且忽略了温度、湿度、风向、风速等易变因素对结冰发育的影响。很难得到在多种影响因素下的结冰发育记录。冰面下水的流速、温度和含盐量等对冰体的冻融也有着非常重要的影响。渠道的流量、风力风向等因素是形成凌汛的主要因素，对冰体冻融的实时监测能效预防凌汛现象的发生。

2、随着科技的进步和各领域对结冰安全的重视，对结冰检测技术不断提升，研发了多种基于不同检测原理的检测器和检测设备。工业中检测冰层厚度的方法主要有：雷达技术、声波技术、光学法、电学法以及机械法等‌。许多测冰设备在复杂环境中稳定性较低、抗干扰能力弱、测量结果可能存在误差、且设备成本较高、操作较为繁琐、结冰影响因素考虑不全面等情况。例如，基于图像识别的结冰检测技术容易受到光照等因素的影响，导致测量精度下降。

3、现阶段结冰发育试验装置大多采用自制，专利cn101221036a采用电容层析成像式原理检测冰厚，水中离子浓度的变化会导致该仪器误差增大，并且未能考虑河流流速、湿度等因素与冰体发育的关系。专利cn116399276a采用钻冰测量的方法，存在较大误差，不能实时检测冰层变化等情况。为此，我们推出一种多因素影响下渠道的结冰发育气动检测装置。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种多因素影响下渠道的结冰发育气动检测装置，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种多因素影响下渠道的结冰发育气动检测装置，包括设备主架，所述设备主架上设有设备箱、检测箱、冰层发育检测器、冰体发育横向位移检测器以及检测模块；

4、所述检测箱依靠驱动机构顺着设备主架进行上下移动调节，从而使检测箱下方的冰层发育检测器进行上下高度调节；

5、所述冰层发育检测器包括设置在检测箱中的蠕动泵和进气管以及固定在检测箱底部的加热器和设置在加热器内部的加热管；

6、所述进气管连接于蠕动泵的进气口，蠕动泵的出气口处连接有若干组检测管，检测管上部设置有压力计和压力表，检测管底部末端伸入至加热管内，且检测管的底部末端呈上下依次排列后从加热管内壁伸出；

7、所述加热管和加热器对周围的冰体进行融化，防止因冰体附着使冰层发育检测器丧失移动功能；

8、所述加热管用于对检测管内的冰体进行融化，以确保冰体不会堵塞检测管的内部；

9、所述蠕动泵将进气管中的气体压缩进检测管，由于压缩进每根检测管中气体流量相同，再根据空气、冰和水对检测管末端管口处产生的阻力不同，从而判断检测管末端管口处的介质种类，达到检测冰层厚度的目的；

10、所述冰体发育横向位移检测器用于检测渠道内冰体发生的横向移动情况，以收集冰体的横向位移数据；

11、所述检测模块用于检测渠道中的风速和风向数据、渠道中水流的流速数据、离子浓度数据、温度数据和水位数据以及空气的温度数据和湿度数据；

12、所述冰层发育检测器、冰体发育横向位移检测器以及检测模块将采集到的数据传递至设备箱中的信号处理器。

13、优选的，所述设备箱固定在设备主架上，所述设备箱内部设有第一plc控制器、离子浓度检测器、水体温度检测器、信号处理器和蓄电池，设备箱侧边设有信号天线；

14、所述检测模块包括风速检测器、风向检测器、流速检测器、离子浓度探头、温度探头、水位检测器和温度湿度检测器；

15、所述离子浓度探头与离子浓度检测器电性连接，所述温度探头与水体温度检测器电性连接；

16、所述蓄电池给第一plc控制器、离子浓度检测器、水体温度检测器、信号处理器、风速检测器、风向检测器、流速检测器、水位检测器和温度湿度检测器供电。

17、优选的，所述设备主架底部设有固定块，设备主架顶部安装有太阳能板，太阳能板利用太阳能发电，将电力储存在蓄电池中；

18、所述设备主架的上部设有上横架，风速检测器和风向检测器分别固定在上横架两端；

19、所述设备主架的下部设有下横架，离子浓度探头、温度探头分别固定在下横架上端两侧，两组流速检测器对称安装在下横架底部两端。

20、优选的，所述风速检测器、风向检测器、流速检测器、温度湿度检测器、冰体发育横向位移检测器以及冰层发育检测器与第一plc控制器电性连接，信号处理器通过第一plc控制器对检测箱、驱动机构、风速检测器、风向检测器、流速检测器、温度湿度检测器、冰体发育横向位移检测器和冰层发育检测器进行信号控制。

