CN105115875A - 一种土柱入渗过程多指标检测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种土柱入渗过程多指标检测装置，属于节水灌溉技术领域。其包括导杆、下底座、竖直轴承座Ⅰ、竖直支撑板、竖直螺杆、水平支撑板、竖直螺套、竖直轴承座Ⅱ、竖直联轴器、竖直步进电机支撑座、竖直步进电机、上顶座、水平步进电机、水平步进电机支撑座、水平联轴器、水平轴承座、水平螺杆、传感器夹持机构、水平螺套、传感器、导杆套、刮土器；该装置传感器更换方便，能在土柱入渗过程快速检测多个指标（温度、电导率、PH等），能够实现对室内土柱入渗过程多指标的检测，也能够满足室外原状土入渗过程多指标的检测，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
技术领域
本发明涉及一种土柱入渗过程多指标检测装置，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，寻求一种可以自动测量、多指标检测、适用性强的试验装置是十分必要的。
目前，涉及多指标的土柱入渗性能检测装置的相关专利有：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），一种室内柱状土层降雨入渗自动测定装置（201210369371.8），一种可调土壤入渗性能检测和流失量取样装置（2014108400981）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；一种室内柱状土层降雨入渗自动测定装置仅仅是测定土柱的入渗系数，不能测定其它的指标；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。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，而且这些装置成本高，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过程多指标检测装置，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。该装置可以安装不同类型单一的传感器，又能安装不同类型的传感器集成块，可以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。
本发明土柱入渗过程多指标检测装置包括导杆5、下底座6、竖直轴承座Ⅰ7、竖直支撑板8、竖直螺杆9、水平支撑板10、竖直螺套11、竖直轴承座Ⅱ12、竖直联轴器13、竖直步进电机支撑座14、竖直步进电机15、上顶座16、水平步进电机17、水平步进电机支撑座18、水平联轴器19、水平轴承座20、水平螺杆21、传感器夹持机构22、水平螺套23、传感器24、导杆套25、刮土器26；
所述竖直支撑板8下端安装在下底座6的一侧，竖直支撑板8上安装有竖直轴承座Ⅰ7、竖直轴承座Ⅱ12和竖直步进电机支撑座14，竖直螺杆9一端安装在竖直轴承座Ⅰ7上，另一端安装在竖直轴承座Ⅱ12上，竖直步进电机15安装在竖直步进电机支撑座14上，竖直螺杆9和竖直步进电机15通过竖直联轴器13连接，竖直螺套11套装在竖直螺杆9上并固定在水平支撑板10的一端端面上；水平支撑板10上安装有水平步进电机支撑座18和两个水平轴承座20，水平螺杆21两端分别安装在两个水平轴承座20上，水平步进电机17安装在水平步进电机支撑座18上，水平步进电机17和水平螺杆21通过水平联轴器19连接；传感器夹持机构22套装在水平螺杆21上并位于两个水平轴承座20间，水平螺套23套装在水平螺杆21上并固定在传感器夹持机构22上，传感器夹持机构22上安装有传感器24；水平支撑板10的另一端安装有刮土器26和导杆套25，导杆套25内安装有导杆5，导杆5下端安装在下底座6上，导杆5上端安装在上顶座16一端，上顶座16的另一端安装在竖直支撑板8的顶部。
所述竖直螺套11内部开有贯穿的内螺孔33，内螺孔33中的内螺纹与竖直螺杆9的外螺纹相配合，水平螺套23结构同竖直螺套11。
所述竖直轴承座Ⅰ7和竖直轴承座Ⅱ12内设有推力球轴承32，竖直螺杆9的一端安装在竖直轴承座Ⅰ7的推力球轴承32内，另一端安装在竖直支撑座Ⅱ12上的推力球轴承内。
