2 仪器选择及技术要求
2.1 仪器选择
2.1.1 悬移质泥沙测验仪器可选择采样器和测沙仪两类。应根据测验方法、现场环境和仪器的技术指标选用适合的仪器。采样器可选用调压积时式采样器、皮囊采样器、普通瓶式采样器和瞬时式采样器。瞬时式采样器根据需要可选用横式采样器或竖式采样器。测沙仪可选用同位素测沙仪、光学测沙仪、声学测沙仪、振动式测沙仪等。
我国目前使用的悬移质泥沙测验仪器分为采样器（瞬时式采样器、积时式采样器）和测沙仪（同位素测沙仪、光学测沙仪、声学测沙仪、振动测沙仪）两类。目前使用的积时式采样器主要有调压积时式采样器、皮囊采样器和瓶式采样器，瞬时式采样器主要是横式采样器。采样器可以取得水样，获取含沙量和颗粒级配。测沙仪基本上只能现场获得含沙量，不能采取水样。目前已有现场颗粒级配仪器出现，不需采集水样即可获得颗粒级配。根据不同河流的水沙特性、设备条件和精度要求等情况，选用性能较好的仪器，更换或限制性能较差的仪器，是提高泥沙测验质量、改善泥沙测验条件、减轻泥沙测验劳动强度的一个重要方面。
各种仪器结构与性能如下：
（1）调压积时式采样器（图1），设置有调压系统和控制开关，主要由头仓、铅鱼体、调压仓、水样仓、排气管、控制仓和尾翼等部分组成。调压系统包括调压孔、调压仓、水样仓和排气管。在采样前，调压孔进水，压缩调压仓内空气经连通管至水样仓，使水样仓内的空气压力与器外静水压力平衡。当用控制系统打开进水管开关采样时，排气管开始排气，使水样仓内气压接近于排气管口的压力（静水压力与动水负压之和），使进口流速与天然流速一致。调压历时与调压孔的大小有关，一般为5s，适用于选点法和各种混合法采样。
图1 调压积时式采样器结构示意图
1—管嘴；2—头仓；3—电磁阀；4—进水管；5—排气管；6—铰链；7—阀座；8—鱼身；9—挂钩；10—采样瓶；11—悬杆；12—调压孔；13—挂板；14—调压仓；15—调压管；16—控制仓；17—横尾翼；18—下纵尾翼；19—上纵尾翼
（2）皮囊式采样器（图2）系借助皮囊容器的柔性以传导和调整仪器内压力与仪器外静水压力使其平衡，不另设调压系统。主要由采样系统和铅鱼体壳两大部分组成。取水系统包括管嘴、进水管、电磁开关和皮囊。铅鱼体壳侧面设有弧形活门和若干进水小孔。采样前将皮囊内空气排出。仪器入水后铅鱼空腹进水，皮囊始终保持内外压力平衡。当打开进水开关采样时，借助铅鱼体的进水小孔传递负压的作用，使进口流速与天然流速保持一致。具有结构简单和瞬时调压的特点，能适于高流速、大含沙量和不同水深条件下积深法、选点法和各种混合法采样。
图2 皮囊积时式采样器结构示意图
1—管嘴；2—进水管；3—头仓；4—滑阀；5—电磁铁；6—阀座；7—悬杆；8—皮囊；9—挂板；10—皮囊门；11—配重；12—横尾翼；13—上纵尾翼；14—下纵尾翼
（3）普通瓶式采样器（图3）是利用进水管与排气管出口的高差来调整仪器的内外压力和进口流速，调压作用有限，无开关装置，不能取单点水样。瓶子容积为500mL～3000mL，装于铅鱼体壳内或悬杆上，水深小于2m时宜水平装置。
图3 普通瓶式采样器结构示意图
1—管嘴；2—头仓；3—进水管；4—阀座；5—排气管；6—采样瓶；7—悬杆；8—鱼身；9—挂板；10—配重；11—信号源；12—横尾翼；13—上纵尾翼；14—下纵尾翼
该仪器仅适用于水深为1.0m～5.0m双程积深和手工操作采样。
（4）瞬时式采样器（图4）容积为500mL～3000mL，开关形式有拉索、锤击和电磁吸闭三种，可安装在铅鱼或悬杆上。主要优点是结构简单，操作简便，能在不同水沙条件下采样。但单次采样成果受泥沙脉动影响较大，且受器盖干扰水流和口门击闭影响，易使采样成果产生系统误差。精度要求较高时，不宜使用瞬时式采样器。
图4 瞬时式采样器结构示意图
1—水筒；2—筒盖；3—弹簧；4—控制开关的撑爪；5—铁锤；6—钢索；7—铅鱼
将几个瞬时式采样器组合安装在同一铅鱼上可构成多仓瞬时采样器（图5）。多仓瞬时采样器在同一测点采样可消除脉动误差，在不同测点分别采样可提高工作效率。水库深水取沙和缆道远距离取沙可选用多仓瞬时采样器。
图5 多仓瞬时采样器
1～4—采样器1仓～4仓；5—电磁铁；6—采样器仓盖7—采样器支架立杆；8—采样器支架平板；9—采样器支架横杆
