CN106323764A - 原位整根固土效果测定仪 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种原位整根固土效果测定仪，其具体结构包括：位移检测装置、水平平移机构以及用于栽种植物样本的直剪盒；直剪盒包括上半部盒体(11)和下半部盒体(12)；上半部盒体(11)与下半部盒体(12)之间设有水平导轨(13)；位移检测装置包括位移传感器(31)；该位移传感器(31)用于检测上半部盒体(11)相对于下半部盒体(12)的水平位移；水平平移机构带动上半部盒体(11)沿水平导轨(13)做靠近或远离位移传感器(31)的运动，并检测该水平平移机构作用在上半部盒体(11)上的力。本发明能够方便准确地测定出原始生长状况下的植物根系对土壤抗剪切强度的增强效果，使植物固土效果的测定更加精准。

Description

原位整根固土效果测定仪
技术领域
本发明涉及植物固坡效果测定领域，尤其涉及一种原位整根固土效果测定仪。
背景技术
目前，针对植物固坡效果的研究主要集中在植物单根的抗拉拔力学特性上，其测验方法主要是将植物根系从土壤中挖出去再进行重新填装来测定其固土效果。但植物的实际根系是具有不同生长角度、不同径级分布和不同根系结构的，每种根系对土壤抗剪切强度的增强效果并不相同，因此现有的固土效果测定方法大幅高估了植物根系与土壤之间的实际键合作用，测定结果并不准确。
发明内容
为了解决现有固土效果测定方法高估了植物根系与土壤之间的实际键合作用，测定结果并不准确的技术问题，本发明提供了一种原位整根固土效果测定仪，能够方便准确地测定出原始生长状况下的植物根系对土壤抗剪切强度的增强效果，使植物固土效果的测定更加精准。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种原位整根固土效果测定仪，包括：位移检测装置、水平平移机构以及用于栽种植物样本的直剪盒；所述直剪盒包括上半部盒体11和下半部盒体12；上半部盒体11与下半部盒体12之间设有水平导轨13；所述位移检测装置包括位移传感器31；该位移传感器31用于检测上半部盒体11相对于下半部盒体12的水平位移；所述水平平移机构带动上半部盒体11沿水平导轨13做靠近或远离位移传感器31的运动，并检测该水平平移机构作用在上半部盒体11上的力。
优选地，还包括：测定仪底座4；所述直剪盒竖直放置于测定仪底座4上，并且测定仪底座4限制下半部盒体12水平移动，而上半部盒体11水平对准位移传感器31，从而使位移传感器31能检测上半部盒体11相对于下半部盒体12的水平位移。
优选地，所述的测定仪底座4上设有上半部盒体挡板42；该上半部盒体挡板42与上半部盒体11的侧壁接触，并限制上半部盒体11沿水平导轨13做靠近或远离位移传感器31的直线运动。
优选地，所述的水平平移机构包括电机底座21、电机22、丝杠螺母推进机构23、推力板24和推力传感器25；测定仪底座4上设有卡扣41，而电机底座21上设有与卡扣41配合的固定卡子211；电机底座21通过卡扣41和固定卡子211与测定仪底座4连接为一体；电机22固定在电机底座21上，并且通过丝杠螺母推进机构23与推力板24连接，从而推动推力板24做直线运动；上半部盒体11在该推力板24的作用下沿水平导轨13做靠近或远离位移传感器31的直线运动；推力传感器25设置于丝杠螺母推进机构23上，并检测该水平平移机构作用在上半部盒体11上的推力。
优选地，还包括：数据线5和数据处理设备；数据处理设备通过数据线5分别与位移传感器31和推力传感器25连接，并获取上半部盒体11相对于下半部盒体12的水平位移以及水平平移机构作用在上半部盒体11上的推力，从而计算出直剪盒内植物样本的固土效果数据。
优选地，数据处理设备通过数据线5与电机22连接，并控制电机22的运转。