所述传感器夹持机构22上开有传感器安装孔42、水平螺杆安装孔43，传感器24设置在传感器安装孔42中，传感器夹持机构22通过水平螺杆安装孔43套装在水平螺杆21上。
所述导杆套25为空心圆柱体，圆柱体的内圆周面上相对的两侧轴向开有槽，槽内设有滚珠47，滚珠47与导杆5的外圆周面相配合。
所述刮土器26为一薄片，刮土器26上部开有传感器插针出入孔48，传感器插针出入孔48与传感器24的插针相配合。
本发明中竖直步进电机15、水平步进电机17和步进电机1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，传感器24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24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土柱壤入渗过程相关参数的检测中，在检测土壤周围挖一个以上的深坑，将上述装置固定在挖好的深坑中；在开始检测时，首先启动水平步进电机17，步进电机17的电机轴开始转动，步进电机17的电机轴转动带动水平联轴器19转动，水平联轴器19的转动带动水平螺杆21的转动，水平螺杆21与水平螺套23是通过螺旋副连接配合，水平螺套23与传感器夹持机构22固定连接，传感器夹持机构22的下端面与水平支撑板10的上端面相贴合，所以传感器夹持机构22和水平螺套23在水平螺杆21转动下，在水平支撑板10的上端面上沿着螺杆轴向运动，传感器夹持机构22和水平螺套23在水平支撑板10的上端面的轴向运动带动传感器24在水平支撑板10的运动，传感器24的插针首先通过刮土器26上面的传感器插针出入孔48进入待检测土柱中，传感器24进入土柱后，可以进行土柱入渗过程中的湿度、酸碱度（PH）、温度、盐度等参数的检测，传感器24检测到的数值传输给数据存储器，方便后期处理数据。检测完一定数量的参数之后，水平步进电机17在控制器的作用下，电机轴反转，从而带动水平螺杆21反转，从而带动传感器24从土柱中出来，传感器24插针进入土柱后，在插针上会携带土柱颗粒和水分，在传感器24从土柱中出来的过程中，传感器24插针先进过刮土器26上的传感器插针出入孔48，将传感器插针携带的土壤颗粒和水分清除掉，完成一个高度的检测；
然后竖直步进电机15在控制器的控制下转动，竖直步进电机15的电机轴带动竖直联轴器13的转动，竖直联轴器13的转动带动竖直螺杆9的转动，竖直螺杆9与竖直螺套11通过螺旋副连接配合，竖直螺套11与水平支撑板10固定连接，水平支撑板10的一侧与竖直支撑板8的端面相贴合，所以竖直螺杆9的旋转带动竖直螺套11和水平支撑板10在竖直方向上向下运动，固定在水平支撑板10另一侧的导杆套25也会沿着导杆5向下运动，直到水平支撑板10带动传感器24在竖直方向上向下运动，直到传感器24运动到下一高度处，此时传感器24的插针将插入土柱中，重复上述的水平位置检测过程，就能实现这一高度的土柱入渗相关参数的检测；
需要使用上述装置检测该土柱不同方位的入渗参数时，需要在该待测土壤周围不同方位挖设深坑，用于放置上述设备，从而完成不同方位的检测。
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性能检测的土柱入渗过程多指标检测装置，其还包括步进电机1、土柱下底盖2、盛土容器3、土柱支座4，步进电机1安装在土柱支座4下部，土柱下底盖2安装在土柱支座4上，步进电机1通过轴承28与土柱下底盖2连接并带动其转动，盛土容器3安装在土柱下底盖2上；
所述土柱支座4上开有贯穿的轴承安装孔，轴承28的外圆周面与土柱支座4上的轴承安装孔内圆周面紧密配合。
所述土柱下底盖2底部设有空心轴29，空心轴29外圆周面与安装在土柱支座4内部的轴承28内圈相配合，步进电机1的转轴安装在土柱下底盖2底部的空心轴29内。
所述盛土容器3为透明的敞口圆柱体，其上开有径向贯穿孔30，径向贯穿孔30与传感器24的插针相匹配；根据测量需要在盛土容器3的筒壁上不同方位、不同高度开若干径向贯穿孔30。
当要对非原状土柱进行入渗过程中的指标进行检测时，先在盛土容器3内装一定条件的土壤，调节水平支撑板10的位置，使安装在水平支撑板10上面的传感器24的插针与盛土容器3上的径向贯穿孔30轴对齐，往盛土容器3内部按照一定速度注入一定量的水。
