CN105067500A - 一种土柱入渗性能检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种土柱入渗性能检测装置，其包括底座、水平旋转调节机构、进出土柱调节机构、高度调节机构，水平旋转调节机构设置在底座上，进出土柱调节机构设置在水平旋转调节机构上，高度调节机构设置在进出土柱调节机构上；该装置能直接检测土柱入渗过程中湿润锋的运移，同时能快速检测土柱入渗过程中的多个指标（温度、电导率、PH等），结构简单，能够实现对室内土柱入渗过程相关指标的检测，也能够满足室外原状土入渗过程相关指标的检测，适合相关高校和科研院所进行土柱入渗过程相关参数的快速检测。

Description

一种土柱入渗性能检测装置

技术领域

本发明涉及一种土柱入渗性能检测装置，具体为土柱入渗湿润锋运移和相关指标的检测装置，属于节水灌溉技术领域。

背景技术

入渗是水渗入土壤的物理现象，是由土壤水力特性、水分状况以及供水条件等因素综合作用的陆地表面水分交换过程，它与水文转换、土壤侵蚀、土壤水分、养分、盐分和重金属离子迁移等都有密切联系。入渗以单位时间入渗水深（即入渗强度或入渗率），或以历时入渗累积曲线表示。水在土壤中入渗时，土壤的一些物理性质会随着水分的入渗而改变，比如土壤的水分含量、酸碱度（pH值）、盐度、温度等，这些物理指标，直接反映了土壤水分入渗对土壤的影响。同时土壤入渗能力及入渗参数是确定地面灌溉技术参数的必要依据，对于节水灌溉技术而言，入渗率和入渗深度与时间的关系是评价灌溉效果的一个重要指标，可以给农业水管理提供指导性建议。因此，土壤入渗研究对促进相关学科更好更快发展具有重要意义。

以往对入渗规律的研究，常用土柱来代替整体土壤进行分析，分析方法分为两类，一类是野外工作中普遍采用的双环入渗仪的方法，该方法对试验环境要求高，精度较低，自动控制效果较差，而且该方法仅能测量土柱入渗与时间的关系，无法测量土柱入渗深度与时间的关系，使得该方法测量结果单一，适用性较差，难以满足试验要求。另一类是通过垂直或水平土柱模拟入渗的室内试验法，该方法在使用过程中的若要测定某一时间的土柱含水率、pH和电导率时，需要把土柱中的土样取出后才能完成测定，存在工作效率低下和测量精度较低等缺陷，工作人员不能离开试验场地，且连续几天几夜不能间断。因此，该方法测量过程费时、费力、测量效率极其低下。为此，我们通过多学科交叉，引入现代测试技术、机械装备和自动化技术，寻求一种可以直接测量湿润锋运移、多指标检测、适用性强的试验装置是十分必要的。

目前，涉及土壤入渗湿润锋运移和相关指标检测装置和方法的相关专利有：土壤入渗性能实时自动测量系统（200610089698.4），一种测定非饱和土入渗系数的装置和方法（201210196089.4），一种可调土壤入渗性能检测和流失量取样装置（2014108400981），土壤水分、溶质运移参数自动测定装置（200510124583.X）等。其中土壤入渗性能实时自动测量系统主要针对土壤径流的测量，对土柱入渗不适用；一种测定非饱和土入渗系数的装置和方法测定的是非饱和土的入渗系数，但是该装置如果需要较高的测量精度，需要较多的水分传感器和水分张力计，装置成本高，同时采用迭代法获取水分入渗系数，操作比较复杂，自动化程度低；一种可调土壤入渗性能检测和流失量取样装置，只适合于室内进行土柱试验，而且只能对土柱的一侧进行入渗性能的检测。土壤水分、溶质运移参数自动测定装置湿润锋的运移通过计算获得，准确度不够高。上述提到的装置和方法，不能满足既在室内进行土柱入渗性能检测，又能在室外进行土柱入渗性能检测，而且这些装置不能直接检测土柱入渗的湿润锋运移，操作复杂，检测指标不够全面，不能够较准确地反映水入渗过程中对土柱酸碱度（PH）、盐度、温度等相关指标的影响。

发明内容

为了解决上述背景技术中提到的问题，本发明提供一种土柱入渗性能检测装置，其为土柱入渗湿润锋运移和相关指标检测装置，该装置可以通过CCD相机检测土柱的湿润锋运移，该装置不仅能在室内进行土柱入渗性能检测，又能在室外进行土柱入渗性能检测；可以安装不同类型的传感器，在土柱入渗过程中进行多指标检测；该装置在室内或室外进行土柱入渗性能检测时，能够对土柱不同方位、不同高度进行检测，能减小试验误差。

