CN105738251A - 用γ射线野外连续扫描测试土柱剖面容重的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用γ射线野外连续扫描测试土柱剖面容重的装置和方法。包括主机外壳和测试部件、土柱样品盛放管、传动机构和电源，土柱样品盛放管水平固定安装在主机外壳的中空空间内，主机外壳左右其中一侧的侧面面板设有进样孔，进样孔与土柱样品盛放管同轴相通，测试部件包括安装到支架板的γ射线源和多通道射线测试器，支架板通过传动机构活动安装在背面面板，传动机构带动支架板沿土柱样品盛放管轴向方向水平移动，电源分别与γ射线源、多通道射线测试器和传动机构连接。本发明实现了对野外打钻获取的圆柱状土柱剖面连续进行扫描测试获得γ射线穿透率，能够快速估算土壤容量数据，实现野外土柱剖面不同深度容重的连续快速测试。

Description

用γ射线野外连续扫描测试土柱剖面容重的装置和方法

技术领域

本发明涉及一种测试土柱的装置和方法，尤其是涉及了一种用γ射线野外连续扫描测试土柱剖面容重的装置和方法，可用于对野外打钻获取的圆柱状土柱剖面利用便携型双能级伽玛射线源进行连续扫描测试。

背景技术

土壤容重是指土壤在自然结构状态下，单位体积的干土重量，计量单位是g/cm³。土壤容重直接反映出土壤的松紧程度和结构状况，对于土壤的透气性、入渗性能、持水能力、溶质迁移特征以及土壤抗侵蚀能力具有非常大的影响，是衡量土壤肥力高低的一个重要的辅助标准，在农业和林业生产中具有重要的应用意义。

传统的土壤容重测试方法中，首先要测定土壤中的水分，而测定水分常用的方法为烘干法，会破坏原状土，而且耗时较长(王贵连,苗党生.浅谈土壤容重的测定.北京农业,2012,03:86.)，而中子仪法虽能实现连续监测，但室内外曲线差异较大、垂直分辨率较差、表层测量困难，且设备价格昂贵，还容易危害人体健康(祝艳涛,钱天伟,但德忠.时域反射仪结合土钻法测定土壤容重.资源开发与市场,2006,03:213-215,219.)。已有的公开文献表明，国内有科技工作者运用γ射线来测量土壤水分(熊运章,林性粹,董家伦,沈定言.伽马透射法在土壤水分动态研究中的应用及其改进.西北农林科技大学学报(自然科学版),1981,01:23-34.)、径流含沙量(雷廷武,赵军,袁建平,王辉,刘清坤.利用γ射线透射法测量径流含沙量及算法.农业工程学报,2002,01:18-21,13.)和土壤密度(常冬梅,郭红霞,林东生.双能γ射线穿透法测量土壤密度和水含量.核电子学与探测技术,1998,05:56-59.)的研究，但上述各种研究源于各种主客观条件，难以满足现代精准农业发展对土壤理化参数快速测试和制图的需求。

发明内容

本发明的目的在于针对现有土壤容重室内测试费时、费力、周期长的缺陷，提供一种用γ射线野外连续扫描测试土柱剖面容重的装置和方法。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一、一种用γ射线野外连续扫描测试土柱剖面容重的装置：

装置包括主机外壳和安装在主机外壳上的测试部件、用于盛装土柱剖面样品的土柱样品盛放管、传动机构和电源，主机外壳包括分别围在六面周围形成内部中空空间的上盖、前面板、背面面板、底部面板、左侧面面板和右侧面面板，底部面板底面四角均安装在主机脚，主机外壳通过四个主机脚支撑在地面；土柱样品盛放管水平固定安装在主机外壳的中空空间内，主机外壳左右其中一侧的侧面面板设有用于套装土柱剖面套管的进样孔，进样孔与土柱样品盛放管同轴相通；测试部件包括安装到支架板的γ射线源和多通道射线测试器，γ射线源和多通道射线测试器分别对称地位于土柱样品盛放管的正上方和正下方；