在开始检测时，首先启动水平步进电机17，步进电机17的电机轴开始转动，步进电机17的电机轴转动带动水平联轴器19转动，水平联轴器19的转动带动水平螺杆21的转动，水平螺杆21与水平螺套23是通过螺旋副连接配合，水平螺套23与传感器夹持机构22固定连接，传感器夹持机构22的下端面与水平支撑板10的上端面相贴合，所以传感器夹持机构22和水平螺套23在水平螺杆21转动下，在水平支撑板10的上端面上沿着螺杆轴向运动，传感器夹持机构22和水平螺套23在水平支撑板10的上端面的轴向运动带动传感器24在水平支撑板10的运动，传感器24的插针首先通过刮土器26上面的传感器插针出入孔48，然后进入盛土容器3上的径向贯穿孔30，从而传感器24的插针进入土柱，传感器24进入土柱后，可以进行土柱入渗过程中的湿度、酸碱度（PH）、温度、盐度等参数的检测，传感器24检测到的数值传输给数据存储器，方便后期处理数据。检测完一定数量的参数之后，水平步进电机17在控制器的作用下，电机轴反转，从而带动水平螺杆21反转，从而带动传感器24从盛土容器3中的土柱中出来，传感器24插针进入土柱后，在插针上会携带土壤颗粒和水分，在传感器24从盛土容器3中出来的过程中，传感器24插针先进过刮土器26上的传感器插针出入孔48，将传感器插针携带的土壤颗粒和水分清除掉。等到传感器插针完全从盛土容器3内部完全出来后，盛土容器3底部的步进电机1在控制器的控制下转动，步进电机1的转轴转动带动安装在盛土容器3底部的土柱下底盖2的转动，土柱下底盖2会绕着轴承28在水平面内转动，土柱下底盖2带动盛土容器3在水平面内转动，直到转动到盛土容器3的筒壁其他方位的径向贯穿孔处停止；同样的，在水平步进电机17带动下，水平联轴器19和水平螺杆21转动，从而带动传感器24进入到盛土容器3内部，传感器检测完相关参数后，水平步进电机17在控制器的作用下反转，从而使传感器24从盛土容器3的土柱中出来，完成同一高度不同方位土柱入渗过程的相关参数检测。
竖直步进电机15在控制器的控制下转动，竖直步进电机15的电机轴带动竖直联轴器13的转动，竖直联轴器13的转动带动竖直螺杆9的转动，竖直螺杆9与竖直螺套11通过螺旋副连接配合，竖直螺套11与水平支撑板10固定连接，水平支撑板10的一侧与竖直支撑板8的端面相贴合，所以竖直螺杆9的旋转带动竖直螺套11和水平支撑板10在竖直方向上向下运动，固定在水平支撑板10另一侧的导杆套25也会沿着导杆5向下运动，直到水平支撑板10带动传感器24在竖直方向上向下运动，直到传感器24运动到下一高度的径向贯穿孔处，此时传感器24的插针与盛土容器3上的径向贯穿孔30轴对齐；然后重复上述的水平位置检测过程，就能实现这一高度不同方位土柱入渗相关参数的检测，不断重复上述的过程，就能实现不同高度、不同方位土柱入渗过程中相关参数的检测。
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、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；
3、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；
4、该装置专门设置了可更换传感器的传感器夹持机构，通过更换传感器类型，实现不同要求的土柱入渗过程中相关指标的检测，适用性强；
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是本发明室内检测装置结构示意图；
图3是本发明步进电机结构示意图；
图4是本发明步进电机与轴承连接结构示意图；
图5是本发明土柱支座结构示意图；
图6是本发明步进电机与土柱支座连接结构示意图；
图7是本发明步进电机、轴承与土柱支座连接结构示意图；
图8是本发明土柱下底盖的结构示意图；
图9是本发明步进电机、土柱下底盖和土柱支座的结构示意图；
图10是本发明土柱下底盖和盛土容器的结构示意图；
图11是本发明土柱下底盖、轴承和盛土容器的连接结构示意图；
图12是本发明步进电机、土柱下底盖、盛土容器和土柱支座的结构示意图；
图13是本发明螺杆的结构示意图；
图14是本发明竖直螺套的结构示意图；
图15是本发明螺杆和竖直螺套的结构示意图；
