CN109406752A - 一种剖面土壤水分横向分布检测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种剖面土壤水分横向分布检测装置，属于土壤含水率检测领域。包括水平调节机构、光杠Ⅰ、固定板Ⅰ、小轴承、丝杆、光杠Ⅱ、液珠式水平仪、传感器夹持机构、凹槽板、传感器位置驱动机构、联轴器、固定板Ⅱ、步进电机、水平仪固定螺栓Ⅰ、水平仪固定螺栓Ⅱ和土壤水分传感器，水平调节机构包括可调节支撑腿Ⅰ和可调节支撑腿Ⅱ，传感器夹持机构底座包括夹持螺栓Ⅰ、夹持螺栓Ⅱ、夹持螺栓Ⅲ、夹持螺栓Ⅳ和凸槽板，传感器位置驱动机构包括丝杆螺母、直线轴承Ⅰ、直线轴承Ⅱ、直线轴承Ⅲ、直线轴承Ⅳ和驱动箱。本装置工作效率高，自动化程度高，操作简单，能简化人工测量的步骤、提高测量精确度，具有较高的推广价值。
Description
技术领域
本发明涉及一种剖面土壤水分横向分布检测装置，属于土壤含水率检测领域。
背景技术
土壤剖面水分检测是对原状土含水率进行检测的重要步骤，土壤水分的横向分布检测有助于滴灌后土壤水分横向分布检测及植物根系受水分横向分布影响进行分析。但是目前的土壤水分横向分布检测都是人工进行，自动化程度低，操作过程繁多，效率低下，每次检测所取梯度不能进行灵活设定，因此存在人工观测水平度不够、测量不能精确按照所取梯度进行检测等突出问题。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题及不足，本发明提供一种剖面土壤水分横向分布检测装置。本装置工作效率高，自动化程度高，操作简单，大大的节省人力，降低了成本，对土壤水分横向分布检测具有重要意义。
本发明采用的技术方案是：一种剖面土壤水分横向分布检测装置，包括水平调节机构1、光杠Ⅰ2、固定板Ⅰ3、小轴承4、丝杆5、光杠Ⅱ6、液珠式水平仪7、传感器夹持机构8、凹槽板9、传感器位置驱动机构10、联轴器11、固定板Ⅱ12、步进电机13和土壤水分传感器14；
所述水平调节机构1包括分别安装在固定板Ⅰ3、固定板Ⅱ12底部的可调节支撑腿Ⅰ和可调节支撑腿Ⅱ16，液珠式水平仪7安装在固定板Ⅰ3、固定板Ⅱ12后方；
所述传感器夹持机构8包括凸槽板17，凸槽板17与凹槽板9扣合在一起且土壤水分传感器14由夹持在凸槽板17内部；
所述传感器位置驱动机构10包括驱动箱24，其中，驱动箱24包括间隔并列排布的左侧板、右侧板、中间板，中间板的中部设有丝杆螺母23左侧板上设有左丝杠孔、直线轴承Ⅰ19、直线轴承Ⅱ20，右侧板上设有右丝杠孔、直线轴承Ⅲ21、直线轴承Ⅳ22，光杠Ⅰ2穿过直线轴承Ⅱ20、直线轴承Ⅳ22后一端固定在固定板Ⅰ3上，另一端固定在固定板Ⅱ12上，光杠Ⅱ6穿过直线轴承Ⅰ19、直线轴承Ⅲ21后一端固定在固定板Ⅰ3上，另一端固定在固定板Ⅱ12上，小轴承4固定固定板Ⅰ3内壁上，联轴器11设置在固定板Ⅱ12内壁，丝杆5穿过左丝杠孔、丝杆螺母23、右丝杠孔且一端与小轴承4连接，另一端通过联轴器11与步进电机13的转轴相连接。
优选地，所述的传感器夹持机构8还包括夹持螺栓Ⅰ18、夹持螺栓Ⅱ27、夹持螺栓Ⅲ28、夹持螺栓Ⅳ29，凸槽板17顶板的四周及土壤水分传感器14上分别设有对应螺栓孔，夹持螺栓Ⅰ18、夹持螺栓Ⅱ27、夹持螺栓Ⅲ28、夹持螺栓Ⅳ29分别穿过凸槽板17顶板上的螺栓孔及土壤水分传感器14上对应的螺栓孔将土壤水分传感器14固定在凸槽板17内部。
优选地，还包括水平仪固定螺栓Ⅰ25、水平仪固定螺栓Ⅱ26，所述的固定板Ⅰ3、固定板Ⅱ12的后部均设有螺栓孔，液珠式水平仪7的两端设有对应的螺栓孔，水平仪固定螺栓Ⅰ25、水平仪固定螺栓Ⅱ26穿过固定板Ⅰ3、固定板Ⅱ12及液珠式水平仪7上对应的螺栓孔将固定板Ⅰ3、固定板Ⅱ12与液珠式水平仪7固定连接。
优选地，所述的步进电机13通过电机驱动模块与单片机电连接。
优选地，所述的所有的直线轴承都通过螺栓和螺母进行固定。
本发明的有益效果是：