支架板通过传动机构活动安装在背面面板，传动机构带动支架板沿土柱样品盛放管轴向方向水平移动，电源分别与γ射线源、多通道射线测试器和传动机构连接。

所述的传动机构包括步进电机及其传动轴、上传动丝杆、下传动丝杆、齿条皮带和导轨，步进电机固定安装在右侧面面板，步进电机的传动轴的正上方和正下方分别设有水平的上传动丝杆和下传动丝杆，传动轴经齿条皮带分别与上传动丝杆和下传动丝杆的一端传动连接，上传动丝杆和下传动丝杆的另一端穿过右侧面面板后与支架板螺纹连接形成丝杠螺母副，导轨水平通过六个固定螺丝固定安装在所述背面面板内壁，支架板后侧面设有燕尾槽，导轨嵌入燕尾槽中使得上、下传动丝杆在步进电机驱动下带动支架板沿导轨水平移动。

所述的γ射线源通过射线源固定螺丝水平安装在射线源固定底座的底面，射线源固定底座水平固定安装在支架板的上部，射线源电源线和射线源控制线通过接口接入γ射线源；

所述的多通道射线测试器通过测试器固定螺丝水平安装在测试器固定底座的顶面，测试器固定底座水平固定安装在支架板的下部，测试器信号线与测试器电源线通过接口接入多通道射线测试器。

所述的土柱样品盛放管和土柱剖面套管采用透明PVC塑料制成。

所述的电源采用可充电锂锂子电池，电源设有电源开关，电源的供电线连接到γ射线源、多通道射线测试器和步进电机进行电能供给。

所述的γ射线源采用便携型双能级γ射线源。

二、一种用γ射线野外连续扫描测试土柱剖面容重的方法：

1)装载土柱剖面套管：土柱剖面套管带有刻度并且0刻度线位于左端，土柱剖面套管中空未装有土柱剖面样品，土柱剖面套管通过右侧面面板上的圆形进样孔装入土柱样品盛放管中，土柱剖面套管左端贴近左侧面面板表面；

2)数据测试：控制步进电机转动，将固定有γ射线源和多通道射线测试器两个测试部件的支架板移动到最左端位置，使得γ射线源的射线发射工作窗口朝下正下方并对准土柱剖面套管0刻度处；

3)打开γ射线源和多通道射线测试器，γ射线源发射伽马射线进行工作，多通道射线测试器开始计数，控制步进电机使测试部件沿土柱样品盛放管水平轴向方向匀速朝右移动并同时进行辐照扫描；

4)由多通道射线测试器的测试数据获得中空的土柱剖面套管和土柱样品盛放管的伽马射线穿透率；

5)土柱剖面容重测试：

将土柱剖面样品装入土柱剖面套管后，再通过右侧面面板上的圆形进样孔装入土柱样品盛放管中，重复上述第2)步到第3)步，获得装满土柱剖面样品的土柱剖面套管和土柱样品盛放管的伽马射线穿透率；

6)由根据伽马射线穿透率与土壤容重关系已建立的土壤容重估算模型，获得所述土柱剖面样品的容重。

所述的土壤容重估算模型具体采用以下方式获得：采用γ射线源和多通道射线测试器依次对已知土壤容重的土柱剖面样品、中空的土柱剖面套管和中空的土柱样品盛放管进行伽马射线穿透率扫描测试，γ射线源采用便携型双能级γ射线源，获得上述三者的伽马射线穿透率，依据伽马射线穿透率与土壤容重的关系建立获得土壤容重估算模型，进而实现基于伽马射线穿透率的土壤容重估算。

在本发明装置工作过程中，圆柱形透明PVC土柱剖面套管和圆柱形透明PVC土柱样品盛放管的材质是PVC塑料，长度相等，质地均匀，前者直接套装在后者之内。因此可以认为，在本发明装置工作过程中，对于同一种能级的伽马射线源，圆柱形透明PVC土柱剖面套管和圆柱形透明PVC土柱样品盛放管的伽马射线穿透率是基本保持不变的，是一个常数，可以通过事先测试空的圆柱形透明PVC土柱剖面套管和圆柱形透明PVC土柱样品盛放管得到。

本发明最后通过对比试验，运用预测均根方差RMSE、决定系数R²、测定值标准偏差与标准预测误差的比值RPD等三个常用的精度评价参数来进行精度评价，评价本发明装置测试获得的野外土柱剖面容重结果的精度。

