CN104391105A - 一种无水土壤基质势剖面测量装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种无水土壤基质势剖面测量装置，包括无水土壤基质势传感器单元、锥形钻头和冲击柄；所述的锥形钻头、不少于1个无水土壤基质势传感器单元、冲击柄经过连接螺杆依次串联连接后构成圆柱状整体。本发明的无水土壤基质势剖面测量装置，适合于长期土壤基质势研究，与以往的产品相比，可以大大简化安装、使用程序，有效提高我国土壤基质势研究领域的装备水平。有效克服了常规土壤基质势测量仪的操作繁琐、边界影响大、自动化程度低的不利因素。采用无水土壤基质势剖面测量装置可以很好实现低边界效应、剖面一体化的测量，同时还可以实现土壤基质势的自动采集，大大提高了工作效率，该装置的应用具有很高的科学价值。
Description
技术领域
本发明涉及土壤基质势剖面测量技术领域，特别涉及一种无水土壤基质势剖面测量装置。
背景技术
土壤基质势，代表了土壤中水分的能量状态，是土壤水分运动的根本驱动力，而土基质势所研究的是水分在土壤中的运动过程、规律和机理。目前土壤基质势的研究已成为土壤学、生态学、水资源学以及资源与环境科学等相关学科的基础和前沿研究领域，越来越得到重视。基质势测量开展土壤基质势研究的重要手段。无水土壤基质势剖面测量装置是开展室内、野外土壤基质势研究的重要装置，国内开展土壤基质势测量的装置一般采用基于连通器原理的水银负压计和基于热容原理的干式负压计，其中水银负压计在长期的测量过程中需要频繁的补充洁净的无汽水，而且需要大量的人工用于安装、观测记录；干式负压计在测量过程中和水银负压计类似，每只负压计只能测量一个层位的土壤基质势，很难测量同一剖面上连续自动测量特让基质势的分布状况，给大量开展土壤基质势研究带来一定的难度，同时采用分层埋设，安装过程中对装置周边的土壤扰动较大，边界效应的影响大大降低了土壤基质势测量的精度，因此，需要研发一种无水土壤基质势剖面测量装置，可以实现免维护、易安装、投资较低，能够满足垂向连续自动测量的需要，为推动土壤基质势研究提供重要设备条件支持。
发明内容
发明目的：针对现有技术中存在的不足，本发明的目的在于提供一种无水土壤基质势剖面测量装置，。
技术方案：为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：
一种无水土壤基质势剖面测量装置，包括无水土壤基质势传感器单元、锥形钻头和冲击柄；所述的锥形钻头、不少于1个无水土壤基质势传感器单元、冲击柄经过连接螺杆依次串联连接后构成圆柱状整体。
所述的无水土壤基质势传感器单元包括设在硬质钢材结构圆柱状本体上的高密度陶土块，在所述的陶土块内部包裹有温度传感器和加热电阻，所述的温度传感器通过温度传感器信号线与设在本体上的温度信号触片相连，所述的温度传感器通过电源线与设在本体上的温度传感器正、负极电源触片相连，所述的加热电阻通过加热电阻电源线与在本体上的加热电阻正极电源触片、加热电阻负极电源触片相连，所述的温度传感器正、负极电源触片、加热电阻正极电源触片、温度信号触片、加热电阻负极电源触片与信号线-电源线集束相连，所述的信号线-电源线集束与数字芯片相连。
所述的信号线-电源线集束设在本体上预留的内腔内。
所述的数字芯片与数字信号线、装置输入电源正极、装置输入电源负极相连。
所述的无水土壤基质势传感器单元有2-4个。
所述的锥形钻头是锥形的硬质钢体。
所述的电子芯片设在冲击柄上。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下优点及突出性效果：本发明的无水土壤基质势剖面测量装置，适合于长期土壤基质势研究，与以往的产品相比，可以大大简化安装、使用程序，有效提高我国土壤基质势研究领域的装备水平。有效克服了常规土壤基质势测量仪的操作繁琐、边界影响大、自动化程度低的不利因素。采用无水土壤基质势剖面测量装置可以很好实现低边界效应、剖面一体化的测量，同时还可以实现土壤基质势的自动采集，大大提高了工作效率，该装置的应用具有很高的科学价值。
附图说明
图1是无水土壤基质势剖面测量装置的结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体附图对本发明做进一步的说明。
如图1所示，本发明的无水土壤基质势剖面测量装置，包括无水土壤基质势传感器单元、锥形钻头11和冲击柄10，锥形钻头11、不少于1个（优选2-4个）无水土壤基质势传感器单元、冲击柄10经过连接螺杆依次串联连接后构成圆柱状整体。该装置主要特点在于模块化的无水土壤基质势传感器单元的线状组合，无扰动式的装置安装和自动采集系统使得土壤基质势测量的精度更高、使用更简便。
