CN108459142A - 一种能够自动控制水位的生态模拟装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种能够自动控制水位的生态模拟装置，包括生态模拟箱装置(1)、生态载体(3)、水位监测装置(16、17、18)、蓄水容器(5)以及水位控制装置(20)。生态载体(3)设置于生态模拟箱装置(1)中，用于栽培植物；水位监测装置(16、17、18)设置于生态模拟箱装置(1)中，用于监测生态模拟箱装置(1)中的水位；水位控制装置(20)包括用于向生态模拟箱装置(1)供水的水泵装置(14)以及与水泵装置(14)连接的驱动电路(21)；并且驱动电路(21)与水位监测装置(16、17、18)通信连接，并且配置用于根据水位监测装置(16、17、18)所监测的水位信号，启动或者停止水泵装置(6)。

Description

一种能够自动控制水位的生态模拟装置

技术领域

本发明申请属于湿地生态技术领域，具体而言，涉及一种能够自动控制水位的生态模拟装置。

背景技术

水位是影响湿地生态系统结构、功能和过程的重要因素。探索湿地植物和微生物群落组成、土壤理化特征和温室气体交换过程等对水位变化的响应格局和机理，是认识湿地生态系统构建和演替的基础，为湿地生态系统保护、利用和恢复提供支撑。现有水位变化对自然群落特征影响的相关研究技术，多采用原状土置于生态模拟箱中控制水位的模拟研究手段，主要依赖于人工灌水和排水，需消耗大量人力管理实验系统。当实验规模增大时，人工控制的时间可能成倍增加。对于拟设定的水位在土表面以下的，人工操作只能通过目测方法大致调节水位，误差可能在±5cm以上，不能满足精度较高的实验需求。因此，需要一种能够自动精确控制水位的生态模拟装置，满足高精度、少人力、可根据研究目的扩大处理和重复数的需求。

现有技术通常是采用铜浮球阀控制水泵开关。由于铜球浮起需要较大的空间，因此该方法仅适用于水淹的模拟实验，即水位必须高于土壤表面。针对现有技术存在的地表水位调节需要消耗大量人时间多，而地表以下水位难于精确控制的技术问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本公开实施例提供了一种能够自动控制水位的生态模拟装置，以解决现有技术存在的地表水位调节需要消耗大量人时间多，而地表以下水位难于精确控制的技术问题。

根据本公开实施例的一个方面，提供了一种能够自动控制水位的生态模拟装置。包括生态模拟箱装置、生态载体、水位监测装置、蓄水容器以及水位控制装置。生态载体设置于生态模拟箱装置中，用于栽培植物。水位监测装置设置于生态模拟箱装置中，用于监测生态模拟箱装置中的水位。水位控制装置包括用于向生态模拟箱装置供水的水泵装置以及与水泵装置连接的驱动电路。驱动电路与水位监测装置通信连接，并且配置用于根据水位监测装置所监测的水位信号，启动或者停止水泵装置。

可选地，生态载体为原状土块。

可选地，水位监测装置包括第一探头和第二探头。其中，第一探头设置于比第二探头更高的位置，用于探测比第二探头更高的水位。

可选地，驱动电路包括：与电源和水泵装置连接的电源适配器；以及与所述电源适配器连接的继电器。并且其中，继电器与第一探头和第二探头连接。

可选地，水位监测装置还包括第三探头，设置于比第二探头更低的位置，用于探测比所述第二探头更低的水位。其中，第三探头与继电器连接。

可选地，第一探头、第二探头以及第三探头设置于一PVC管内。

可选地，生态模拟箱装置壁上设置有排水孔，其中排水孔的高度高于第一探头。优选地，排水孔略高于第一探头。

可选地，所述水位控制装置还包括箱体。电源适配器、水泵装置以及继电器均设置于箱体内。其中，驱动电路还包括设置于箱体内的开关，开关连接电源适配器和电源；以及箱体的外表面上还设置有与开关、电源适配器和继电器连接的电源指示灯。