本发明具有的有益效果是：

本发明装置与方法基于双能级伽马射线，能运用不同能级的便携型双能级伽马射线源在野外连续测试土柱剖面土壤容重。

本发明利用双能级伽马射线在野外现场照射采集的圆柱状土柱样品，连续扫描测试通过土柱剖面的伽马射线穿透率数据，基于穿透圆柱状土柱剖面前后伽马射线穿透率与土壤容重之间的关系建立估算模型，快速估算土柱剖面容重，从而实现在野外现场快速连续扫描测试土柱剖面的容重数据。

附图说明

图1是本发明的立体示意图。

图2是本发明的前面板和上盖板去除后内部立体结构示意图。

图3是测试部件的截面结构图。

图4是图1的右视图。

图5是图1的后视图。

图6是本发明测试所用的土柱剖面套管的刻度示意图。

图7是本发明测试所得土柱剖面容重结果的精度检验图。

图中：1、测试器信号线，2、测试器电源线，3、多通道射线测试器，4、测试器固定底座，5、底部面板，6、右侧面面板，7、第一主机脚，8、第二主机脚，9、下传动丝杆，10、齿条皮带，11、传动轴，12、上传动丝杆，13、步进电机，14、进样孔，15、圆柱状土壤样品，16、土柱样品盛放管，17、背面面板，18、支架板，19、γ射线源，20、射线源第四固定螺丝，21、射线源固定底座，22、射线源第三固定螺丝，23、射线源第一固定螺丝，24、射线源电源线，25、射线源第二固定螺丝，26、射线源控制线，27、左侧面面板，28、第三主机脚，29、第四主机脚，30、导轨，31、导轨第一固定螺丝，32、导轨第二固定螺丝，33、测试器第一固定螺丝，34、测试器第二固定螺丝，35、导轨第三固定螺丝，36、导轨第四固定螺丝，37、导轨第五固定螺丝，38、导轨第六固定螺丝，39、上盖，40、前面板，41、电源，42、供电线，43、电源开关，44、土柱剖面套管。

具体实施方式

下面结合附图和实例对本发明作进一步说明。

如图1和图2所示，本发明包括主机外壳和安装在主机外壳上的测试部件、用于盛装土柱剖面样品的土柱样品盛放管16、传动机构和电源41。主机外壳包括分别围在六面周围形成内部中空空间的上盖39、前面板40、背面面板17、底部面板5、左侧面面板27和右侧面面板6，底部面板5底面四角均安装在四个主机脚，四个主机脚分别为第一主机脚7、第二主机脚8、第三主机脚28和第四主机脚29，主机外壳通过第一主机脚7、第二主机脚8、第三主机脚28和第四主机脚29支撑在地面；土柱样品盛放管16水平固定安装在主机外壳的中空空间内，主机外壳左右其中一侧的侧面面板设有用于套装土柱剖面套管44的进样孔14，进样孔14与土柱样品盛放管16同轴相通，进样孔是圆柱状土柱剖面进入主机的通道。

如图2和图3所示，本发明的测试部件包括安装到支架板18的γ射线源19和多通道射线测试器3，γ射线源19和多通道射线测试器3分别对称地位于土柱样品盛放管16的正上方和正下方；支架板18通过传动机构活动安装在背面面板17，传动机构带动支架板18沿土柱样品盛放管16轴向方向水平移动，电源41分别与γ射线源19、多通道射线测试器3和传动机构连接。

如图2和图4所示，传动机构包括步进电机13及其传动轴11、上传动丝杆12、下传动丝杆9、齿条皮带10和导轨30，步进电机13固定安装在右侧面面板6，步进电机13的传动轴11的正上方和正下方分别设有水平的上传动丝杆12和下传动丝杆9，上传动丝杆12和下传动丝杆9与土柱样品盛放管16平行，传动轴11经齿条皮带10分别与上传动丝杆12和下传动丝杆9的一端传动连接，传动丝杆通过轴承固定在主机右侧面面板上，齿条皮带缠绕在步进电机传动轴和两根传动丝杆上，将步进电机提供的动力传递给两根传动丝杆。上传动丝杆12和下传动丝杆9的另一端穿过右侧面面板6后与支架板18螺纹连接形成丝杠螺母副，如图5所示，导轨30水平通过导轨第一固定螺丝31、导轨第二固定螺丝32、导轨第三固定螺丝35、导轨第四固定螺丝36、导轨第五固定螺丝37和导轨第六固定螺丝38固定安装在所述背面面板17内壁，支架板18后侧面设有燕尾槽，导轨30嵌入燕尾槽中使得上、下传动丝杆12、9在步进电机13驱动下带动支架板18沿导轨30水平移动。支架板通过燕尾槽连接到导轨上来回移动；两根传动丝杆分别在支架板上下两端贯穿支架板，通过螺纹螺杆传动机构将动力传递给支架板。