本发明土柱入渗性能检测装置包括底座3、水平旋转调节机构、进出土柱调节机构、高度调节机构，水平旋转调节机构设置在底座3上，进出土柱调节机构设置在水平旋转调节机构上，高度调节机构设置在进出土柱调节机构上；

其中所述水平旋转调节机构包括水平旋转齿轮Ⅰ11、步进电机12、水平旋转滑块13、水平旋转滑轨14、水平旋转齿轮Ⅱ15，水平旋转滑轨14、水平旋转齿轮Ⅱ15固定在底座3上，水平旋转滑轨14位于水平旋转齿轮Ⅱ15内侧，水平旋转滑块13设置在水平旋转滑轨14上并与其相配合，步进电机12安装在水平旋转滑块13的一侧，步进电机12与水平旋转齿轮Ⅰ11连接并驱动其运动，水平旋转齿轮Ⅰ11与水平旋转齿轮Ⅱ15相配合；

所述进出土柱调节机构包括支座4、齿条5、伺服电机6、探头进出齿轮7、探头进出滑轨8、限位支座9、探头进出滑块10，支座4安装在水平旋转滑块13上，支座4上设置有齿条5、限位支座9和探头进出滑轨8，限位支座9设置在探头进出滑轨8的两端，探头进出齿轮7设置在齿条5一侧并与其相配合，探头进出齿轮7与伺服电机6连接并由其驱动，伺服电机6与探头进出滑块10连接，探头进出滑块10设置在探头进出滑轨8上并与其相配合；

所述高度调节机构包括导杆16、螺杆17、CCD相机18、传感器19、上支座20、螺杆电机21，导杆16的两端分别安装在探头进出滑块10和上支座20上，螺杆17两端分别通过轴承安装在探头进出滑块10和上支座20上，，CCD相机18和传感器19套装在导杆16和螺杆17上，螺杆17穿过上支座20与螺杆电机21相连。

所述水平旋转滑轨14为两侧设有半圆形水平旋转滑轨槽23的环状轨道，水平旋转滑块13内侧设有半圆形水平旋转滑块槽24，水平旋转滑块槽24与水平旋转滑轨槽23通过滚珠相配合。

所述探头进出滑轨8两侧设有半圆形的探头进出滑轨槽31，探头进出滑块10内侧的半圆形探头进出滑块槽30与探头进出滑轨槽31通过滚珠相配合，探头进出滑块10两侧设有限位开关27，限位开关27与限位支座9相配合。

所述底座3为中空环状底座。

所述齿条5、探头进出齿轮7、水平旋转齿轮Ⅰ11和水平旋转齿轮Ⅱ15均为标准件。

本发明中伺服电机6、步进电机12和螺杆电机21的控制按照常规的控制器（单片机开发板等）进行控制和传动，CCD相机和传感器19检测的数值可以通过常规的数据存储器来进行存储，方便后期分析处理。

所述传感器19为常规市售的用于检测湿度、酸碱度（pH）、温度、盐度等的传感器，可以根据检测需要设置或更换传感器的类型。

在室外进行原状土土柱入渗湿润锋运移和相关指标的检测中，在检测土壤周围挖一个环形的深坑，原状土呈圆柱体状，将上述装置底座3的中心孔穿过原状土，并固定在挖好的环形深坑中；在开始检测时，首先在圆柱形原状土上标记好初始检测位置，启动步进电机12，步进电机12输出轴旋转，步进电机12输出轴旋转带动与其相连的水平旋转齿轮Ⅰ11，水平旋转齿轮Ⅰ11与水平旋转齿轮Ⅱ15相配合，水平旋转齿轮Ⅱ15固定不动，则水平旋转齿轮Ⅰ11运动，同时水平旋转齿轮Ⅰ11通过步进电机12与水平旋转滑块13相连，水平旋转齿轮Ⅰ11的运动带动与其相连的水平旋转滑块13的运动，同时水平旋转滑块13与水平旋转滑轨14相配合，所以水平旋转滑块13会沿着水平旋转滑轨14做圆周运动，CCD相机18和传感器19通过导杆16和螺杆17安装在支座4上，支座4安装在水平旋转滑块13上，所以水平旋转滑块13的圆周运动也带动CCD相机18和传感器19在水平面内做圆周运动，在常规控制器的作用下，CCD相机18和传感器19在水平面内旋转到检测初始位置后停止转动。