图16是本发明竖直轴承座Ⅰ结构示意图；
图17是本发明螺杆和竖直轴承座Ⅰ、竖直轴承座Ⅱ的结构示意图；
图18是本发明竖直联轴器的结构示意图；
图19是本发明竖直步进电机的结构示意图；
图20是本发明步竖直步进电机支撑座结构示意图；
图21是本发明竖直步进电机和竖直步进电机支撑座的结构示意图；
图22是本发明竖直步进电机及相关部件连接结构示意图；
图23是本发明竖直支撑板结构示意图；
图24是本发明竖直步进电机及相关部件和竖直支撑板的结构示意图；
图25是本发明传感器结构示意图；
图26是本发明传感器夹持机构结构示意图；
图27是本发明传感器、传感器夹持机构和水平螺套的结构示意图；
图28是本发明水平支撑板结构示意图；
图29是本发明导杆套结构示意图；
图30是本发明水平步进电机及相关部件和水平支撑板的连接结构示意图；
图31是本发明刮土器结构示意图；
图32是本发明水平步进电机及相关部件连接结构示意图；
图33是本发明竖直和水平方向运动组件连接结构示意图；
图34是本发明上顶座结构示意图；
图35是本发明导杆结构示意图；
图36是本发明下底座结构示意图；
图37是本发明上顶座、下底座、导杆和竖直支撑板的连接结构示意图；
图中：1-步进电机，2-土柱下底盖，3-盛土容器，4-土柱支座，5-导杆，6-下底座，7-竖直轴承座Ⅰ，8-竖直支撑板，9-竖直螺杆，10-水平支撑板，11-竖直螺套，12-竖直轴承座Ⅱ，13-竖直联轴器，14-竖直步进电机支撑座，15-竖直步进电机，16-上顶座，17-水平步进电机，18-水平步进电机支撑座，19-水平联轴器，20-水平轴承座，21-水平螺杆，22-传感器夹持机构，23-水平螺套，24-传感器，25-导杆套，26-刮土器，27-通孔，28-轴承，29-空心轴，30-径向贯穿孔，31-螺纹孔，32-推力球轴承，33-内螺孔，34-贯穿通孔，35-支撑座贯穿通孔，36-竖直螺纹孔，37-支撑座安装孔，38-轴承座安装孔Ⅰ，39-轴承座安装孔Ⅱ，40-水平螺纹孔，41-定位螺纹孔，42-传感器安装孔，43-水平螺杆安装孔，44-水平支撑板螺套安装孔，45-导杆套安装孔，46-刮土器安装孔，47-滚珠，48-传感器插针出入孔，49-安装通孔，50-上顶座安装通孔，51-导杆安装孔，52-下底座安装孔。
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、13-35、37所示，本土柱入渗过程多指标检测装置包括导杆5、下底座6、竖直轴承座Ⅰ7、竖直支撑板8、竖直螺杆9、水平支撑板10、竖直螺套11、竖直轴承座Ⅱ12、竖直联轴器13、竖直步进电机支撑座14、竖直步进电机15、上顶座16、水平步进电机17、水平步进电机支撑座18、水平联轴器19、水平轴承座20、水平螺杆21、传感器夹持机构22、水平螺套23、传感器24、导杆套25、刮土器26；
所述竖直支撑板8下端安装在下底座6的一侧，竖直支撑板8上安装有竖直轴承座Ⅰ7、竖直轴承座Ⅱ12和竖直步进电机支撑座14，竖直螺杆9一端安装在竖直轴承座Ⅰ7上，另一端安装在竖直轴承座Ⅱ12上，竖直步进电机15安装在竖直步进电机支撑座14上，竖直螺杆9和竖直步进电机15通过竖直联轴器13连接，竖直螺套11套装在竖直螺杆9上并固定在水平支撑板10的一端端面上；水平支撑板10上安装有水平步进电机支撑座18和两个水平轴承座20，水平螺杆21两端分别安装在两个水平轴承座20上，水平步进电机17安装在水平步进电机支撑座18上，水平步进电机17和水平螺杆21通过水平联轴器19连接；传感器夹持机构22套装在水平螺杆21上并位于两个水平轴承座20间，水平螺套23套装在水平螺杆21上并固定在传感器夹持机构22上，传感器夹持机构22上安装有传感器24；水平支撑板10的另一端安装有刮土器26和导杆套25，导杆套25内安装有导杆5，导杆5下端安装在下底座6上，导杆5上端安装在上顶座16一端，上顶座16的另一端安装在竖直支撑板8的顶部；