优选地，所述位移检测装置还包括传感器固定桩32；传感器固定桩32设于测定仪底座4的一侧；而位移传感器31固定在传感器固定桩32上，并且正对上半部盒体11，以检测上半部盒体11相对于下半部盒体12的水平位移。
优选地，所述的下半部盒体12的底部设有垫块14。
优选地，所述的下半部盒体12的底部设有出水孔。
由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明所提供的原位整根固土效果测定仪采用直剪盒栽种植物样本，而直剪盒的上半部盒体11可以在水平平移机构的作用下产生相对于下半部盒体12的水平位移，从而可以实现直接对原始生长状况下的植物样本进行剪切，然后根据水平平移机构作用在上半部盒体11上的力以及上半部盒体11相对于下半部盒体12的水平位移就可以计算出直剪盒内所栽种植物样本的固土效果，因此本发明所提供的原位整根固土效果测定仪能够方便准确地测定出原始生长状况下的植物根系对土壤抗剪切强度的增强效果，使植物固土效果的测定更加精准。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。
图1为本发明实施例所提供的原位整根固土效果测定仪的结构示意图一。
图2为本发明实施例所提供的原位整根固土效果测定仪的结构示意图二。
图3为本发明实施例所提供的水平平移机构的结构示意图。
图4为本发明实施例所提供的直剪盒的结构示意图。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
下面对本发明所提供的原位整根固土效果测定仪进行详细描述。
实施例一
如图1、图2、图3和图4所示，一种原位整根固土效果测定仪，其具体结构包括：位移检测装置、水平平移机构以及用于栽种植物样本的直剪盒；所述直剪盒包括上半部盒体11和下半部盒体12；上半部盒体11与下半部盒体12之间设有水平导轨13；所述位移检测装置包括位移传感器31；该位移传感器31用于检测上半部盒体11相对于下半部盒体12的水平位移；所述水平平移机构带动上半部盒体11沿水平导轨13做靠近或远离位移传感器31的运动，并检测该水平平移机构作用在上半部盒体11上的力；从而根据水平平移机构作用在上半部盒体11上的力以及上半部盒体11相对于下半部盒体12的水平位移，计算出直剪盒内所栽种植物样本的固土效果。
具体地，该原位整根固土效果测定仪的各部件可以包括如下的实施方案：
(1)该原位整根固土效果测定仪还可以包括：测定仪底座4。所述直剪盒竖直放置于测定仪底座4上，并且测定仪底座4限制下半部盒体12水平移动(例如：测定仪底座4限制下半部盒体12水平移动可以包括：测定仪底座4上可以设有用于限制下半部盒体12水平移动的限位槽，所述直剪盒竖直放置于该限位槽内，从而使下半部盒体12无法水平移动)，而上半部盒体11水平对准位移传感器31，从而使位移传感器31能检测上半部盒体11相对于下半部盒体12的水平位移。在实际应用中，测定仪底座4上最好设有上半部盒体挡板42，该上半部盒体挡板42与上半部盒体11的侧壁接触，并限制上半部盒体11沿水平导轨13做靠近或远离位移传感器31的直线运动。
(2)所述的水平平移机构可以包括电机底座21、电机22、丝杠螺母推进机构23、推力板24和推力传感器25。测定仪底座4上可以设有卡扣41，而电机底座21上可以设有与卡扣41配合的固定卡子211，电机底座21通过卡扣41和固定卡子211与测定仪底座4连接为一体，从而在水平平移机构向上半部盒体11施加力时，电机底座21与测定仪底座4之间的距离不会发生变化。电机22固定在电机底座21上，并且通过丝杠螺母推进机构23与推力板24连接，从而推动推力板24做直线运动；当推力板24与上半部盒体11接触后，上半部盒体11可以在该推力板24的作用下沿水平导轨13做靠近或远离位移传感器31的直线运动。推力传感器25设置于丝杠螺母推进机构23上，并检测该水平平移机构作用在上半部盒体11上的推力。