然后启动螺杆电机21，螺杆电机21输出轴开始转动，螺杆电机21输出轴转动带动与其相连的螺杆17在水平面内的旋转，导杆16固定不动，传感器19和CCD相机18一侧与导杆相配合，另一侧与螺杆17螺旋副配合，所以螺杆17在水平面内的旋转带动CCD相机18和传感器19沿着螺杆17的轴线方向运动，在常规控制器的驱动作用下，使CCD相机18和传感器19运动到要求的位置。此时，CCD相机18开始检测原状土的入渗过程湿润锋的运移，CCD相机18的检测是连续的过程，检测到的数据传输给上位机进行处理和分析，检测一定的时间后，开始检测土柱的相关指标，常规控制器驱动伺服电机6，伺服电机6开始工作，伺服电机6输出轴转动带动与其相连的探头进出齿轮7旋转，探头进出齿轮7与齿条5相配合，齿条5固定在水平支座4上，所以探头进出齿轮7沿着齿条5做直线运动，同时探头进出齿轮7通过伺服电机6与探头进出滑块10相连，探头进出滑块10会随着探头进出齿轮7做直线运动，但是探头进出滑块10与探头进出滑轨8相配合，齿条5和探头进出滑轨8平行，所以探头进出滑块10会沿着齿条5和探头进出滑轨8做直线运动，导杆16和螺杆17安装在探头进出滑块10上，CCD相机18和传感器19安装在导杆16和螺杆17上，所以探头进出滑块10的直线运动带动导杆16和螺杆17在水平面内的直线运动，从而带动CCD相机18和传感器19在水平面内的直线运动，使传感器19的探头进入到土柱内部，在探头进出滑轨8的两侧设置了限位支座9，当传感器19的探头进入到土柱一定深度时，探头进出滑块10上的限位开关27与限位支座9接触，使限位开关27停止工作，传感器探头进入土柱的过程停止，传感器19的探头开始检测土柱中的相关物理参数，检测到的参数传输给上位机进行分析处理，等一段时间完成检测后，驱动伺服电机6，使伺服电机6相对于刚才反转，这时，传感器19探头从土柱中出来，完成一个过程的检测，为了防止保护装置，探头进出滑轨8的另一侧也设置了限位支座和限位开关。

综上所述，采用常规控制器，并使用常规控制方法可以通过控制伺服电机6、步进电机12和螺杆电机21，可以完成原状土的不同高度和不同方位的土柱入渗过程中湿润锋的运移和相关指标的检测。

本发明在上述设备的基础上提供了一种在室内进行土柱入渗湿润锋运移和相关指标检测的装置，其还包括盛土容器22；盛土容器22安装在底座3中心处并位于水平旋转滑轨14内侧。

所述盛土容器22为敞口圆柱体，其外圆周面上设有若干个贯穿的传感器进出孔38，传感器进出孔38与传感器19的探头相配合。

所述底座3下端设置有万向轮支架2，万向轮1安装在万向轮支架2上，方便装置的移动。

当要对非原状土柱进行入渗湿润锋运移和相关指标进行检测时，先在盛土容器22内装一定条件的试验土柱，然后直接放置在底座3中部；

在开始检测时，首先在盛土容器22上标记好初始检测位置，在常规控制器的作用下，启动步进电机12，步进电机12输出轴旋转，步进电机12输出轴旋转带动与其相连的水平旋转齿轮Ⅰ11，水平旋转齿轮Ⅰ11与水平旋转齿轮Ⅱ15相配合，水平旋转齿轮Ⅱ15固定不动，则水平旋转齿轮Ⅰ11运动，同时水平旋转齿轮Ⅰ11通过步进电机12与水平旋转滑块13相连，水平旋转齿轮Ⅰ11的运动带动与其相连的水平旋转滑块13的运动，同时水平旋转滑块13与水平旋转滑轨14相配合，所以水平旋转滑块13会沿着水平旋转滑轨14做圆周运动，CCD相机18和传感器19通过导杆16和螺杆17安装在支座4上，支座4安装在水平旋转滑块13上，所以水平旋转滑块13的圆周运动也带动CCD相机18和传感器19在水平面内做圆周运动，在常规控制器的作用下，CCD相机18和传感器19在水平面内旋转，直到传感器19探头与盛土容器22上的传感器出入孔38对其后停止转动。