如图2所示，γ射线源19采用便携型双能级γ射线源，γ射线源19通过分别位于四角的第一射线源固定螺丝23、第二射线源固定螺丝25、第三射线源固定螺丝22和第四射线源固定螺丝20水平安装在射线源固定底座21的底面，射线源固定底座21水平固定安装在支架板18的上部，射线源电源线24和射线源控制线26通过接口接入γ射线源19。

如图2所示，多通道射线测试器3通过测试器第一固定螺丝33和测试器第二固定螺丝34水平安装在测试器固定底座4的顶面，测试器固定底座4水平固定安装在支架板18的下部，测试器信号线1与测试器电源线2通过接口接入多通道射线测试器3。

具体实施中的土柱样品盛放管16和土柱剖面套管44采用透明PVC塑料制成。

具体实施中的电源41采用高容量的可充电锂锂子电池，电源41设有电源开关43，电源41的供电线42连接到γ射线源19、多通道射线测试器3和步进电机13进行电能供给。

装置的测试过程是将装有土柱剖面样品的圆柱形透明PVC的土柱剖面套管44经右侧面面板上的进样孔中放入圆柱形透明PVC的土柱样品盛放管16，使之位于便携型双能级γ射线源19和多通道射线测试器3连线的中间，连接射线源控制线、射线源电源线、测试器信号线和测试器电源线，使便携型双能级γ射线源发射出的γ射线能穿过土柱剖面套管44、土柱样品盛放管16和土柱样品的圆柱形土柱剖面到达多通道射线测试器，从而获取γ射线穿过圆柱形土柱样品后的γ射线穿透率数据，通过步进电机、传动丝杆和齿条皮带的驱动作用，使固定在支架板的γ射线源19与多通道射线测试器3沿着导轨向右移动，从而连续获得土柱剖面样品其土柱剖面不同深度位置的γ射线穿透率数据。

本发明的具体实施方式如下：

1)装载透明圆柱形PVC土柱剖面套管44：

如图6所示，土柱剖面套管44带有刻度并且0刻度线位于左端，土柱剖面套管44中空未装有土柱剖面样品，土柱剖面套管44通过右侧面面板6上的圆形进样孔14水平移入透明圆柱形PVC土柱样品盛放管16中，使透明圆柱形土柱剖面套管43最左端最大限度的接近本发明装置左侧板27内表面；

2)数据测试：

打开电源开关，给步进电机13供电，控制步进电机13转动，将固定有γ射线源19和多通道射线测试器3两个测试部件的支架板18移动到最左端位置，使得γ射线源19的射线发射工作窗口朝下正下方并对准土柱剖面套管440刻度处；

3)打开便携型双能级伽马射线源19和多通道射线测试器3的电源，给予足够的通电预热时间，使两者工作性能达到最佳状态；

4)控制便携型双能级伽马射线源19处于工作状态，多通道射线测试器3开始计数，控制步进电机13使测试部件沿土柱样品盛放管16水平轴向方向匀速朝右移动并同时进行辐照扫描；

4由多通道射线测试器3的测试数据获得中空的土柱剖面套管44和土柱样品盛放管16的伽马射线穿透率，保存在电脑硬盘中；

具体实施中PVC管的伽马射线穿透率具体采用以下方式测试获得：

假设γ射线过空的圆柱形透明PVC土柱剖面套管44和圆柱形透明PVC土柱样品盛放管16前后的能量值为别为I_0v和I_v，有如下等式成立：

$I_v=I_{0v}{e}^{{\mathrm{\μ}}_v{\mathrm{\ρ}}_v*L_v}---\left(1\right)$

由式(1)转换得到下式(2)：

A＝ln(I_0v/I_v)＝μ_vρ_v*L_v(2)