(3)该原位整根固土效果测定仪还可以包括：数据线5和数据处理设备。数据处理设备通过数据线5分别与位移传感器31和推力传感器25连接，并获取上半部盒体11相对于下半部盒体12的水平位移以及水平平移机构作用在上半部盒体11上的推力，从而计算出直剪盒内植物样本的固土效果数据(该固土效果数据可以包括：剪切力大小(即水平平移机构作用在上半部盒体11上的力大小)、剪切位移(即上半部盒体11相对于下半部盒体12的水平位移)、剪切总时间等)。在实际应用中，数据处理设备可以通过数据线5与电机22连接，并控制电机22的运转速度和直剪盒的横切面积，从而该数据处理设备可以控制推力板24作用在上半部盒体11上的推力大小。该数据处理设备可以采用计算机、手机、微控制器、单片机等现有技术中的智能终端。
(4)所述位移检测装置还包括传感器固定桩32；传感器固定桩32设于测定仪底座4的一侧；而位移传感器31固定在传感器固定桩32上，并且正对上半部盒体11，从而使位移传感器31能够准确地检测上半部盒体11相对于下半部盒体12的水平位移。
(5)下半部盒体12的底部最好设有垫块14，从而在上半部盒体11承受外力时，下半部盒体12不会在上半部盒体11的带动下产生位移，这保证了上半部盒体11承受的外力均用于对直剪盒内所栽种植物样本进行剪切，而不会额外做功。
(6)由于直剪盒内需要栽种植物样本，需要浇水，因此下半部盒体12的底部最好设有出水孔，以防止直剪盒内的水分过多。
(7)直剪盒与测定仪底座4之间以及测定仪底座4与水平平移机构之间均是可拆卸结构，在直剪盒内栽种植物样本期间，只需使用直剪盒即可，无需使用测定仪底座4、位移检测装置和水平平移机构等部件，这提高了该原位整根固土效果测定仪的便携性能。
(8)直剪盒的尺寸以及该原位整根固土效果测定仪的各部件的选型可以根据植物样本的实际需求进行设计，例如：当植物样本根系较大时，可以设计尺寸比较大的直剪盒，并且选择功率比较大的电机，量程比较大的推力传感器25。
进一步地，该原位整根固土效果测定仪的具体使用方法如下：根据待测植物样本的根系样本大小选择适合尺寸的直剪盒；将待测植物样本栽种到位于林地的直剪盒内，并保证直剪盒内的土壤分布方式、紧实度等相关力学参数与待测植物样本原始栽种的土壤相同；然后在保证待测植物样本成活的前提下使其持续生长约4个月，再对该直剪盒进行抗剪切试验，这可以保障直剪盒内的植物根系分布和土壤力学状况与待测植物样本原始栽种的土壤相同；在这4个月期间定期为直剪盒内的土壤除草，这可以保证直剪盒内的根系数量不受其他植物的影响。在进行抗剪切试验时，先将测定仪底座4放置于平坦的地面上，然后将所述栽种有待测植物样本的直剪盒竖直放置于测定仪底座4上，并利用测定仪底座4对直剪盒的下半部盒体12进行限位，使下半部盒体12无法水平移动；将水平平移机构的电机底座21通过卡扣41和固定卡子211与测定仪底座4连接为一体，从而使电机底座21与测定仪底座4之间不会产生相对位移；开启水平平移机构的电机22，并调整电机22的运转速度，丝杠螺母推进机构23在电机22的带动下推动推力板24做直线运动，当推力板24与上半部盒体11接触后，上半部盒体11在该推力板24的作用下沿水平导轨13做靠近或远离位移传感器31的直线运动；通过位移传感器31获取上半部盒体11相对于下半部盒体12的水平位移，并通过推力传感器25获取水平平移机构作用在上半部盒体11上的推力，从而就可以得出上半部盒体11相对于下半部盒体12的水平位移随水平平移机构作用在上半部盒体11上的力的变化曲线(该变化曲线就是剪切位移与剪切力大小的变化曲线)；当该变化曲线不在上升、平稳不发生变化或开始均匀下降时，停止试验，从而就可以得出直剪盒内植物样本的固土效果数据(该固土效果数据可以包括：剪切力大小、剪切位移、剪切总时间等)。
需要说明的是，现有技术中的植物固土效果测定方案都是采用直接压实的方式，无法准确测定出植物实际完整根系的固土效果，试验测定结果与实际种植后的固土效果相差甚远。与现有技术中的植物固土效果测定方案相比，本发明所提供的原位整根固土效果测定仪可以解决无法准确测定植物实际完整根系固土效果的问题，能够在保证植物实际完整根系与土壤之间键合力的情况下测定出植物样本的固土效果。