然后驱动螺杆电机21，螺杆电机21输出轴开始转动，螺杆电机21输出轴转动带动与其相连的螺杆17在水平面内的旋转，导杆16固定不动，传感器19和CCD相机18一侧与导杆相配合，另一侧与螺杆17螺旋副配合，所以螺杆17在水平面内的旋转带动CCD相机18和传感器19沿着螺杆17的轴线方向运动，在常规控制器的驱动作用下，使CCD相机18和传感器19运动到要求的位置。此时，CCD相机18开始检测原状土的入渗过程湿润锋的运移，CCD相机18的检测是连续的过程，检测到的数据传输给上位机进行处理和分析，检测一定的时间后，开始检测土柱的相关指标，常规控制器驱动伺服电机6，伺服电机6开始工作，伺服电机6输出轴转动带动与其相连的探头进出齿轮7旋转，探头进出齿轮7与齿条5相配合，齿条5固定在支座4上，所以探头进出齿轮7沿着齿条5做直线运动，同时探头进出齿轮7与探头进出滑块10相连，探头进出滑块10会随着探头进出齿轮7做直线运动，但是探头进出滑块10与探头进出滑轨8相配合，齿条5和探头进出滑轨8平行，所以探头进出滑块10会沿着齿条5和探头进出滑轨8做直线运动，导杆16和螺杆17安装在探头进出滑块10上，CCD相机18和传感器19安装在导杆16和螺杆17上，所以探头进出滑块10的直线运动带动导杆16和螺杆17在水平面内的直线运动，从而带动CCD相机18和传感器19在水平面内的直线运动，使传感器19的探头通过盛土容器22上的传感器进出孔38进入到土柱内部，在探头进出滑轨8的两侧设置了限位支座9，当传感器19的探头进入到土柱一定深度时，探头进出滑块10上的限位开关27与限位支座9接触，使限位开关27停止工作，传感器探头进入土柱的过程停止，传感器19的探头开始检测土柱中的相关物理参数，检测到的参数传输给上位机进行分析处理，等一段时间完成检测后，驱动器驱动伺服电机6，使伺服电机6相对于刚才反转，这时，传感器19探头从盛土容器22中的土柱中出来，完成一个过程的检测，为了防止保护装置，探头进出滑轨8的另一侧也设置了限位支座和限位开关。

同样的，采用常规控制器，并使用常规控制方法可以通过控制伺服电机6、步进电机12和螺杆电机21，可以完成盛土容器22内部的不同高度和不同方位的土柱入渗过程中湿润锋的运移和相关指标的检测。

本发明的有益效果是：

1、该装置能够自动检测入渗过程中土柱水分、养分和盐分的变化，同时能够检测该过程中其它的物理参数（温度、电导率、PH等），能为研究土壤水分溶质运移规律提供硬件支撑；

2、该装置专门设置了CCD相机，能够直接检测土柱入渗过程中的湿润锋运移，与现有的计算法相比，结果更准确；

3、检测的过程中可以快速的获取大量的检测数值，这些数值能够较全面的反映土柱在入渗过程中水分变化引起其他物理参数变化，方便对土壤入渗过程中相关指标的研究；

4、该装置在能够实现室内土柱入渗过程多指标的检测，同时室内土样可以在水平面内旋转，从而可实现土样不同方位的检测，检测结果更准确，也能够满足室外原状土柱入渗过程多指标的检测；

5、该装置的操作采用控制器实现，控制器的可编程性高，能够满足不同要求的土柱入渗过程多指标的检测，降低了人工劳动强度；

6、该装置安装简单，维修方便，可操作性强，适合相关高校和科研院所进行土柱入渗过程相关参数的快速检测。

附图说明

图1是本发明装置结构示意图；

图2是本发明底座的结构示意图；

图3是本发明水平旋转滑轨和水平旋转齿轮Ⅱ的结构示意图；

图4是本发明水平旋转齿轮Ⅱ和底座连接结构示意图；

图5是本发明水平旋转滑轨剖面结构示意图；

图6是本发明水平旋转滑轨、水平旋转齿轮Ⅱ和底座连接结构示意图；

图7是本发明水平旋转齿轮Ⅰ、步进电机和水平旋转滑块连接结构示意图；

图8是本发明水平旋转滑块与水平旋转滑轨连接结构示意图；

图9是本发明水平旋转调节机构结构示意图；

图10是本发明底座和水平旋转调节机构结构示意图；

图11是本发明支座、底座和水平旋转调节机构连接结构示意图；

图12是本发明探头进出滑块结构示意图；

图13是本发明探头进出滑块和探头进出滑轨连接结构示意图；

图14是本发明探头进出滑轨和限位支座的结构示意图；

图15是本发明进出土柱调节机构结构示意图；

图16是本发明CCD相机结构示意图；

图17是本发明传感器结构示意图；

图18是本发明支座结构示意图；

图19是本发明螺杆的结构示意图；

图20是本发明高度调节机构结构示意图；

图21是本发明导杆的结构示意图；

图22是本发明进出土柱调节机构及高度调节机构结构示意图；

图23是本发明盛土容器和水平旋转调节机构结构示意图；

图24是本发明带盛土容器的结构示意图；

图中：1-万向轮，2-万向轮支架，3-底座，4-支座，5-齿条，6-伺服电机，7-探头进出齿轮，8-探头进出滑轨，9-限位支座，10-探头进出滑块，11-水平旋转齿轮Ⅰ，12-步进电机，13-水平旋转滑块，14-水平旋转滑轨，15-水平旋转齿轮II，16-导杆，17-螺杆，18-CCD相机，19-传感器，20-上支座，21-螺杆电机，22-盛土容器，23-水平旋转滑轨槽，24-水平旋转滑块槽，25-步进电机支座，26-伺服电机支座，27-限位开关，28-导杆安装孔，29-螺杆安装孔，30-探头进出滑块槽，31-探头进出滑轨槽，32-相机导杆孔，33-相机螺杆孔，34-传感器导杆孔，35-传感器螺杆孔，36-上支座导杆安装孔，37-上支座螺杆安装孔，38-传感器进出孔。