其中所述竖直步进电机支撑座14为相互垂直的两面板组成，一个板上面用来安装竖直步进电机15，另一个板上设有支撑座贯穿通孔35，支撑座贯穿通孔35通过螺栓与竖直支撑板8上的支撑座安装孔37相配合；竖直轴承座Ⅰ7上的安装孔通过螺栓与竖直支撑板8上的轴承座安装孔Ⅱ39相配合，竖直轴承座Ⅱ12上的安装孔通过螺栓与竖直支撑板8上的轴承座安装孔Ⅰ38相配合；所述竖直支撑板8下端设有水平螺纹孔40，水平螺纹孔40通过螺钉与下底座6的一侧连接固定，竖直支撑板8上端设有竖直螺纹孔36，竖直螺纹孔36通过螺钉与上顶座16一侧的上顶座安装通孔50相配合；
所述竖直螺套11内部开有贯穿的内螺孔33，内螺孔33中的内螺纹与竖直螺杆9的外螺纹相配合，竖直轴承座Ⅰ7和竖直支撑座Ⅱ12内设有推力球轴承32，竖直螺杆9的一端安装在竖直轴承座Ⅰ7的推力球轴承32内，另一端安装在竖直支撑座Ⅱ12的推力球轴承内；竖直螺套11上开有若干贯穿通孔34，贯穿通孔34通过螺钉与水平支撑板10连接；
所述水平支撑板10上设有水平支撑板螺套安装孔44，水平支撑板螺套安装孔44与竖直螺杆9上的竖直螺套11通过螺钉连接；水平步进电机支撑座18、水平轴承座20与水平支撑板10的连接方式和竖直步进电机支撑座14、竖直轴承座Ⅰ7和竖直轴承座Ⅱ12与竖直支撑板8的连接方式类似；水平步进电机17、水平联轴器19和水平轴承座20的连接方式与竖直步进电机15、竖直联轴器13、竖直轴承座Ⅰ7和竖直轴承座Ⅱ12的连接方式类似；
所述传感器夹持机构22上开有传感器安装孔42、水平螺杆安装孔43，传感器24设置在传感器安装孔42中，传感器夹持机构22通过水平螺杆安装孔43套装在水平螺杆21上；水平螺套23通过螺钉固定在传感器夹持机构22上，传感器夹持机构22的下端面与水平支撑板10的上端面相贴合，传感器夹持机构22上端面设有定位螺纹孔41，定位螺纹孔41为竖直贯穿到传感器安装孔42的螺纹孔，通过螺钉来定位传感器位置；
所述导杆套25为空心圆柱体，圆柱体的外圆周面与水平支撑板10上的导杆套安装孔45的内圆周面相配合，圆柱体的内圆周面上相对的两侧轴向开有槽，槽内设有滚珠47，滚珠47与导杆5的外圆周面相配合，导杆5的顶端安装在上顶座16的导杆安装孔51内，导杆5的底端安装在下底座6上的导杆安装孔内；
所述刮土器26为一薄片，其下部设有安装通孔49，安装通孔49通过螺钉与水平支撑板10一侧的刮土器安装孔46相配合，刮土器26上部开有传感器插针出入孔48，传感器插针出入孔48与传感器24的插针相配合。
上述装置在室外进行原状土土柱入渗过程相关参数的检测中，在检测土壤周围挖3个深坑，将上述3个装置固定在挖好的深坑中；使用其中1个装置进行检测时，首先启动水平步进电机17，步进电机17的电机轴开始转动，步进电机17的电机轴转动带动水平联轴器19转动，水平联轴器19的转动带动水平螺杆21的转动，水平螺杆21与水平螺套23是通过螺旋副连接配合，水平螺套23与传感器夹持机构22固定连接，传感器夹持机构22的下端面与水平支撑板10的上端面相贴合，所以传感器夹持机构22和水平螺套23在水平螺杆21转动下，在水平支撑板10的上端面上沿着螺杆轴向运动，传感器夹持机构22和水平螺套23在水平支撑板10的上端面的轴向运动带动传感器24在水平支撑板10的运动，传感器24的插针首先通过刮土器26上面的传感器插针出入孔48进入待检测土柱中，传感器24进入土柱后，可以进行土柱入渗过程中的湿度、酸碱度（PH）、温度、盐度等参数的检测，传感器24检测到的数值传输给数据存储器，方便后期处理数据。检测完一定数量的参数之后，水平步进电机17在控制器的作用下，电机轴反转，从而带动水平螺杆21反转，从而带动传感器24从土柱中出来，传感器24插针进入土柱后，在插针上会携带土壤颗粒和水分，在传感器24从土柱中出来的过程中，传感器24插针先进过刮土器26上的传感器插针出入孔48，将传感器插针携带的土柱颗粒和水分清除掉，完成一个高度的检测；
然后竖直步进电机15在控制器的控制下转动，竖直步进电机15的电机轴带动竖直联轴器13的转动，竖直联轴器13的转动带动竖直螺杆9的转动，竖直螺杆9与竖直螺套11通过螺旋副连接配合，竖直螺套11与水平支撑板10固定连接，水平支撑板10的一侧与竖直支撑板8的端面相贴合，所以竖直螺杆9的旋转带动竖直螺套11和水平支撑板10在竖直方向上向下运动，固定在水平支撑板10另一侧的导杆套25也会沿着导杆5向下运动，直到水平支撑板10带动传感器24在竖直方向上向下运动，直到传感器24运动到下一高度处，此时传感器24的插针将插入土柱中，重复上述的水平位置检测过程，就能实现这一高度的土柱入渗相关参数的检测；同一方位不同高度的检测完成后，使用另外2个装置进行另外两个不同方位、不同高度的测量，即可获得待测土柱3个方位、若干高度的测量数据。
