CN102253180B

CN102253180B - 土壤径流远程实时监测系统

Info

Publication number: CN102253180B
Application number: CN2011101094996A
Authority: CN
Inventors: 李洪文; 朱惠斌; 何进; 王庆杰; 李慧; 乔晓东
Original assignee: China Agricultural University
Current assignee: China Agricultural University
Priority date: 2011-04-26
Filing date: 2011-04-26
Publication date: 2013-11-13
Anticipated expiration: 2031-04-26
Also published as: CN102253180A

Abstract

本发明公开了一种土壤径流远程实时监测系统，属于农业科技领域，包括人工模拟降雨装置、试验台装置、测试装置。其中人工模拟降雨装置包括水箱、安全阀、恒压泵、单向阀、电磁阀、流量计、升降架和喷头；试验台装置包括桌式试验台、承土器、导向斗、盛水器和滤网；测试装置包括测试系统等。本发明能方便地进行不同坡度、不同地表状况下及不同土壤下垫面条件下降雨径流过程的监测和水蚀机理的研究，可实现远程在线监测土壤径流的动态现象。

Description

土壤径流远程实时监测系统

技术领域

本发明涉及农业科技领域，尤其涉及一种土壤径流远程实时监测系统。

背景技术

当前，因各种不合理的人类活动所引起的土壤和土地退化问题，已严重威胁着世界农业发展的可持续性。据统计，全球土壤退化面积达1965万平方公里，占地表总面积的13.10％。就土壤退化类型来看，土壤侵蚀占退化面积的84％，是造成土壤退化的最主要原因之一。全球土壤侵蚀退化中土壤水蚀影响占56％，其中53％是农牧业不合理的生产环节造成的。我国是世界上水土流失最为严重的国家和地区之一，土壤侵蚀及其生态、环境影响已成为当今亟待解决的资源问题。

目前，田间基本上采用的是集水池法和翻斗法来解决水土流失问题。集水池法投资成本高，且不能实时监测径流速度和径流量。翻斗法可以间歇性地监测无压、低水头、小流量的径流。但两者均只能对田间固定坡度的降雨径流过程进行监测，无法快速便捷地实现对降雨及土壤下垫面条件的控制，引入的干扰比较大，且还没有实现对降雨径流过程实时监测及数据的远程传输和管理。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是：如何提供一种能够用于进行不同坡度、不同地表状况及不同土壤下垫面条件下降雨径流过程监测的装置。

(二)技术方案

为解决上述技术问题，本发明提供了一种土壤径流远程实时监测系统，包括人工模拟降雨装置、试验台装置、测试装置；所述人工模拟降雨装置包括：水箱、第一安全阀、恒压泵、第二安全阀、单向阀、电磁阀、流量计、升降架和喷头；所述升降架包括升降梁、第一定滑轮、第二定滑轮、固定架、绞盘和减速电机；所述试验台装置包括：试验台、承土器外框、第一导向斗、第一盛水器、承土器内框、第二导向斗、第二盛水器和滤网；所述测试装置包括测试系统，所述测试系统包括第一压力传感器、第二压力传感器、数据采集控制器，所述数据采集控制器用于采集接收到的数据；

所述水箱、第一安全阀、恒压泵、第二安全阀、单向阀、电磁阀、流量计和喷头顺序连接；喷头安装在升降梁上；升降梁、第一定滑轮、第二定滑轮、绞盘顺序连接，绞盘与减速电机连接，第一定滑轮和第二定滑轮固接在固定架上，固定架与试验台固接；承土器内框嵌套在承土器外框底部的通孔处，第一导向斗上部与承土器外框相连，下部靠在第一盛水器内壁上，第二导向斗上部与承土器内框相连，第二导向斗下部穿过第一导向斗斜壁上的通孔并靠在第二盛水器内壁上，滤网内嵌在承土器内框内；第一盛水器和第二盛水器分别放置在第一压力传感器、第二压力传感器上。

其中，所述测试系统还包括数据采集控制器，所述数据采集控制器用于采集接收到的数据；所述第一压力传感器、第二压力传感器的输出端均与数据采集控制器相连，电磁阀的控制端和流量计的输出端均与数据采集控制器相连。