具体实施方式

下面通过附图和实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明的保护范围不局限于所述内容。

实施例1：如图1-22所示，本土柱入渗性能检测装置包括底座3、水平旋转调节机构、进出土柱调节机构、高度调节机构，水平旋转调节机构设置在底座3上，进出土柱调节机构设置在水平旋转调节机构上，高度调节机构设置在进出土柱调节机构上；其中所述水平旋转调节机构包括水平旋转齿轮Ⅰ11、步进电机12、水平旋转滑块13、水平旋转滑轨14、水平旋转齿轮Ⅱ15，水平旋转滑轨14、水平旋转齿轮Ⅱ15固定在底座3上，水平旋转滑轨14位于水平旋转齿轮Ⅱ15内侧，水平旋转滑块13设置在水平旋转滑轨14上并与其相配合，步进电机12安装在水平旋转滑块13的一侧，步进电机12与水平旋转齿轮Ⅰ11连接并驱动其运动，水平旋转齿轮Ⅰ11与水平旋转齿轮Ⅱ15相配合；所述进出土柱调节机构包括支座4、齿条5、伺服电机6、探头进出齿轮7、探头进出滑轨8、限位支座9、探头进出滑块10，支座4安装在水平旋转滑块13上，支座4上设置有齿条5、限位支座9和探头进出滑轨8，限位支座9设置在探头进出滑轨8的两端，探头进出齿轮7设置在齿条5一侧并与其相配合，探头进出齿轮7与伺服电机6连接并由其驱动，伺服电机6与探头进出滑块10连接，探头进出滑块10设置在探头进出滑轨8上并与其相配合；所述高度调节机构包括导杆16、螺杆17、CCD相机18、传感器19、上支座20、螺杆电机21，导杆16的两端分别安装在探头进出滑块10和上支座20上，螺杆17两端分别通过轴承安装在探头进出滑块10和上支座20上，CCD相机18和传感器19套装在导杆16和螺杆17上，螺杆17穿过上支座20与螺杆电机21相连。

所述水平旋转滑轨14为两侧设有半圆形水平旋转滑轨槽23的环状轨道，水平旋转滑块13内侧设有半圆形水平旋转滑块槽24，水平旋转滑块槽24与水平旋转滑轨槽23通过滚珠相配合，水平旋转滑块13与步进电机12通过步进电机支座25连接；

所述探头进出滑轨8两侧设有半圆形的探头进出滑轨槽31，探头进出滑块10内侧的半圆形探头进出滑块槽30与探头进出滑轨槽31通过滚珠相配合，探头进出滑块10与伺服电机6通过伺服电机支座26连接，探头进出滑块10两侧设有限位开关27，限位开关27与限位支座9相配合；探头进出滑块10上部设有导杆安装孔28和螺杆安装孔29，导杆16的下部安装在导杆安装孔28内，螺杆17的下部通过轴承安装在螺杆安装孔29内；上支座20上设有上支座导杆安装孔36和上支座螺杆安装孔37，导杆16的上部安装在上支座导杆安装孔36内部，螺杆17的上部通过轴承安装在上支座螺杆安装孔37内；CCD相机18上设有相机导杆孔32和相机螺杆孔33，相机导杆孔32与导杆16相配合，相机螺杆孔33与螺杆17相配合；传感器19上设有传感器导杆孔34和传感器螺杆孔35，传感器导杆孔34与导杆16相配合，传感器螺杆孔35与螺杆17相配合。

所述底座3为中空环状底座。

在室外进行原状土土柱入渗湿润锋运移和相关指标的检测中，在检测土壤周围挖一个环形的深坑，原状土呈圆柱体状，将上述装置底座3的中心孔穿过原状土，并固定在挖好的环形深坑中；在开始检测时，首先在圆柱形原状土上标记好初始检测位置，启动步进电机12，步进电机12输出轴旋转，步进电机12输出轴旋转带动与其相连的水平旋转齿轮Ⅰ11，水平旋转齿轮Ⅰ11与水平旋转齿轮Ⅱ15相配合，水平旋转齿轮Ⅱ15固定不动，则水平旋转齿轮Ⅰ11运动，同时水平旋转齿轮Ⅰ11通过步进电机12与水平旋转滑块13相连，水平旋转齿轮Ⅰ11的运动带动与其相连的水平旋转滑块13的运动，同时水平旋转滑块13与水平旋转滑轨14相配合，所以水平旋转滑块13会沿着水平旋转滑轨14做圆周运动，CCD相机18和传感器19通过导杆16和螺杆17安装在支座4上，支座4安装在水平旋转滑块13上，所以水平旋转滑块13的圆周运动也带动CCD相机18和传感器19在水平面内做圆周运动，在常规控制器的作用下，CCD相机18和传感器19在水平面内旋转到检测初始位置后停止转动。