实施例2：如图2-37所示，本土柱入渗过程多指标检测装置包括42步进电机1、土柱下底盖2、盛土容器3、土柱支座4、导杆5、下底座6、竖直轴承座Ⅰ7、竖直支撑板8、竖直螺杆9、水平支撑板10、竖直螺套11、竖直轴承座Ⅱ12、竖直联轴器13、竖直步进电机支撑座14、竖直步进电机15、上顶座16、水平步进电机17、水平步进电机支撑座18、水平联轴器19、水平轴承座20、水平螺杆21、传感器夹持机构22、水平螺套23、传感器24、导杆套25、刮土器26；
所述42步进电机1安装在土柱支座4下部，土柱支座4安装在地面上，土柱下底盖2安装在土柱支座4上，步进电机1通过轴承28与土柱下底盖2连接并带动其转动，盛土容器3安装在土柱下底盖2上；下底座6安装在地面上，竖直支撑板8下端安装在下底座6的一侧，竖直支撑板8上安装有竖直轴承座Ⅰ7、竖直轴承座Ⅱ12和竖直步进电机支撑座14，竖直螺杆9一端安装在竖直轴承座Ⅰ7上，另一端安装在竖直轴承座Ⅱ12上，竖直步进电机15安装在竖直步进电机支撑座14上，竖直螺杆9和竖直步进电机15通过竖直联轴器13连接，竖直螺套11套装在竖直螺杆9上并固定在水平支撑板10的一端端面上；水平支撑板10上安装有水平步进电机支撑座18和两个水平轴承座20，水平螺杆21两端分别安装在两个水平轴承座20上，水平步进电机17安装在水平步进电机支撑座18上，水平步进电机17和水平螺杆21通过水平联轴器19连接；传感器夹持机构22套装在水平螺杆21上并位于两个水平轴承座20间，水平螺套23套装在水平螺杆21上并固定在传感器夹持机构22上，传感器夹持机构22上安装有传感器24；水平支撑板10的另一端安装有刮土器26和导杆套25，导杆套25内安装有导杆5，导杆5下端安装在下底座6上，导杆5上端安装在上顶座16一端，上顶座16的另一端安装在竖直支撑板8的顶部。
其中所述42步进电机1上设有通孔27，土柱支座4上开有螺纹孔31，42步进电机1上的通孔27和土柱支座4上的螺纹孔31通过螺钉来连接，土柱支座4上开有贯穿的轴承安装孔，轴承28的外圆周面与土柱支座4上的轴承安装孔内圆周面紧密配合。
所述土柱下底盖2底部设有空心轴29，空心轴29外圆周面与安装在土柱支座4内部的轴承28内圈相配合，42步进电机1的转轴安装在土柱下底盖2底部的空心轴29内；
所述盛土容器3为透明的敞口圆柱体，其上开有径向贯穿孔30，径向贯穿孔30与传感器24的插针相匹配；根据测量需要在盛土容器3的筒壁上不同方位、不同高度开若干径向贯穿孔30。
所述竖直步进电机支撑座14为相互垂直的两面板组成，一个板上面用来安装竖直步进电机15，另一个板上设有支撑座贯穿通孔35，支撑座贯穿通孔35通过螺栓与竖直支撑板8上的支撑座安装孔37相配合；竖直轴承座Ⅰ7上的安装孔通过螺栓与竖直支撑板8上的轴承座安装孔Ⅱ39相配合，竖直轴承座Ⅱ12上的安装孔通过螺栓与竖直支撑板8上的轴承座安装孔Ⅰ38相配合；所述竖直支撑板8下端设有水平螺纹孔40，水平螺纹孔40通过螺钉与下底座6的一侧连接固定，竖直支撑板8上端设有竖直螺纹孔36，竖直螺纹孔36通过螺钉与上顶座16一侧的上顶座安装通孔50相配合；
所述竖直螺套11内部开有贯穿的内螺孔33，内螺孔33中的内螺纹与竖直螺杆9的外螺纹相配合，竖直轴承座Ⅰ7和竖直支撑座Ⅱ12内设有推力球轴承32，竖直螺杆9的一端安装在竖直轴承座Ⅰ7的推力球轴承32内，另一端安装在竖直支撑座Ⅱ12的推力球轴承内；竖直螺套11上开有若干贯穿通孔34，贯穿通孔34通过螺钉与水平支撑板10连接；
所述水平支撑板10上设有水平支撑板螺套安装孔44，水平支撑板螺套安装孔44与竖直螺杆9上的竖直螺套11通过螺钉连接；水平步进电机支撑座18、水平轴承座20与水平支撑板10的连接方式和竖直步进电机支撑座14、竖直轴承座Ⅰ7和竖直轴承座Ⅱ12与竖直支撑板8的连接方式类似；水平步进电机17、水平联轴器19和水平轴承座20的连接方式与竖直步进电机15、竖直联轴器13、竖直轴承座Ⅰ7和竖直轴承座Ⅱ12的连接方式类似；