可选地，水泵装置通过进水管与蓄水容器相连，并且水泵装置通过出水管与生态模拟箱装置相连。

可选地，进水管在蓄水容器的一端安装有滤水装置。

可选地，箱体上设置有供进水管和出水管穿过的开口，并且开口处设置有防水接头。

可选地，第一探头、第二探头以及第三探头为电感应式水位探头。

可选地，驱动电路配置为在生态模拟箱装置内的水位高于第一探头时，停止水泵装置，并且在生态模拟箱装置内的水位低于第二探头时，启动水泵装置。

有益效果：在本公开中，通过设置第一第二第三水位高度，且水位探头设置为电感应式，可以将水位较为精确灵敏地进行控制，并通过水位控制装置自动地为生态模拟箱装置保持设定的水位，减少了大量的人力投入，通过将水位探头放置在PVC管的设计，增大了水位探头安放的灵活性，扩大了适用范围，从而解决了以往技术存在的投入人力多，误差大且适用范围窄的问题。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1示出了根据本公开的具体实施方式的一种可自动控制水位的生态模拟装置的示意图。

具体实施方式

下面将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。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

图1示出了本公开的一种可自动控制水位的生态模拟装置进水与出水示意图。参考图1所示，根据本公开的具体实施方式，提供了一种能够自动控制水位的生态模拟装置，包括生态模拟箱装置1、生态载体3、水位监测装置16～18、蓄水容器5以及水位控制装置20。所述生态载体3设置于生态模拟箱装置1中，用于栽培植物。水位监测装置16～18设置于与所述生态模拟箱装置1中，用于监测生态模拟箱装置1中的水位。水位控制装置20包括用于向生态模拟箱装置1供水的水泵装置14以及与水泵装置14连接的驱动电路21。并且，驱动电路21与水位监测装置16～18通信连接，并且配置用于根据水位监测装置16～18所监测的水位信号，启动或者停止水泵装置。

从而，本实施例的生态模拟装置中，由于采用水位监测装置16～18监测生态模拟箱装置1中的水位，从而使得水位控制装置20可以根据水位监测装置16～18所监测的水位信号来启动或者停止水泵装置，从而能够维持生态模拟向装置1中的生态水位。从而通过这种方式，一方面不需要再消耗大量人力时间来调节地表水位，另一方面由于采用了水位监测装置16～18对水位进行监测，并且根据水位监测装置16～18的水位信号启动或者停止水泵装置，因此与现有技术中的采用铜浮球阀控制水泵开关的方式相比，不仅适用于水淹的模拟实验，而且也适用于水位低于生态载体3的表面的试验。因此解决了现有技术中的生态模拟装置存在的的地表水位调节需要消耗大量人时间多，而地表以下水位难于精确控制的技术问题。

可选地，生态载体3为原状土块。从而，本发明可以利用原状土块作为生态载体来承载植物，例如湿地植物以及微生物群落等。当然，本发明中关于生态载体3的实例不限于此，只要能够承载植物，也可以采用其他类型的生态载体。

可选地，参照图1所示，水位监测装置包括第一探头16和第二探头17。其中，所述第一探头16设置于比第二探头17更高的位置，用于探测比第二探头17更高的水位。

从而，水位控制装置20可以根据第一探头16以及第二探头17提供的水位信号，启动和停止水泵装置14。例如，水位控制装置20可以配置为在生态模拟箱装置1内的水位高于第一探头16时，停止水泵装置14并且在生态模拟装置1内的水位低于第二探头17时，启动水泵装置14。从而，水位控制装置20可以将生态模拟箱装置1内的水位控制在第一探头16和第二探头17之间。从而，本实施例的生态模拟装置能够精确地控制和调节生态模拟箱中的水位。