式中，A为γ射线穿透率I_0v/I_v的自然对数，I_0v和I_v分别为γ射线穿过两个空的PVC管前后的伽马射线强度，μ_v为PVC材料的质量衰减系数(cm²/g)，ρ_v为PVC材料的单位体积重量(g/cm²),L_v为圆柱形透明PVC土柱剖面套管44和圆柱形透明PVC土柱样品盛放管16的管壁厚度之和的2倍(cm)。在本发明装置中，圆柱形透明PVC土柱剖面套管44是直接套装在圆柱形透明PVC土柱样品盛放管16的内部，长度相等，材质是PVC塑料，质地均匀。因此可以认为，在本发明装置工作过程中，对于同一种能级的伽马射线源，圆柱形透明PVC土柱剖面套管44和圆柱形透明PVC土柱样品盛放管16的伽马射线穿透率是基本保持不变的，是一个常数，可通过事先测试空的圆柱形透明PVC土柱剖面套管44和圆柱形透明PVC土柱样品盛放管16得到，其自然对数现设定为A，见式(2)。

5)土柱剖面容重测试：由AMS分离式土壤柱状采样钻头在浙江省水稻产区野外田间现场打钻获得若干土柱剖面样品，土壤类型为红壤。将土柱剖面样品装入土柱剖面套管44后，再通过右侧面面板6上的圆形进样孔14装入土柱样品盛放管16中，重复上述第2步到第3步，获得装满土柱剖面样品的土柱剖面套管44和土柱样品盛放管16的伽马射线穿透率，保存在电脑硬盘中；

6)由根据伽马射线穿透率与土壤容重关系已建立的土壤容重估算模型，获得所述土柱剖面样品的容重，具体方式如下：

假设伽马射线穿过圆柱形透明PVC土柱剖面套管44、圆柱形透明PVC土柱样品盛放管16和土柱剖面样品15前后的射线强度为I₀和I，有如下等式成立：

$I=I_0{e}^{({\mathrm{\μ}}_s{\mathrm{\ρ}}_s+{\mathrm{\μ}}_w{\mathrm{\ρ}}_w)*L+{\mathrm{\μ}}_v{\mathrm{\ρ}}_v*L_v}---\left(3\right)$

由式(3)结合式(2)，得到下式(4)：

ln(I₀/I)＝μ_sρ_s*L+μ_wρ_w*L+A(4)

式(3)和(4)中，I₀/I为伽马射线穿过土壤样品和两个PVC管的穿透率，μ_s、μ_w、分别为土壤、水的质量衰减系数(cm²/g)，ρ_s、ρ_w分别为土壤、水的单位体积重量(g/cm²),L为土柱样品的直径(cm)，L_v和A同式(2)。

变换式(4)，得到式(5)：

μ_sρ_s+μ_wρ_w＝((ln(I₀/I)-A)/L(5)

式(5)中，A的含义同式(2)，μ_s、μ_w、ρ_s和ρ_w含义和式(4)的一致。本发明采用¹³⁷Cs和²⁴¹Am(¹³⁷Cs射线源工作时能辐射662keV的γ射线窄束，²⁴¹Am射线源工作时能辐射60keV的γ射线窄束)作为便携型双能级伽马射线源19，同时对依次套装在圆柱形透明PVC土柱样品盛放管、圆柱形透明PVC土柱剖面套管中的土柱剖面样品进行扫描测试，则式(5)分别转换为式(6)和(7):

μ_sCsρ_s+μ_wCsρ_w＝(ln(I_0Cs/I_Cs)-A_Cs)/L(6)

μ_sAmρ_s+μ_wAmρ_w＝(ln(I_0Am/I_Am)–A_Am)/L(7)

式(6)和(7)中，I_0Cs、I_Cs、I_0Am、I_Am分别为在两种伽马射线源照射下穿过圆柱形透明PVC土柱剖面套管44、圆柱形透明PVC土柱样品盛放管16和土柱剖面样品15前后的射线强度,μ_sCs、μ_wCs、μ_sAm、μ_wAm分别为在两种伽马射线源照射下土壤和水的质量衰减系数，A_Cs和A_Am为与两个PVC管相关的常量，同式(2)中的A。将(6)和(7)构成方程组，进行消元变换，得下式(8):