所述传感器夹持机构22上开有传感器安装孔42、水平螺杆安装孔43，传感器24设置在传感器安装孔42中，传感器夹持机构22通过水平螺杆安装孔43套装在水平螺杆21上；水平螺套23通过螺钉固定在传感器夹持机构22上，传感器夹持机构22的下端面与水平支撑板10的上端面相贴合，传感器夹持机构22上端面设有定位螺纹孔41，定位螺纹孔41为竖直贯穿到传感器安装孔42的螺纹孔，通过螺钉来定位传感器位置；
所述导杆套25为空心圆柱体，圆柱体的外圆周面与水平支撑板10上的导杆套安装孔45的内圆周面相配合，圆柱体的内圆周面上相对的两侧轴向开有槽，槽内设有滚珠47，滚珠47与导杆5的外圆周面相配合，导杆5的顶端安装在上顶座16的导杆安装孔51内，导杆5的底端安装在下底座6上的导杆安装孔内；
所述刮土器26为一薄片，其下部设有安装通孔49，安装通孔49通过螺钉与水平支撑板10一侧的刮土器安装孔46相配合，刮土器26上部开有传感器插针出入孔48，传感器插针出入孔48与传感器24的插针相配合。
所述下底座6上设有若干下底座安装孔52，通过螺钉定位在地面上。
当要对非原状土柱进行入渗过程中的指标进行检测时，先在盛土容器3内装一定条件的土壤，调节水平支撑板10的位置，使安装在水平支撑板10上面的传感器24的插针与盛土容器3上的径向贯穿孔30轴对齐，往盛土容器3内部按照一定速度注入一定量的水。
在开始检测时，首先启动水平步进电机17，步进电机17的电机轴开始转动，步进电机17的电机轴转动带动水平联轴器19转动，水平联轴器19的转动带动水平螺杆21的转动，水平螺杆21与水平螺套23是通过螺旋副连接配合，水平螺套23与传感器夹持机构22固定连接，传感器夹持机构22的下端面与水平支撑板10的上端面相贴合，所以传感器夹持机构22和水平螺套23在水平螺杆21转动下，在水平支撑板10的上端面上沿着螺杆轴向运动，传感器夹持机构22和水平螺套23在水平支撑板10的上端面的轴向运动带动传感器24在水平支撑板10的运动，传感器24的插针首先通过刮土器26上面的传感器插针出入孔48，然后进入盛土容器3上的径向贯穿孔30，从而传感器24的插针进入土柱，传感器24进入土柱后，可以进行土柱入渗过程中的湿度、酸碱度（PH）、温度、盐度等参数的检测，传感器24检测到的数值传输给数据存储器，方便后期处理数据。检测完一定数量的参数之后，水平步进电机17在控制器的作用下，电机轴反转，从而带动水平螺杆21反转，从而带动传感器24从盛土容器3中的土柱中出来，传感器24插针进入土柱后，在插针上会携带土壤颗粒和水分，在传感器24从盛土容器3中出来的过程中，传感器24插针先进过刮土器26上的传感器插针出入孔48，将传感器插针携带的土壤颗粒和水分清除掉。等到传感器插针完全从盛土容器3内部完全出来后，盛土容器3底部的步进电机1在控制器的控制下转动，步进电机1的转轴转动带动安装在盛土容器3底部的土柱下底盖2的转动，土柱下底盖2会绕着轴承28在水平面内转动，土柱下底盖2带动盛土容器3在水平面内转动，直到转动到盛土容器3的筒壁其他方位的径向贯穿孔处停止；同样的，在水平步进电机17带动下，水平联轴器19和水平螺杆21转动，从而带动传感器24进入到盛土容器3内部，传感器检测完相关参数后，水平步进电机17在控制器的作用下反转，从而使传感器24从盛土容器3的土柱中出来，完成同一高度不同方位土柱入渗过程的相关参数检测。
竖直步进电机15在控制器的控制下转动，竖直步进电机15的电机轴带动竖直联轴器13的转动，竖直联轴器13的转动带动竖直螺杆9的转动，竖直螺杆9与竖直螺套11通过螺旋副连接配合，竖直螺套11与水平支撑板10固定连接，水平支撑板10的一侧与竖直支撑板8的端面相贴合，所以竖直螺杆9的旋转带动竖直螺套11和水平支撑板10在竖直方向上向下运动，固定在水平支撑板10另一侧的导杆套25也会沿着导杆5向下运动，直到水平支撑板10带动传感器24在竖直方向上向下运动，直到传感器24运动到下一高度的径向贯穿孔处，此时传感器24的插针与盛土容器3上的径向贯穿孔30轴对齐；然后重复上述的水平位置检测过程，就能实现这一高度不同方位土柱入渗相关参数的检测，不断重复上述的过程，就能实现不同高度、不同方位土柱入渗过程中相关参数的检测。
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 (10)