其中，所述测试系统还包括与所述数据采集控制器连接的无线路由器。

其中，所述测试系统还包括第一电源模块、第二电源模块；第一电源模块用于为数据采集控制器供电，所述第二电源模块用于为第一压力传感器、第二压力传感器和电磁阀供电。

其中，所述承土器外框底部的通孔与承土器内框直径相同。

其中，所述承土器内框壁上均匀分布有过滤孔。

其中，所述第一导向斗和第二导向斗为偏心导向。

其中，所述第一电源模块、第二电源模块为交直流变压器或者蓄电池。

其中，升降梁、第一定滑轮、第二定滑轮、绞盘通过钢丝绳顺序连接，其中钢丝绳的自由端连接升降梁，固定端连接绞盘。

(三)有益效果

本发明承土器内框壁上均匀分布有过滤孔能够保证径流发生时水分能够充分通过第一导向斗流入第一盛水器；同时第二导向斗上部与承土器内框相连能够保证喷头喷出而未喷到土壤样本上的水量流入第二盛水器，从而精确实现模拟降雨。另外，本发明可实现远程在线监控土壤降雨径流过程的动态现象，使得试验环境得以精确控制，能方便地进行不同坡度、不同地表状况下及不同土壤下垫面条件下降雨径流过程的监测和水蚀机理的研究，成本较低，数据可靠。

附图说明

图1是本发明的系统结构示意图；

图2是图1中标记A处的零件爆炸图；

图3是本发明的测试系统结构及其与其它部分的连接框图。

图中：1、水箱，2、第一安全阀，3、恒压泵，4、第二安全阀，5、单向阀，6、电磁阀，7、流量计，8、喷头，9、升降梁，10、第一定滑轮，11、固定架，12、第二定滑轮，13、钢丝绳，14、绞盘，15、减速电机，16、桌式试验台，17、滤网，18、承土器内框，19、第二导向斗，20、第二盛水器，21、第一压力传感器，22、第二压力传感器，23、第一盛水器，24、第一导向斗，25、承土器外框，26、第一电源模块，27、数据采集控制器，28、无线路由器，29、笔记本电脑，31、第二电源模块。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

参见图1、2、3，本发明的土壤径流远程实时监测系统由人工模拟降雨装置、试验台装置、测试装置组成。所述人工模拟降雨装置包括：水箱1、第一安全阀2、恒压泵3、第二安全阀4、单向阀5、电磁阀6、流量计7、升降架和喷头8。其中所述升降架由升降梁9、钢丝绳13、第一定滑轮10、第二定滑轮12、固定架11、绞盘14和减速电机15组成，所述喷头8为标准型多功能喷头。所述试验台装置包括：桌式试验台16、承土器外框25、第一导向斗24、第一盛水器23、承土器内框18、第二导向斗19、第二盛水器20和滤网17组成，其中所述承土器外框25底部开设与承土器内框18相同直径的通孔，且和承土器内框18配套使用，具体形状不限，但同一套外观形状必须一致，所述承土器内框18壁上均匀分布有过滤孔，所述第一导向斗24和第二导向斗19为偏心导向，且第一导向斗24斜壁上开设一通孔。所述测试装置由测试系统、笔记本电脑29组成，其中所述测试系统由第一压力传感器21、第二压力传感器22、第一电源模块26、第二电源模块31、数据采集控制器27和无线路由器28组成，所述第一、第二电源模块可以是交直流变压器，也可是小型蓄电池，所述数据采集控制器的CPU为80188(X86)，配有12位多通道模拟量输入/出模块、数字量输入/出模块。

试验测试前，将水箱1、第一安全阀2、恒压泵3、第二安全阀4、单向阀5、电磁阀6、流量计7、和喷头8顺序连接，喷头8安装在升降架的升降梁9上，升降梁9、第一定滑轮10、第二定滑轮12、绞盘14通过钢丝绳13顺序连接，其中钢丝绳13的自由端连接升降梁9，固定端连接绞盘14，绞盘14与减速电机15连接，第一定滑轮10和第二定滑轮12固接在固定架11上，固定架11与桌式试验台16固接；承土器内框18嵌套在承土器外框25底部的通孔处，第一导向斗24上部与承土器外框25相连，下部紧靠第一盛水器23内壁，第二导向斗19上部与承土器内框18相连，第二导向斗19下部要穿过第一导向斗24斜壁上的通孔紧靠在第二盛水器20内壁，滤网17内嵌在承土器内框18内；第一压力传感器21、第二压力传感器22分别承载第一盛水器20和第二盛水器23，第一压力传感器21的输出端21’、第二压力传感器22的输出端22’均与数据采集控制器27相连，电磁阀6的控制端6’和流量计7的输出端7’均与数据采集控制器27相连，传感器21、22和电磁阀6可共用第二电源模块31，第一电源模块26单独为数据采集控制器27供电，数据采集控制器27输出通过普通网线与无线路由器28相连，内置程序设置为通电自运行状态。