然后启动螺杆电机21，螺杆电机21输出轴开始转动，螺杆电机21输出轴转动带动与其相连的螺杆17在水平面内的旋转，导杆16固定不动，传感器19和CCD相机18一侧与导杆相配合，另一侧与螺杆17螺旋副配合，所以螺杆17在水平面内的旋转带动CCD相机18和传感器19沿着螺杆17的轴线方向运动，在常规控制器的驱动作用下，使CCD相机18和传感器19运动到要求的位置。此时，CCD相机18开始检测原状土的入渗过程湿润锋的运移，CCD相机18的检测是连续的过程，检测到的数据传输给上位机进行处理和分析，检测一定的时间后，开始检测土柱的相关指标，常规控制器驱动伺服电机6，伺服电机6开始工作，伺服电机6输出轴转动带动与其相连的探头进出齿轮7旋转，探头进出齿轮7与齿条5相配合，齿条5固定在水平支座4上，所以探头进出齿轮7沿着齿条5做直线运动，同时探头进出齿轮7通过伺服电机6与探头进出滑块10相连，探头进出滑块10会随着探头进出齿轮7做直线运动，但是探头进出滑块10与探头进出滑轨8相配合，齿条5和探头进出滑轨8平行，所以探头进出滑块10会沿着齿条5和探头进出滑轨8做直线运动，导杆16和螺杆17安装在探头进出滑块10上，CCD相机18和传感器19安装在导杆16和螺杆17上，所以探头进出滑块10的直线运动带动导杆16和螺杆17在水平面内的直线运动，从而带动CCD相机18和传感器19在水平面内的直线运动，使传感器19的探头进入到土柱内部，在探头进出滑轨8的两侧设置了限位支座9，当传感器19的探头进入到土柱一定深度时，探头进出滑块10上的限位开关27与限位支座9接触，使限位开关27停止工作，传感器探头进入土柱的过程停止，传感器19的探头开始检测土柱中的相关物理参数，检测到的参数传输给上位机进行分析处理，等一段时间完成检测后，驱动伺服电机6，使伺服电机6相对于刚才反转，这时，传感器19探头从土柱中出来，完成一个过程的检测，为了防止保护装置，探头进出滑轨8的另一侧也设置了限位支座和限位开关。

综上所述，采用常规控制器，并使用常规控制方法可以通过控制伺服电机6、步进电机12和螺杆电机21，可以完成原状土的不同高度和不同方位的土柱入渗过程中湿润锋的运移和相关指标的检测。

实施例2：如图2-23所示，本土柱入渗性能检测装置包括万向轮1、万向轮支架2、底座3、水平旋转调节机构、进出土柱调节机构、高度调节机构、盛土容器22，水平旋转调节机构设置在底座3上，进出土柱调节机构设置在水平旋转调节机构上，高度调节机构设置在进出土柱调节机构上，盛土容器22安装在底座3中心处，底座3下端设置有万向轮支架2，万向轮1安装在万向轮支架2上；其中所述水平旋转调节机构包括水平旋转齿轮Ⅰ11、步进电机12、水平旋转滑块13、水平旋转滑轨14、水平旋转齿轮Ⅱ15，水平旋转滑轨14、水平旋转齿轮Ⅱ15固定在底座3上，水平旋转滑轨14位于水平旋转齿轮Ⅱ15内侧，水平旋转滑块13设置在水平旋转滑轨14上并与其相配合，步进电机12安装在水平旋转滑块13的一侧，步进电机12与水平旋转齿轮Ⅰ11连接并驱动其运动，水平旋转齿轮Ⅰ11与水平旋转齿轮Ⅱ15相配合；所述进出土柱调节机构包括支座4、齿条5、伺服电机6、探头进出齿轮7、探头进出滑轨8、限位支座9、探头进出滑块10，支座4安装在水平旋转滑块13上，支座4上设置有齿条5、限位支座9和探头进出滑轨8，限位支座9设置在探头进出滑轨8的两端，探头进出齿轮7设置在齿条5一侧并与其相配合，探头进出齿轮7与伺服电机6连接并由其驱动，伺服电机6与探头进出滑块10连接，探头进出滑块10设置在探头进出滑轨8上并与其相配合；所述高度调节机构包括导杆16、螺杆17、CCD相机18、传感器19、上支座20、螺杆电机21，导杆16的两端分别安装在探头进出滑块10和上支座20上，螺杆17两端分别通过轴承安装在探头进出滑块10和上支座20上，CCD相机18和传感器19套装在导杆16和螺杆17上，螺杆17穿过上支座20与螺杆电机21相连。