21、优选的，所述驱动机构包括固定在设备主架上的机械导轨组件、滑接于机械导轨组件上的升降座组件以及固定在检测箱内的升降电机；

22、所述机械导轨组件包括通过安装架固定在设备主架上的竖直板、竖直板中部安装的齿轮导轨以及竖直板两侧固定的滑轨；

23、所述升降座组件包括间隔板、间隔板底部固定的用于安装检测箱的支撑架以及间隔板背面安装的滑接于滑轨的滑动座；

24、所述升降电机输出端贯穿检测箱和间隔板后连接有驱动齿轮，驱动齿轮与齿轮导轨啮合；

25、所述第一plc控制器通过检测箱内部的升降控制器控制升降电机工作。

26、优选的，所述竖直板上还设有位于齿轮导轨上下方的上阻脱桩和下阻脱桩。

27、优选的，所述检测箱内部还设有加热控制器和第二plc控制器，检测箱两侧设有百叶窗；

28、所述加热器顶部通过接线柱与加热控制器电性连接，且接线柱与加热管以及加热器内壁的电加热丝电性连接；

29、所述信号处理器接收信号后，通过第一plc控制器控制加热控制器实现对加热管和加热器的温度调节；

30、所述温度湿度检测器用于检测空气的温度和湿度；

31、所述压力计与第二plc控制器电性连接，第二plc控制器用于处理压力计所传输的数据，并经信号处理器传回。

32、优选的，所述加热器侧边设有若干组等间距分布的开口通槽，检测管的底部末端从加热管内壁伸出后位于对应的开口通槽内。

33、优选的，所述冰体发育横向位移检测器包括固定在设备主架中部的t字凹槽杆、t字凹槽杆的t字凹槽中设置的滑块、滑块上设置的金属杆和位移检测器；

34、渠道中冰体发育过程中，冰体互挤压，使冰体带动金属杆产生横向位移，金属杆的位移驱动滑块在t字凹槽杆上滑动，滑块上的位移检测器检测出冰体发育过程中冰体产生的横向位移，通过第一plc控制器将数据传输到信号处理器，通过信号处理器传回数据。

35、与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明能够实时采集多种影响因素下的冰层发育数据，并将结冰发育记录、冰体横向位移及影响因素等信息进行周期性反馈和即时性预警。

36、本发明采用气压测冰法：当向检测管内不断注入空气时，空气在检测管内形成一定的压力。而检测管末端的管口处的介质（如冰层或水层）会对空气压力产生不同的阻碍作用，利用检测管中压力的不同反映冰层的厚度和发育情况，提供高精度的测量结果。

37、本发明采用主动式气阻探冰法，在极端低温、高湿等恶劣环境下，气阻式探冰策略仍能保持稳定的工作性能，确保测量结果的准确性和可靠性。

38、本发明自动化程度高，减少了人工巡检和干预的需求，降低了劳动强度并提高了工作效率。实时采集温度、湿度、风向、风速等易变因素，同时检测了冰面下水的流速、温度和含盐量等因素，能够迅速反馈冰层结冰状态及其变化趋势的信息。

39、本发明采用非接触式冰体横向位移实时监测技术，避免了因直接接触可能导致的传感器损坏或测量误差。这种非接触式测量方式提高了系统的可靠性和耐用性，并且能够实时监测并精确记录渠道中冰体产生的横向位移。

40、本发明在冰层监测方面展现出显著的优势。首先，实时采集与反馈机制确保了数据的及时性，灵活的设计使得设备可以适应不同环境条件，满足多样化的测量需求。此外，高精度的气阻测冰法和非接触式冰体横向位移实时监测技术不仅提高了测量准确性，还能在极端天气下保持稳定性。自动化和多参数监测的结合，大幅降低了人工干预需求，提升了工作效率，并使得对环境变化的响应更加迅速和全面。