根据试验要求，通过调节升降架固定好喷头8位置，以获得期望的模拟降雨量，在承土器内框18和承土器外框25之间填充要试验的样品，并按要求设置坡度及相应的地表状况。测试中，笔记本电脑29发出开始指令，电磁阀6通电打开，开始模拟降雨，由第一压力传感器21、第二压力传感器22分别实时记录相应盛水器中质量的变化，流量计7记录所模拟降雨的总量，然后分别传输到数据采集控制器27，相应的数据经无线路由器28传输至安装在笔记本电脑29上，当径流达到稳定时，由笔记本电脑29下达指令经数据采集控制器27来断开电磁阀6，切断供水，模拟降雨停止。

由以上实施例可以看出，本发明在室内利用人工模拟降雨，不仅能实现远程实时监测水蚀现象的动态变化，而且能方便地进行不同坡度、不同地表状况及不同土壤下垫面条件下降雨径流过程的监测和水蚀机理的研究，试验土壤的地表状况可任意设置，坡度可调范围为0-30°。其不仅成本低，而且能够为土壤侵蚀机理研究提供有效依据。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种土壤径流远程实时监测系统，其特征在于，包括人工模拟降雨装置、试验台装置、测试装置；所述人工模拟降雨装置包括：水箱（1）、第一安全阀（2）、恒压泵（3）、第二安全阀（4）、单向阀（5）、电磁阀（6）、流量计（7）、升降架和喷头（8）；所述升降架包括升降梁（9）、第一定滑轮（10）、第二定滑轮（12）、固定架（11）、绞盘（14）和减速电机（15）；所述试验台装置包括：试验台、承土器外框（25）、第一导向斗（24）、第一盛水器（23）、承土器内框（18）、第二导向斗（19）、第二盛水器（20）和滤网（17）；所述测试装置包括测试系统，所述测试系统包括第一压力传感器（21）、第二压力传感器（22）；

所述水箱（1）、第一安全阀（2）、恒压泵（3）、第二安全阀（4）、单向阀（5）、电磁阀（6）、流量计（7）和喷头（8）顺序连接；喷头（8）安装在升降梁（9）上；升降梁（9）、第一定滑轮（10）、第二定滑轮（12）、绞盘（14）顺序连接，绞盘（14）与减速电机（15）连接，第一定滑轮（10）和第二定滑轮（12）固接在固定架（11）上，固定架（11）与试验台固接；承土器内框（18）嵌套在承土器外框（25）底部的通孔处，第一导向斗（24）上部与承土器外框（25）相连，下部靠在第一盛水器（23）内壁上，第二导向斗（19）上部与承土器内框（18）相连，第二导向斗（19）下部穿过第一导向斗（24）斜壁上的通孔并靠在第二盛水器（20）内壁上，滤网（17）内嵌在承土器内框（18）内；第一盛水器（20）和第二盛水器（23）分别放置在第一压力传感器（21）、第二压力传感器（22）上；

测试系统还包括数据采集控制器（27），用于采集接收到的数据；所述第一压力传感器（21）、第二压力传感器（22）的输出端均与数据采集控制器（27）相连，电磁阀（6）的控制端（6’）和流量计（7）的输出端（7’）均与数据采集控制器（27）相连。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述测试系统还包括与所述数据采集控制器（27）连接的无线路由器（28）。

3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述测试系统还包括第一电源模块（26）、第二电源模块（31）；第一电源模块（26）用于为数据采集控制器（27）供电，所述第二电源模块（31）用于为第一压力传感器（21）、第二压力传感器（22）和电磁阀（6）供电。

4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述承土器外框（25）底部的通孔与承土器内框（18）直径相同。

5.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述承土器内框（18）壁上均匀分布有过滤孔。

6.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一导向斗（24）和第二导向斗（19）为偏心导向。

7.如权利要求3所述的系统，其特征在于，所述第一电源模块（26）、第二电源模块（31）为交直流变压器或者蓄电池。

8.如权利要求1～7任一项所述的系统，其特征在于，升降梁（9）、第一定滑轮（10）、第二定滑轮（12）、绞盘（14）通过钢丝绳（13）顺序连接，其中钢丝绳（13）的自由端连接升降梁（9），固定端连接绞盘（14）。