[发明专利]万向地表径流实时监测装置

权利要求书

1.一种万向地表径流实时监测装置，其特征在于：包括顶部集雨器(1)、中心处理模块(2)、侧面防护装置(3)、重量传感器(4)、三维力传感器(5)、中部支撑杆(6)、输水管(7)和底部支撑杆(8)；

其中，顶部集雨器(1)与中心处理模块(2)相连，三维力传感器(5)与中部支撑杆(6)相连，中心处理模块(2)通过三维力传感器(5)、中部支撑杆(6)与重量传感器(4)相连，中心处理模块(2)与重量传感器(4)之间安装有侧面防护装置(3)；在顶部集雨器(1)的底部开设圆孔，输水管(7)固定在圆孔中，穿过中心处理模块(2)，下端插入土壤中；底部支撑杆(8)上端连接在重量传感器(4)的底部四周，下端插入土壤中；

侧面防护装置(3)为透水性强的多孔面板；

通过重量传感器(4)测量实时地表径流质量，通过三维力传感器(5)测量实时流向和实时力矩，通过中部支撑杆(6)内部的线路，将实时地表径流质量和实时力矩这两个数据传到中心处理模块(2)，经过物理和数学上的处理得出实时地表径流深、实时流速。

2.根据权利要求1所述的万向地表径流实时监测装置，其特征在于：顶部集雨器(1)为无盖圆柱体。

3.根据权利要求1所述的万向地表径流实时监测装置，其特征在于：中心处理模块(2)包括中心处理器、信息传输模块和电源封装层，位于顶部集雨器(1)的底端，且与顶部集雨器(1)紧密相连。

4.根据权利要求1所述的万向地表径流实时监测装置，其特征在于：中部支撑杆(6)为空心圆柱体，内部安装有线路通道。

5.根据权利要求1所述的万向地表径流实时监测装置，其特征在于：每两根输水管(7)间隔一根底部支撑杆(8)排列。

6.根据权利要求1所述的万向地表径流实时监测装置，其特征在于：所述中心处理模块计算实时地表径流深的具体步骤为：

由质量计算公式知：

m_t＝ρ·V_t

V_t＝π(R²-r²)h_t

因而有：

m_t＝ρ·π(R²-r²)h_t

从而可得地表径流深：

其中，重量传感器的半径为R，中部支撑杆的半径为r，水的密度为ρ，t时刻地表径流的质量为m_t，t时刻地表径流深为h_t，t时刻地表径流在重量传感器上方形成的体积为V_t。

7.根据权利要求6所述的万向地表径流实时监测装置，其特征在于：中心处理模块计算实时流速的具体步骤为：

三维力传感器测得实时力距M_t，由力矩公式：

式中，L为中部支撑杆的长度；

可得实时力：

由牛顿第二定律：

F＝m·a

离散得：

其中，m’_t为Δt时间内通过中部支撑杆的水流质量：

代入上式，得：

化简后得：

v₀＝0

M₀＝0

根据上式，可逐时段计算实时流速v_t。