1.一种土柱入渗过程多指标检测装置，其特征在于：包括导杆（5）、下底座（6）、竖直轴承座Ⅰ（7）、竖直支撑板（8）、竖直螺杆（9）、水平支撑板（10）、竖直螺套（11）、竖直轴承座Ⅱ（12）、竖直联轴器（13）、竖直步进电机支撑座（14）、竖直步进电机（15）、上顶座（16）、水平步进电机（17）、水平步进电机支撑座（18）、水平联轴器（19）、水平轴承座（20）、水平螺杆（21）、传感器夹持机构（22）、水平螺套（23）、传感器（24）、导杆套（25）、刮土器（26）；
所述竖直支撑板（8）下端安装在下底座（6）的一侧，竖直支撑板（8）上安装有竖直轴承座Ⅰ（7）、竖直轴承座Ⅱ（12）和竖直步进电机支撑座（14），竖直螺杆（9）一端安装在竖直轴承座Ⅰ（7）上，另一端安装在竖直轴承座Ⅱ（12）上，竖直步进电机（15）安装在竖直步进电机支撑座（14）上，竖直螺杆（9）和竖直步进电机（15）通过竖直联轴器（13）连接，竖直螺套（11）套装在竖直螺杆（9）上并固定在水平支撑板（10）的一端端面上；水平支撑板（10）上安装有水平步进电机支撑座（18）和两个水平轴承座（20），水平螺杆（21）两端分别安装在两个水平轴承座（20）上，水平步进电机（17）安装在水平步进电机支撑座（18）上，水平步进电机（17）和水平螺杆（21）通过水平联轴器（19）连接；传感器夹持机构（22）套装在水平螺杆（21）上并位于两个水平轴承座（20）间，水平螺套（23）套装在水平螺杆（21）上并固定在传感器夹持机构（22）上，传感器夹持机构（22）上安装有传感器（24）；水平支撑板（10）的另一端安装有刮土器（26）和导杆套（25），导杆套（25）内安装有导杆（5），导杆（5）下端安装在下底座（6）上，导杆（5）上端安装在上顶座（16）一端，上顶座（16）的另一端安装在竖直支撑板（8）的顶部。
2.根据权利要求1所述的土柱入渗过程多指标检测装置，其特征在于：竖直螺套（11）中部开有贯穿的内螺孔（33），内螺孔（33）中的内螺纹与竖直螺杆（9）的外螺纹相配合，水平螺套（23）结构同竖直螺套（11）。
3.根据权利要求1所述的土柱入渗过程多指标检测装置，其特征在于：竖直轴承座Ⅰ（7）和竖直轴承座Ⅱ（12）内部设有推力球轴承（32），竖直螺杆（9）的一端安装在竖直轴承座Ⅰ（7）上的推力球轴承（32）内，另一端安装在竖直支撑座Ⅱ（12）上的推力球轴承内。
4.根据权利要求1所述的土柱入渗过程多指标检测装置，其特征在于：传感器夹持机构（22）上开有传感器安装孔（42）、水平螺杆安装孔（43），传感器（24）设置在传感器安装孔（42）中，传感器夹持机构（22）通过水平螺杆安装孔（43）套装在水平螺杆（21）上。
5.根据权利要求1所述的土柱入渗过程多指标检测装置，其特征在于：导杆套（25）为空心圆柱体，圆柱体的内圆周面上相对的两侧轴向开有槽，槽内设有滚珠（47），滚珠（47）与导杆（5）的外圆周面相配合。
6.根据权利要求1所述的土柱入渗过程多指标检测装置，其特征在于：刮土器（26）为一薄片，刮土器（26）上部开有传感器插针出入孔（48），传感器插针出入孔（48）与传感器（24）的插针相配合。
7.权利要求1-6中任一项所述的土柱入渗过程多指标检测装置，其特征在于：装置还包括步进电机（1）、土柱下底盖（2）、盛土容器（3）、土柱支座（4），步进电机（1）安装在土柱支座（4）下部，土柱下底盖（2）安装在土柱支座（4）上，步进电机（1）通过轴承（28）与土柱下底盖（2）连接并带动其转动，盛土容器（3）安装在土柱下底盖（2）上。
8.根据权利要求7所述的土柱入渗过程多指标检测装置，其特征在于：土柱支座（4）上开有贯穿的轴承安装孔，轴承（28）的外圆周面与土柱支座（4）上的轴承安装孔内圆周面紧密配合。
9.根据权利要求7所述的土柱入渗过程多指标检测装置，其特征在于：土柱下底盖（2）底部设有空心轴（29），空心轴（29）外圆周面与安装在土柱支座（4）内部的轴承（28）内圈相配合，步进电机（1）的转轴安装在土柱下底盖（2）底部的空心轴（29）内。
10.根据权利要求7所述的土柱入渗过程多指标检测装置，其特征在于：盛土容器（3）为透明的敞口圆柱体，其上开有径向贯穿孔（30），径向贯穿孔（30）与传感器（24）的插针相匹配。
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