无水土壤基质势传感器单元包括设在硬质钢材结构圆柱状本体上的高密度陶土块1，在陶土块1内部包裹有温度传感器2和加热电阻3，温度传感器2通过温度传感器信号线4与设在本体上的温度信号触片16相连，温度传感器2通过电源线与设在本体上的温度传感器正、负极电源触片5相连，加热电阻3通过加热电阻电源线7与在本体上的加热电阻正极电源触片9、加热电阻负极电源触片17相连，温度传感器正、负极电源触片5、加热电阻正极电源触片9、温度信号触片16、加热电阻负极电源触片17与信号线-电源线集束8相连，信号线-电源线集束8与数字芯片12相连。其中，高密度陶土块1的热容可随着周边的土壤水分含量的变化而变化，温度传感器2的核心部件为热敏电阻可以测量陶土块的温度，加热电阻3用于加热陶土块，温度传感器信号线4用于传输热敏电阻产生的电阻模拟信号，温度传感器正、负极电源触片5为温度传感器2的电源输入点，连接螺杆6为用于连接无水土壤基质势传感器单元、冲击柄10、锥形钻头11，加热电阻电源线7用于输送加热电能，信号线-电源线集束8用于集中输送无水土壤基质势传感器单元的信号线和电源性，加热电阻正极电源触片9为加热电阻的3的电源正极输入点，冲击柄10是将装置压入土体的施力点，锥形钻头11是锥形的硬质钢体，锥形有利于降低装置的入土阻力，电子芯片12（可设在冲击柄10上）可将测量到的模拟信号装换成数字信号，并传送给数据采集器，数字信号线13用于传输数字信号，装置输入电源正极14和装置输入电源负极15是装置的输入点，温度信号触片16用于传输温度模拟信号，加热电阻负极电源触片17为加热电阻的3的电源负极输入点，内腔18用于各无水土壤基质势传感器单元的信号线-电源线集束8的布设。
使用时，将装置的锥形钻头11朝下，利用阻尼锤锤击装置顶部的冲击柄10，将装置压入土壤至需要的深度。由于土壤基质势与热容存在一定的函数关系，测量时，无水土壤基质势传感器单元周边一定的土壤湿度可使得高密度陶土块1具有一定的热熔与之相适应。工作时，电流通过装置输入电源正极14、装置输入电源负极15进入装置，并定量定时输送至加热电阻3来加热陶土块1，利用温度传感器2测得高密度陶土块1的温度，温度的模拟信号通过温度传感器信号线4、温度信号触片16、信号线-电源线集束8传至数字芯片12，模拟信号被处理成数字信号通过数字信号线13发送至数据采集器（外设），土壤基质势与热容的函数关系式被事先保存在数据采集器内，通过采集器自动换算出高密度陶土块的热容，并为该热容值匹配相应的土壤基质势，即可测出该时刻的土壤基质势。
Claims (7)
1.一种无水土壤基质势剖面测量装置，其特征在于：包括无水土壤基质势传感器单元、锥形钻头（11）和冲击柄（10）；所述的锥形钻头（11）、不少于1个无水土壤基质势传感器单元、冲击柄（10）经过连接螺杆（6）依次串联连接后构成圆柱状整体。
2.根据权利要求1所述的无水土壤基质势剖面测量装置，其特征在于：所述的无水土壤基质势传感器单元包括设在硬质钢材结构圆柱状本体上的高密度陶土块（1），在所述的陶土块（1）内部包裹有温度传感器（2）和加热电阻（3），所述的温度传感器（2）通过温度传感器信号线（4）与设在本体上的温度信号触片（16）相连，所述的温度传感器（2）通过电源线与设在本体上的温度传感器正、负极电源触片（5）相连，所述的加热电阻（3）通过加热电阻电源线（7）与在本体上的加热电阻正极电源触片（9）、加热电阻负极电源触片（17）相连，所述的温度传感器正、负极电源触片（5）、加热电阻正极电源触片（9）、温度信号触片（16）、加热电阻负极电源触片（17）与信号线-电源线集束（8）相连，所述的信号线-电源线集束（8）与数字芯片（12）相连。
3.根据权利要求2所述的无水土壤基质势剖面测量装置，其特征在于：所述的信号线-电源线集束（8）设在本体上预留的内腔（18）内。
4.根据权利要求2所述的无水土壤基质势剖面测量装置，其特征在于：所述的数字芯片（12）与数字信号线（13）、装置输入电源正极（14）、装置输入电源负极（15）相连。
5.根据权利要求1所述的无水土壤基质势剖面测量装置，其特征在于：所述的无水土壤基质势传感器单元有2-4个。
6.根据权利要求1所述的无水土壤基质势剖面测量装置，其特征在于：所述的锥形钻头（11）是锥形的硬质钢体。
7.根据权利要求2所述的无水土壤基质势剖面测量装置，其特征在于：所述的电子芯片（12）设在冲击柄（10）上。
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