1、本装置设有水平调节机构和液珠式水平仪，能应对不同检测的环境而进行灵活的调平操作；
2、本装置的动力来源是步进电机，能对土壤水分横向检测的梯度进行灵活的设置，可对装置进行精准的复位；
3、本装置设有的4个直线轴承、2个光杠、1个丝杆螺母、1个联轴器和1个小轴承能保证土壤水分传感器直线移动，在相同土壤深度下进行土壤水分横向分布的检测。
4、本装置的凸槽板上方设有4个夹持螺栓，能保证水分传感器探针在插入土壤的过程中不发生移动。
5、本装置的凸槽板和凹槽板的直线扣合方式，能土壤水分传感器的探针垂直于土壤泡面。
6、设备简单，易操作，造价低廉，运行稳定，便于大众使用与推广。
附图说明
图1是本发明结构示意图；
图2是本发明俯视图；
图3是本发明液珠式水平仪安装方式示意图；
图4是本发明驱动箱左视图；
图5是本发明驱动箱右视图；
图6是本发明步进电机固定方式示意图。
图中各标号为：1-水平调节机构，2-光杠Ⅰ，3-固定板Ⅰ，4-小轴承，5-丝杆，6-光杠Ⅱ，7-液珠式水平仪，8-传感器夹持机构，9-凹槽板，10-传感器位置驱动机构，11-联轴器，12-固定板Ⅱ，13-步进电机，14-土壤水分传感器，15-可调节支撑腿Ⅰ，16-可调节支撑腿Ⅱ，17-凸槽板，18-夹持螺栓Ⅰ，19-直线轴承Ⅰ，20-直线轴承Ⅱ，21-直线轴承Ⅲ，22-直线轴承Ⅳ，23-丝杆螺母，24-驱动箱，25-水平仪固定螺栓Ⅰ，26-水平仪固定螺栓Ⅱ，27-夹持螺栓Ⅱ，28-夹持螺栓Ⅲ，29-夹持螺栓Ⅳ。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，对本发明作进一步说明。
实施例1：如图1至6所示，一种剖面土壤水分横向分布检测装置，包括水平调节机构1、光杠Ⅰ2、固定板Ⅰ3、小轴承4、丝杆5、光杠Ⅱ6、液珠式水平仪7、传感器夹持机构8、凹槽板9、传感器位置驱动机构10、联轴器11、固定板Ⅱ12、步进电机13和土壤水分传感器14；
所述水平调节机构1包括分别安装在固定板Ⅰ3、固定板Ⅱ12底部的可调节支撑腿Ⅰ和可调节支撑腿Ⅱ16，液珠式水平仪7安装在固定板Ⅰ3、固定板Ⅱ12后方；
所述传感器夹持机构8包括凸槽板17，凸槽板17与凹槽板9扣合在一起且土壤水分传感器14由夹持在凸槽板17内部；
所述传感器位置驱动机构10包括驱动箱24，其中，驱动箱24包括间隔并列排布的左侧板、右侧板、中间板，中间板的中部设有丝杆螺母23左侧板上设有左丝杠孔、直线轴承Ⅰ19、直线轴承Ⅱ20，右侧板上设有右丝杠孔、直线轴承Ⅲ21、直线轴承Ⅳ22，光杠Ⅰ2穿过直线轴承Ⅱ20、直线轴承Ⅳ22后一端固定在固定板Ⅰ3上，另一端固定在固定板Ⅱ12上，光杠Ⅱ6穿过直线轴承Ⅰ19、直线轴承Ⅲ21后一端固定在固定板Ⅰ3上，另一端固定在固定板Ⅱ12上，小轴承4固定固定板Ⅰ3内壁上，联轴器11设置在固定板Ⅱ12内壁，丝杆5穿过左丝杠孔、丝杆螺母23、右丝杠孔且一端与小轴承4连接，另一端通过联轴器11与步进电机13的转轴相连接。
进一步地，所述的传感器夹持机构8还包括夹持螺栓Ⅰ18、夹持螺栓Ⅱ27、夹持螺栓Ⅲ28、夹持螺栓Ⅳ29，凸槽板17顶板的四周及土壤水分传感器14上分别设有对应螺栓孔，夹持螺栓Ⅰ18、夹持螺栓Ⅱ27、夹持螺栓Ⅲ28、夹持螺栓Ⅳ29分别穿过凸槽板17顶板上的螺栓孔及土壤水分传感器14上对应的螺栓孔将土壤水分传感器14固定在凸槽板17内部。连接结构简单，拆装方便。
进一步地，还包括水平仪固定螺栓Ⅰ25、水平仪固定螺栓Ⅱ26，所述的固定板Ⅰ3、固定板Ⅱ12的后部均设有螺栓孔，液珠式水平仪7的两端设有对应的螺栓孔，水平仪固定螺栓Ⅰ25、水平仪固定螺栓Ⅱ26穿过固定板Ⅰ3、固定板Ⅱ12及液珠式水平仪7上对应的螺栓孔将固定板Ⅰ3、固定板Ⅱ12与液珠式水平仪7固定连接，结构简单，拆装方便。
进一步地，所述的步进电机13通过电机驱动模块与单片机电连接。
进一步地，所有的直线轴承都通过螺栓和螺母进行固定。
本发明的工作原理为：