所述盛土容器22为敞口圆柱体，其上开有传感器进出孔38，传感器进出孔38与传感器19的探头相匹配。

所述水平旋转滑轨14为两侧设有半圆形水平旋转滑轨槽23的环状轨道，水平旋转滑块13内侧设有半圆形水平旋转滑块槽24，水平旋转滑块槽24与水平旋转滑轨槽23通过滚珠相配合，水平旋转滑块13与步进电机12通过步进电机支座25连接；

所述探头进出滑轨8两侧设有半圆形的探头进出滑轨槽31，探头进出滑块10内侧的半圆形探头进出滑块槽30与探头进出滑轨槽31通过滚珠相配合，探头进出滑块10与伺服电机6通过伺服电机支座26连接，探头进出滑块10两侧设有限位开关27，限位开关27与限位支座9相配合；探头进出滑块10上部设有导杆安装孔28和螺杆安装孔29，导杆16的下部安装在导杆安装孔28内，螺杆17的下部通过轴承安装在螺杆安装孔29内；上支座20上设有上支座导杆安装孔36和上支座螺杆安装孔37，导杆16的上部安装在上支座导杆安装孔36内部，螺杆17的上部通过轴承安装在上支座螺杆安装孔37内；CCD相机18上设有相机导杆孔32和相机螺杆孔33，相机导杆孔32与导杆16相配合，相机螺杆孔33与螺杆17相配合；传感器19上设有传感器导杆孔34和传感器螺杆孔35，传感器导杆孔34与导杆16相配合，传感器螺杆孔35与螺杆17相配合。

所述底座3为中空环状底座。

所述CCD相机18距离盛土容器22距离小于传感器19距离盛土容器22的距离。

对非原状土柱进行入渗湿润锋运移和相关指标进行检测时，先在盛土容器22内装一定条件的试验土壤，然后直接放置在底座3中部；

在开始检测时，首先在盛土容器22上标记好初始检测位置，在常规控制器的作用下，启动步进电机12，步进电机12输出轴旋转，步进电机12输出轴旋转带动与其相连的水平旋转齿轮Ⅰ11，水平旋转齿轮Ⅰ11与水平旋转齿轮Ⅱ15相配合，水平旋转齿轮Ⅱ15固定不动，则水平旋转齿轮Ⅰ11运动，同时水平旋转齿轮Ⅰ11通过步进电机12与水平旋转滑块13相连，水平旋转齿轮Ⅰ11的运动带动与其相连的水平旋转滑块13的运动，同时水平旋转滑块13与水平旋转滑轨14相配合，所以水平旋转滑块13会沿着水平旋转滑轨14做圆周运动，CCD相机18和传感器19通过导杆16和螺杆17安装在支座4上，支座4安装在水平旋转滑块13上，所以水平旋转滑块13的圆周运动也带动CCD相机18和传感器19在水平面内做圆周运动，在常规控制器的作用下，CCD相机18和传感器19在水平面内旋转，直到传感器19探头与盛土容器22上的传感器出入孔38对其后停止转动。

然后驱动螺杆电机21，螺杆电机21输出轴开始转动，螺杆电机21输出轴转动带动与其相连的螺杆17在水平面内的旋转，导杆16固定不动，传感器19和CCD相机18一侧与导杆相配合，另一侧与螺杆17螺旋副配合，所以螺杆17在水平面内的旋转带动CCD相机18和传感器19沿着螺杆17的轴线方向运动，在常规控制器的驱动作用下，使CCD相机18和传感器19运动到要求的位置。此时，CCD相机18开始检测原状土的入渗过程湿润锋的运移，CCD相机18的检测是连续的过程，检测到的数据传输给上位机进行处理和分析，检测一定的时间后，开始检测土柱的相关指标，常规控制器驱动伺服电机6，伺服电机6开始工作，伺服电机6输出轴转动带动与其相连的探头进出齿轮7旋转，探头进出齿轮7与齿条5相配合，齿条5固定在支座4上，所以探头进出齿轮7沿着齿条5做直线运动，同时探头进出齿轮7与探头进出滑块10相连，探头进出滑块10会随着探头进出齿轮7做直线运动，但是探头进出滑块10与探头进出滑轨8相配合，齿条5和探头进出滑轨8平行，所以探头进出滑块10会沿着齿条5和探头进出滑轨8做直线运动，导杆16和螺杆17安装在探头进出滑块10上，CCD相机18和传感器19安装在导杆16和螺杆17上，所以探头进出滑块10的直线运动带动导杆16和螺杆17在水平面内的直线运动，从而带动CCD相机18和传感器19在水平面内的直线运动，使传感器19的探头通过盛土容器22上的传感器进出孔38进入到土柱内部，在探头进出滑轨8的两侧设置了限位支座9，当传感器19的探头进入到土柱一定深度时，探头进出滑块10上的限位开关27与限位支座9接触，使限位开关27停止工作，传感器探头进入土柱的过程停止，传感器19的探头开始检测土柱中的相关物理参数，检测到的参数传输给上位机进行分析处理，等一段时间完成检测后，驱动器驱动伺服电机6，使伺服电机6相对于刚才反转，这时，传感器19探头从盛土容器22中的土柱中出来，完成一个过程的检测，为了防止保护装置，探头进出滑轨8的另一侧也设置了限位支座和限位开关。