（5）同位素测沙仪主要由铅鱼、放射源、探头和电子测量装置等构成。探头装于铅鱼腹中，应用时将仪器放至测点位置，接通电源，即可测出该测点含沙量，具有快速和不取水样的优点。目前使用的同位素测沙仪，适用于含沙量大于20kg/m3时选点法。
核子测沙仪（图6）是利用同位素进行含沙量测量的一种仪器。当浑水通过支架平板9与铅鱼12之间的狭缝时，放射源发出的γ射线穿过浑水进入电离室内部，电离室把γ射线转变成电流信号，通过电缆送入计算机。浑水中含沙量愈大，γ射线被泥沙吸收的愈多，进入电离室的γ射线就愈少，转变成电流信号就愈小；浑水含沙量小时被泥沙吸收的少，电离室输出的电流信号相应会大。
图6 核子测沙仪结构图
（1～5）—测沙电离室；（6～9）—测沙支架；10—鱼尾板；11—241Am放射源；12—铅鱼；13—连接杆
核子测沙仪使用活度1.85GBq的241Am源，信号稳定，偏离小于0.03%，对操作人员相对安全。
（6）光学测沙仪是根据浑水消光定律，当一束平行光通过均匀分布的含沙水体后，透射光的强度就会减弱，一部分光被水体中的悬沙吸收，另一部分光被散射到其他方向，透射光只是入射光的一部分，由比尔定律可得透射光通量，用此原理采用光电转换器件，用相对测量的方法，经过一系列转换，得出含沙量。
（7）声学测沙仪：某型号声学测沙仪（图7）可实现在线含沙量、颗粒级配监测，是“基于超声衰减原理用于高浓度悬浮液和乳浊液在线粒度分析的工业准入传感器”。
图7 某型号声学测沙仪
1—测试水流；2—超声波发射端；3—信号接收端；4—信号控制与机械系统；5—通信光缆；6—电源控制箱；7—计算机；8—测试区
超声波发射端和信号接收端直线正对，发射端发出一定频率和强度的超声波I0，进入被检测的悬浮液和乳浊液区域，声波强度在被检测区域由于受颗粒和液体的影响发生衰减（还有系统自身导致的衰减），经过距离ΔL后到达信号接收端其强度变为I。
声强I0和I可以用来计算衰减D，D的度量用db（分贝），计算见式（1）。
其频率在200kHz～200MHz，使用时可在这个范围选择子频率段，任意选择的子频率段都设置有31个频率点，按从高频点到低频点的顺序检测获得信息，耗时约60s。将这些信息带入模型解算介质中的颗粒或液滴的粒度分布及悬浮液的固相浓度。31个频率点形成31个方程，可解算出1个浓度值和30个粒度值。
（8）某型号振动式测沙仪见图8，根据振动学原理，当水流通过两端固定的金属空管时，管子的谐振频率与管内水流的含沙量之间有近似关系，可用式（2）计算。
式中：K———由传感器的机械构造、振动管材料及清、浑水密度等因素决定的系数，由率定确定；
Tn——含沙水流通过振动管时管子的振动周期；
T0——清水水流通过振动管时管子的振动周期。
仪器测量河水中某一测点的水流通过振动管子时管子的振动周期，并根据测量时的水温查取清水振动周期；经数字电路处理，即可显示出含沙量。
图8 振动式测沙仪
1—铅鱼；2—测试管；3—进水口；4—出水口；5—尾翼
2.1.2 根据测站确定的泥沙测验方法，悬移质泥沙测验仪器选择可按表2.1.2的规定确定。
表2.1.2 悬移质泥沙测验仪器选择
“选点法”，以往叫积点法，为在测验垂线上选择测点进行测验的方法，如选择在相对水深0.2、0.6、0.8测点分别采样。“混合法”为将部分或全部采集的水样混合在一起作为一个水样处理的方法。“积深法”为仪器在垂线上连续采集数据或采样的方法。
积时式采样器为采集江河、湖泊、水库、渠道等水体过水断面中预定测点或垂线或水平线某一时段内悬移质泥沙水样的仪器，可连续进行采样。瞬时式采样器为采集江河、湖泊、水库、渠道等水体过水断面中的预定测点极短历时内悬移质泥沙水样的仪器，只能进行瞬间采样。
积时式采样器可以在水下任何位置停留和连续采样，因此适合各种垂线测验方法。瞬时式采样器不能连续采样，只能适合选点法和混合法。测沙仪不能采取水样，无法进行混合。无开关的瓶式采样器属简易的积时式采样器，水下很难关闭瓶口，只能用于水面-河底-水面的双程积深。
2.1.3 施测悬移质泥沙颗粒级配的测站，当采用测沙仪测验时，应同时配置采样器。
由于测沙仪一般不能采集水样，无法通过采集的水样进行颗粒级配分析来获得颗粒级配成果，故需配备采样器。如果测沙仪能够获得颗粒级配，不需采集水样时，采样器就没必要再配备。