ρ_s＝(F*μ_wCs-E*μ_wAm)/(μ_sAm*μ_wCs-μ_wAm*μ_sCs)(8)

式中，E＝(ln(I_0Cs/I_Cs)-A_Cs)/L，F＝(ln(I_0Am/I_Am)–A_Am)/L，，A_Cs、A_Am、I_0Cs、I_Cs、I_0Am、I_Am、μ_sCs、μ_wCs、μ_sAm和μ_wAm同式(6)和(7)。μ_sCs、μ_wCs、μ_sAm和μ_wAm的取值，根据刘广山的研究成果(刘广山.中国土壤γ射线质量减弱系数.核标准计量与质量,1996,(2):14-19,47)，对于浙江省水稻土，红壤，μ_sAm一般取0.312，μ_sCs取0.0799，μ_wAm取0.205，μ_wCs取0.0894，代入式(8)，得到本发明土柱剖面土壤容重估算模型，见下式(9)：

ρ_s＝7.7650F-17.8055E(9)

式中，ρ_s为土壤容重，E和F同式(8)。

最后，实施例通过以下方式进行精度评价：上述公式(9)估算结果的精度验证主要选用决定系数(R²)、均方根误差(RMSE)以及测定值标准偏差与标准预测误差的比值RPD为评价参数，具体计算分别见公式(10)、(11)、(12)：

$R^2={\left(\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}\right(Y_i-\stackrel{\‾}{Y}\left)\right(Y_i-\stackrel{\‾}{Y}\left)\right)}^2/\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{(Y_i-\stackrel{\‾}{Y})}^2\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{(Y_i-\stackrel{\‾}{Y})}^2---\left(10\right)$

$RMSE=\sqrt{\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{(Y_i-Y_i)}^2}---\left(11\right)$

RPD＝SD/RMSE(12)

式中，Y_i是观测值，是Y_i的预测值，是观测值的平均值，是预测值的平均值，SD是观测值标准偏差，n为样本数。

通过对比试验，对土柱剖面样品不同深度位置的土壤进行取样，运用传统的土壤容重分析方法得到相应的土壤容重数据，并以此作为观察值，实施例测得的土壤容重数据作为测试值，进行精度检验，其精度检验如图7所示，结果为：R²为0.8366、RMSE为0.1497、RPD为1.6348。R²、RMSE和RPD数据和附图效果表明，本发明装置及方法测试得到的土壤容重数据具有较好的精度，具有突出显著的技术效果。

Claims (7)

1.一种用γ射线野外连续扫描测试土柱剖面容重的装置，其特征在于：包括主机外壳和安装在主机外壳上的测试部件、用于盛装土柱剖面样品的土柱样品盛放管(16)和传动机构和电源(41)；主机外壳包括分别围在六面周围形成内部中空空间的上盖(39)、前面板(40)、背面面板(17)、底部面板(5)、左侧面面板(27)和右侧面面板(6)，底部面板(5)底面四角均安装在主机脚(7、8、28、29)，主机外壳通过四个主机脚(7、8、28、29)支撑在地面；土柱样品盛放管(16)水平固定安装在主机外壳的中空空间内，主机外壳左右其中一侧的侧面面板设有用于套装土柱剖面套管(44)的进样孔(14)，进样孔(14)与土柱样品盛放管(16)同轴相通；测试部件包括安装到支架板(18)的γ射线源(19)和多通道射线测试器(3)，γ射线源(19)和多通道射线测试器(3)分别对称地位于土柱样品盛放管(16)的正上方和正下方；支架板(18)通过传动机构活动安装在背面面板(17)，传动机构带动支架板(18)沿土柱样品盛放管(16)轴向方向水平移动，电源(41)分别与γ射线源(19)、多通道射线测试器(3)和传动机构连接。