可选地，驱动电路包括：与电源19和水泵装置14连接的电源适配器13；以及与电源适配器13连接的继电器12。并且其中，继电器12与第一探头16和第二探头17连接。从而，根据本公开的实施例，第一探头16和第二探头17与继电器12向连。当水位低于第二探头17时，继电器12将信号发送至电源适配器13从而启动水泵装置14。当水位高于第一探头16时，继电器12将信号发送至电源适配器13从而停止水泵装置14。从而，通过继电器12和电源适配器13，水位控制装置能够根据第一探头16和第二探头17感知的水位信号启动或停止水泵装置14，从而精确地调节和控制生态模拟箱装置1内的水位。

可选地，水位监测装置还包括第三探头18，设置于比第二探头17更低的位置，用于探测比第二探头17更低的水位，其中第三探头18与继电器12连接。

第三探头18可以实现对水位的冗余控制。也就是说即使第二探头17由于某些原因不能正常工作，水位监测装置20仍然可以通过感知第三探头18的信号来打开水泵装置14，及时向生态模拟箱内供水。从而，通过设置第三探头18，增强了生态模拟装置的稳定性和可靠性。

优选地，第三探头18设置于接近生态模拟箱装置1的底部的位置。

可选地，第一探头16、第二探头17以及第三探头18设置于PVC管4中。从而可以通过PVC管4保护第一探头16至第三探头18不受生态载体侵蚀。同时由于将第一探头16至第三探头18收于PVC管4中，因此减小了第一探头16至第三探头18占用的空间。优选地，PVC管4的直径约为3～4cm。优选地，PVC管下口与生态模拟箱装置1的底部距离1～2cm，使得PVC管内的水位与生态载体水位同步，能看见生态模拟箱装置1的水面。

可选地，生态模拟箱装置1壁上设置有排水孔2，其中排水孔2的高度高于第一探头16。从而，可以实现对生态模拟箱1内的水位的冗余控制。即便是在第一探头16失效导致不能关闭水泵装置14时，也可以通过排水孔2来避免生态模拟箱1内的水位过高。此外，当将生态模拟箱装置1置于室外时，由于下雨的原因，即使是停止了水泵装置14，生态模拟箱装置1内的水位仍然会上涨，此时由于设置了排水孔2，因此可以避免由于下雨导致生态模拟箱装置1内的水位过高。从而有利于稳定而安全地控制和调节生态模拟箱装置1内的水位。优选地，排水孔2略高于第一探头16，或者排水孔12位于最高水位以上0.5～1cm的位置处。

可选地，水位控制装置20还包括箱体9。电源适配器13、水泵装置14、以及继电器12均设置于箱体9内。其中，驱动电路21还包括设置于箱体9内的开关10，开关10连接电源适配器13和电源19。箱体9的外表面上还设置有与开关10、电源适配器13和继电器12连接的电源指示灯11。从而，本实施例的生态模拟装置可以通过电源指示灯11来指示箱体9内的电源的情况。当水位控制装置20电源未接通时，指示灯熄灭可提醒工作人员。

可选地，水泵装置14通过进水管7与蓄水容器5相连，并且水泵装置14通过出水管8与生态模拟箱装置1相连。从而水泵装置14可以从蓄水容器5抽水，并将水供应至生态模拟箱装置1。

可选地，进水管7在蓄水容器5的一端安装有滤水装置6。从而可以通过滤水装置14滤除蓄水容器5中的杂物，保证提供到生态模拟箱装置1中的水质，以及减少水泵装置14因堵塞引起故障。

可选地，箱体9上设置有供进水管7和出水管8穿过的开口，并且开口处设置有防水接头15。从而，通过防水接头15，可以将进水管7和出水管8与开口之间的缝隙密封，避免雨水等进入箱体9。

可选地，第一探头16、第二探头17以及第三探头18为电感应式水位探头。从而，采用电感应式水位探头，可以提高生态模拟箱装置1中的水位控制的精度(最高可控制在2cm以内)。

此外，探头16～18的水平位置可以根据实际需求进行调节。通常第一探头16设置于期望最高水位的液面处、第二探头17设置于期望的最低水位页面处，第三探头18置于接近生态模拟箱装置1的底部的位置处。