同样的，采用常规控制器，并使用常规控制方法可以通过控制伺服电机6、步进电机12和螺杆电机21，可以完成盛土容器22内部的不同高度和不同方位的土柱入渗过程中湿润锋的运移和相关指标的检测。

上面结合附图对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (7)

1.一种土柱入渗性能检测装置，其特征在于：包括底座（3）、水平旋转调节机构、进出土柱调节机构、高度调节机构，水平旋转调节机构设置在底座（3）上，进出土柱调节机构设置在水平旋转调节机构上，高度调节机构设置在进出土柱调节机构上；

其中所述水平旋转调节机构包括水平旋转齿轮Ⅰ（11）、步进电机（12）、水平旋转滑块（13）、水平旋转滑轨（14）、水平旋转齿轮Ⅱ（15），水平旋转滑轨（14）、水平旋转齿轮Ⅱ（15）固定在底座（3）上，水平旋转滑轨（14）位于水平旋转齿轮Ⅱ（15）内侧，水平旋转滑块（13）设置在水平旋转滑轨（14）上并与其相配合，步进电机（12）安装在水平旋转滑块（13）的一侧，步进电机（12）与水平旋转齿轮Ⅰ（11）连接并驱动其运动，水平旋转齿轮Ⅰ（11）与水平旋转齿轮Ⅱ（15）相配合；

所述进出土柱调节机构包括支座（4）、齿条（5）、伺服电机（6）、探头进出齿轮（7）、探头进出滑轨（8）、限位支座（9）、探头进出滑块（10），支座（4）安装在水平旋转滑块（13）上，支座（4）上设置有齿条（5）、限位支座（9）和探头进出滑轨（8），限位支座（9）设置在探头进出滑轨（8）的两端，探头进出齿轮（7）设置在齿条（5）一侧并与其相配合，探头进出齿轮（7）与伺服电机（6）连接并由其驱动，伺服电机（6）与探头进出滑块（10）连接，探头进出滑块（10）设置在探头进出滑轨（8）上并与其相配合；

所述高度调节机构包括导杆（16）、螺杆（17）、CCD相机（18）、传感器（19）、上支座（20）、螺杆电机（21），导杆（16）的两端分别安装在探头进出滑块（10）和上支座（20）上，螺杆（17）两端分别通过轴承安装在探头进出滑块（10）和上支座（20）上，CCD相机（18）和传感器（19）套装在导杆（16）和螺杆（17）上，螺杆（17）穿过上支座（20）与螺杆电机（21）相连。

2.根据权利要求1所述的土柱入渗性能检测装置，其特征在于：水平旋转滑轨（14）为两侧设有半圆形水平旋转滑轨槽（23）的环状轨道，水平旋转滑块（13）内侧设有半圆形水平旋转滑块槽（24），水平旋转滑块槽（24）与水平旋转滑轨槽（23）通过滚珠相配合。

3.根据权利要求1所述的土柱入渗性能检测装置，其特征在于：探头进出滑轨（8）两侧设有半圆形的探头进出滑轨槽（31），探头进出滑块（10）内侧的半圆形探头进出滑块槽（30）与探头进出滑轨槽（31）通过滚珠相配合，探头进出滑块（10）两侧设有限位开关（27），限位开关（27）与限位支座（9）相配合。

4.根据权利要求1所述的土柱入渗性能检测装置，其特征在于：底座（3）为中空环状底座。

5.权利要求1-4中任一项所述的土柱入渗性能检测装置，其特征在于：本装置还包括盛土容器（22），盛土容器（22）安装在底座（3）中心处并位于水平旋转滑轨（14）内侧。

6.根据权利要求5所述的土柱入渗性能检测装置，其特征在于：盛土容器（22）为敞口圆柱体，其上开有传感器进出孔（38），传感器进出孔（38）与传感器（19）的探头相匹配。

7.根据权利要求6所述的土柱入渗性能检测装置，其特征在于：底座（3）下端设置有万向轮支架（2），万向轮（1）安装在万向轮支架（2）上。