2.根据权利要求1所述的一种用γ射线野外连续扫描测试土柱剖面容重的装置，其特征在于：所述的传动机构包括步进电机(13)及其传动轴(11)、上传动丝杆(12)、下传动丝杆(9)、齿条皮带(10)和导轨(30)，步进电机(13)固定安装在右侧面面板(6)，步进电机(13)的传动轴(11)的正上方和正下方分别设有水平的上传动丝杆(12)和下传动丝杆(9)，传动轴(11)经齿条皮带(10)分别与上传动丝杆(12)和下传动丝杆(9)的一端传动连接，上传动丝杆(12)和下传动丝杆(9)的另一端穿过右侧面面板(6)后与支架板(18)螺纹连接形成丝杠螺母副，导轨(30)水平通过六个固定螺丝(31、32、35、36、37、38)固定安装在所述背面面板(17)内壁，支架板(18)后侧面设有燕尾槽，导轨(30)嵌入燕尾槽中使得上、下传动丝杆(12、9)在步进电机(13)驱动下带动支架板(18)沿导轨(30)水平移动。

3.根据权利要求1所述的一种用γ射线野外连续扫描测试土柱剖面容重的装置，其特征在于：所述的γ射线源(19)通过射线源固定螺丝(23、25、22、20)水平安装在射线源固定底座(21)的底面，射线源固定底座(21)水平固定安装在支架板(18)的上部，射线源电源线(24)和射线源控制线(26)通过接口接入γ射线源(19)；

所述的多通道射线测试器(3)通过测试器固定螺丝(33、34)水平安装在测试器固定底座(4)的顶面，测试器固定底座(4)水平固定安装在支架板(18)的下部，测试器信号线(1)与测试器电源线(2)通过接口接入多通道射线测试器(3)。

4.根据权利要求1所述的一种用γ射线野外连续扫描测试土柱剖面容重的装置，其特征在于：所述的土柱样品盛放管(16)和土柱剖面套管(44)采用透明PVC塑料制成。

5.根据权利要求1所述的一种用γ射线野外连续扫描测试土柱剖面容重的装置，其特征在于：所述的电源(41)采用可充电锂锂子电池，电源(41)设有电源开关(43)，电源(41)的供电线(42)连接到γ射线源(19)、多通道射线测试器(3)和步进电机(13)进行电能供给。

6.一种用γ射线野外连续扫描测试土柱剖面容重的方法，其特征在于采用权利要求1～5任一所述装置，具体过程如下：

1)装载透明圆柱形PVC土柱剖面套管(44)：土柱剖面套管(44)带有刻度并且0刻度线位于左端，土柱剖面套管(44)中空未装有土柱剖面样品，土柱剖面套管(44)通过右侧面面板(6)上的圆形进样孔(14)装入土柱样品盛放管(16)中，土柱剖面套管(44)左端贴近左侧面面板(27)表面；

2)数据测试：控制步进电机(13)转动，将固定有γ射线源(19)和多通道射线测试器(3)两个测试部件的支架板(18)移动到最左端位置，使得γ射线源(19)的射线发射工作窗口朝下并正下方对准土柱剖面套管(44)0刻度处；

3)打开γ射线源(19)和多通道射线测试器(3)，γ射线源(19)发射伽马射线进行工作，多通道射线测试器(3)开始计数，控制步进电机(13)使测试部件沿土柱样品盛放管(16)水平轴向方向匀速朝右移动并同时进行辐照扫描；

4)由多通道射线测试器(3)的测试数据获得中空的土柱剖面套管(44)和土柱样品盛放管(16)的伽马射线穿透率；

5)土柱剖面容重测试：将土柱剖面样品装入土柱剖面套管(44)后，再通过右侧面面板(6)上的圆形进样孔(14)装入土柱样品盛放管(16)中，重复上述第2)步到第3)步，获得装满土柱剖面样品的土柱剖面套管(44)和土柱样品盛放管(16)的伽马射线穿透率；

6)由根据伽马射线穿透率与土壤容重关系已建立的土壤容重估算模型，获得所述土柱剖面样品的容重。

7.根据权利要求1所述的一种用γ射线野外连续扫描测试土柱剖面容重的方法，其特征在于：所述的土壤容重估算模型具体采用以下方式获得：采用γ射线源(19)和多通道射线测试器(3)依次对已知土壤容重的土柱剖面样品(15)、中空的土柱剖面套管(44)和中空的土柱样品盛放管(16)进行伽马射线穿透率扫描测试，γ射线源采用便携型双能级γ射线源，获得上述三者的伽马射线穿透率，依据伽马射线穿透率与土壤容重的关系建立获得土壤容重估算模型，进而实现基于伽马射线穿透率的土壤容重估算。