通过本公开的实施例中的生态模拟装置，解决了现有技术中的生态模拟装置存在的的地表水位调节需要消耗大量人时间多，而地表以下水位难于精确控制的技术问题。

本实施例解决在开展普通生态模拟箱水位控制实验时，地表水位调节需消耗大量人力时间，如果水位是地表以下的更难精确控制的技术问题。并且，本实施例的方案是在不改变原生群落植被和土壤结构的基础上提供一种模拟地表水位变化的试验装置。从而本实施例的方案使科研人员能在户外条件下设计关于自然原状土及生长于其上的植被对水位变化响应的实验，提高生态模拟箱水位控制的精度(最高可控制在2cm以内)，并减少人工逐一调节生态模拟箱水位消耗的时间成本。

在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述做出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

此外，上述本申请实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。在本申请的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种能够自动控制水位的生态模拟装置，其特征在于，包括生态模拟箱装置(1)、生态载体(3)、水位监测装置(16、17、18)、蓄水容器(5)以及水位控制装置(20)，其中：

所述生态载体(3)设置于所述生态模拟箱装置(1)中，用于栽培植物；

所述水位监测装置(16、17、18)设置于所述生态模拟箱装置(1)中，用于监测所述生态模拟箱装置(1)中的水位；

水位控制装置(20)包括用于向所述生态模拟箱装置(1)供水的水泵装置(14)以及与所述水泵装置(14)连接的驱动电路(21)；并且

所述驱动电路(21)与所述水位监测装置(16、17、18)通信连接，并且根据所述水位监测装置(16、17、18)所监测的水位信号，启动或者停止所述水泵装置(14)。

2.根据权利要求1所述生态模拟装置，其特征在于，所述生态载体(3)为原状土块。

3.根据权利要求1所述的生态模拟装置，其特征在于，所述水位监测装置(16、17、18)包括第一探头(16)和第二探头(17)，其中，

所述第一探头(16)设置于比所述第二探头(17)更高的位置，用于探测比所述第二探头(17)更高的水位。

4.根据权利要求3所述的生态模拟装置，其特征在于，所述驱动电路(21)包括：

与电源(19)和所述水泵装置(14)连接的电源适配器(13)；以及

与所述电源适配器(13)连接的继电器(12)，并且其中，

所述继电器(12)与所述第一探头(16)和所述第二探头(17)连接。

5.根据权利要求4所述的生态模拟装置，其特征在于，所述水位监测装置(16、17、18)还包括：

第三探头(18)，设置于比所述第二探头(17)更低的位置，用于探测比所述第二探头(17)更低的水位，其中所述第三探头(18)与所述继电器(12)连接。

6.根据权利要求5所述的生态模拟装置，其特征在于，所述第一探头(16)、所述第二探头(17)以及所述第三探头(18)设置于一PVC管(4)内。

7.根据权利要求3所述的生态模拟装置，其特征在于，所述生态模拟箱装置(1)壁上设置有排水孔(2)，其中所述排水孔(2)的高度高于所述第一探头(16)。

8.根据权利要求4所述的生态模拟装置，其特征在于，所述水位控制装置(20)还包括箱体(9)，所述电源适配器(13)、所述水泵装置(14)、以及所述继电器(12)均设置于所述箱体(9)内，其中

所述驱动电路(21)还包括设置于所述箱体(9)内的开关(10)，所述开关(10)连接所述电源适配器(13)和所述电源(19)；以及

所述箱体(9)的外表面上还设置有分别与所述开关(10)、所述电源适配器(13)和所述继电器(12)连接的电源指示灯(11)。

9.根据权利要求8所述的生态模拟装置，其特征在于，所述水泵装置(14)通过进水管(7)与所述蓄水容器(5)相连，并且所述水泵装置(14)通过出水管(8)与所述生态模拟箱装置(1)相连。

10.根据权利要求9所述的生态模拟装置，其特征在于，所述进水管(7)在所述蓄水容器(5)的一端安装有滤水装置(6)。