第一步、将土壤水分传感器紧紧夹持在凸槽板上，打开步进电机13，使其顺时针转动，带动驱动箱24匀速缓慢靠近联轴器11端恰当位置，使装置复位；
第二步、装置放置在挖好的土壤剖面前方，土壤水分传感器14的探针端正对所需检测的起始点，观察液珠式水平仪7，若发现装置未处于水平状态，调节可调节支撑腿Ⅰ15或可调节支撑腿Ⅱ16，使装置处于水平状态；
第三步、控制Arduino单片机对检测梯度进行设置；
第四步、使步进电机13进行逆时针转动，带动驱动箱24水平匀速移动，每移动一个梯度，停止转动，用手推动凸槽板，使土壤水分传感器14的探针插入土壤，读取传感器读数，每进行一次梯度检测，都需将土壤水分传感器14的探针擦干净；
第五步、检测完成，重复复位操作，将装置放置在干燥通风的环境当中。
本装置中没有详细描述的结构均是本领域公知的、与本发明作用相同的现有结构。
以上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 (5)
1.一种剖面土壤水分横向分布检测装置，其特征在于：包括水平调节机构（1）、光杠Ⅰ（2）、固定板Ⅰ（3）、小轴承（4）、丝杆（5）、光杠Ⅱ（6）、液珠式水平仪（7）、传感器夹持机构（8）、凹槽板（9）、传感器位置驱动机构（10）、联轴器（11）、固定板Ⅱ（12）、步进电机（13）和土壤水分传感器（14）；
所述水平调节机构（1）包括分别安装在固定板Ⅰ（3）、固定板Ⅱ（12）底部的可调节支撑腿Ⅰ和可调节支撑腿Ⅱ（16），液珠式水平仪（7）安装在固定板Ⅰ（3）、固定板Ⅱ（12）后方；
所述传感器夹持机构（8）包括凸槽板（17），凸槽板（17）与凹槽板（9）扣合在一起且土壤水分传感器（14）由夹持在凸槽板（17）内部；
所述传感器位置驱动机构（10）包括驱动箱（24），其中，驱动箱（24）包括间隔并列排布的左侧板、右侧板、中间板，中间板的中部设有丝杆螺母（23）左侧板上设有左丝杠孔、直线轴承Ⅰ（19）、直线轴承Ⅱ（20），右侧板上设有右丝杠孔、直线轴承Ⅲ（21）、直线轴承Ⅳ（22），光杠Ⅰ（2）穿过直线轴承Ⅱ（20）、直线轴承Ⅳ（22）后一端固定在固定板Ⅰ（3）上，另一端固定在固定板Ⅱ（12）上，光杠Ⅱ（6）穿过直线轴承Ⅰ（19）、直线轴承Ⅲ（21）后一端固定在固定板Ⅰ（3）上，另一端固定在固定板Ⅱ（12）上，小轴承（4）固定固定板Ⅰ（3）内壁上，联轴器（11）设置在固定板Ⅱ（12）内壁，丝杆（5）穿过左丝杠孔、丝杆螺母（23）、右丝杠孔且一端与小轴承（4）连接，另一端通过联轴器（11）与步进电机（13）的转轴相连接。
2.根据权利要求1所述的剖面土壤水分横向分布检测装置，其特征在于：所述的传感器夹持机构（8）还包括夹持螺栓Ⅰ（18）、夹持螺栓栓Ⅱ（27）、夹持螺栓Ⅲ（28）、夹持螺栓Ⅳ（29），凸槽板（17）顶板的四周及土壤水分传感器（14）上分别设有对应螺栓孔，夹持螺栓Ⅰ（18）、夹持螺栓栓Ⅱ（27）、夹持螺栓Ⅲ（28）、夹持螺栓Ⅳ（29）分别穿过凸槽板（17）顶板上的螺栓孔及土壤水分传感器（14）上对应的螺栓孔将土壤水分传感器（14）固定在凸槽板（17）内部。
3.根据权利要求1所述的剖面土壤水分横向分布检测装置，其特征在于：还包括水平仪固定螺栓Ⅰ（25）、水平仪固定螺栓Ⅱ（26），所述的固定板Ⅰ（3）、固定板Ⅱ（12）的后部均设有螺栓孔，液珠式水平仪（7）的两端设有对应的螺栓孔，水平仪固定螺栓Ⅰ（25）、水平仪固定螺栓Ⅱ（26）穿过固定板Ⅰ（3）、固定板Ⅱ（12）及液珠式水平仪（7）上对应的螺栓孔将固定板Ⅰ（3）、固定板Ⅱ（12）与液珠式水平仪（7）固定连接。
4.根据权利要求1-3任意一项所述的剖面土壤水分横向分布检测装置，其特征在于：所述的步进电机（13）通过电机驱动模块与单片机电连接。
5.根据权利要求1-3任意一项所述的剖面土壤水分横向分布检测装置，其特征在于：所述的所有的直线轴承都通过螺栓和螺母进行固定。
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