综上可见，本发明能够方便准确地测定出原始生长状况下的植物根系对土壤抗剪切强度的增强效果，使植物固土效果的测定更加精准。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种原位整根固土效果测定仪，其特征在于，包括：位移检测装置、水平平移机构以及用于栽种植物样本的直剪盒；
所述直剪盒包括上半部盒体(11)和下半部盒体(12)；上半部盒体(11)与下半部盒体(12)之间设有水平导轨(13)；
所述位移检测装置包括位移传感器(31)；该位移传感器(31)用于检测上半部盒体(11)相对于下半部盒体(12)的水平位移；
所述水平平移机构带动上半部盒体(11)沿水平导轨(13)做靠近或远离位移传感器(31)的运动，并检测该水平平移机构作用在上半部盒体(11)上的力。
2.根据权利要求1所述的原位整根固土效果测定仪，其特征在于，还包括：测定仪底座(4)；所述直剪盒竖直放置于测定仪底座(4)上，并且测定仪底座(4)限制下半部盒体(12)水平移动，而上半部盒体(11)水平对准位移传感器(31)，从而使位移传感器(31)能检测上半部盒体(11)相对于下半部盒体(12)的水平位移。
3.根据权利要求2所述的原位整根固土效果测定仪，其特征在于，所述的测定仪底座(4)上设有上半部盒体挡板(42)；该上半部盒体挡板(42)与上半部盒体(11)的侧壁接触，并限制上半部盒体(11)沿水平导轨(13)做靠近或远离位移传感器(31)的直线运动。
4.根据权利要求2所述的原位整根固土效果测定仪，其特征在于，所述的水平平移机构包括电机底座(21)、电机(22)、丝杠螺母推进机构(23)、推力板(24)和推力传感器(25)；
测定仪底座(4)上设有卡扣(41)，而电机底座(21)上设有与卡扣(41)配合的固定卡子(211)；电机底座(21)通过卡扣(41)和固定卡子(211)与测定仪底座(4)连接为一体；
电机(22)固定在电机底座(21)上，并且通过丝杠螺母推进机构(23)与推力板(24)连接，从而推动推力板(24)做直线运动；上半部盒体(11)在该推力板(24)的作用下沿水平导轨(13)做靠近或远离位移传感器(31)的直线运动；
推力传感器(25)设置于丝杠螺母推进机构(23)上，并检测该水平平移机构作用在上半部盒体(11)上的推力。
5.根据权利要求4所述的原位整根固土效果测定仪，其特征在于，还包括：数据线(5)和数据处理设备；数据处理设备通过数据线(5)分别与位移传感器(31)和推力传感器(25)连接，并获取上半部盒体(11)相对于下半部盒体(12)的水平位移以及水平平移机构作用在上半部盒体(11)上的推力，从而计算出直剪盒内植物样本的固土效果数据。
6.根据权利要求5所述的原位整根固土效果测定仪，其特征在于，数据处理设备通过数据线(5)与电机(22)连接，并控制电机(22)的运转。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的原位整根固土效果测定仪，其特征在于，所述位移检测装置还包括传感器固定桩(32)；
传感器固定桩(32)设于测定仪底座(4)的一侧；而位移传感器(31)固定在传感器固定桩(32)上，并且正对上半部盒体(11)，以检测上半部盒体(11)相对于下半部盒体(12)的水平位移。
8.根据权利要求1至6中任一项所述的原位整根固土效果测定仪，其特征在于，所述的下半部盒体(12)的底部设有垫块(14)。
9.根据权利要求1至6中任一项所述的原位整根固土效果测定仪，其特征在于，所述的下半部盒体(12)的底部设有出水孔。
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