CN109613216B - 一种土壤内水分连续性检测系统及其检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种土壤内水分连续性检测系统及其检测方法，包括预埋检测管、牵引绳、活动块、土壤水分传感器和绕线驱动机构，所述预埋检测管预先埋设在植株下方的土壤内，所述预埋检测管靠近植株的根系区域，所述预埋检测管内活动设置有活动块，所述活动块上设置有土壤水分传感器，两段所述牵引绳的一端分别沿预埋检测管的轴线方向连接在活动块的两侧，且两段所述牵引绳的另一端分别伸出至预埋检测管的两端并连接设置有绕线驱动机构，所述活动块通过两绕线驱动机构卷绕或放线所述牵引绳在预埋检测管内沿轴线方向往复滑动位移，能够检测大范围内土壤中水分含量的连续性分布状况。

Description

一种土壤内水分连续性检测系统及其检测方法

技术领域

本发明属于土壤水分含量检测领域，特别涉及一种土壤内水分连续性检测系统及其检测方法。

背景技术

土壤水分是土壤的重要组成部分，对作物的生长起着十分重要的作用。通过对土壤水分的快速精确测量，掌握农田的墒情，不仅有利于实施节水灌溉，同时精确的供水也有利于提高作物的产量和品质。而因为天气、土壤地质和作物特性等因素影响，土壤的含水量动态变化，因此，对于耕地土壤内的水分检测要做到准确性和针对性。而目前，对于耕地土壤的水分检测则是通过通用的检测仪，将土壤水分传感器的探针插入土壤中进行检测，其检测范围较小，且测量存在一定的误差，更不能连续性的反应一定区域范围内土壤中的水分含量的分布状况。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种土壤内水分连续性检测系统及其检测方法，能够检测大范围内土壤中水分含量的连续性分布状况。

技术方案：为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种土壤内水分连续性检测系统，包括预埋检测管、牵引绳、活动块、土壤水分传感器和绕线驱动机构，所述预埋检测管预先埋设在植株下方的土壤内，所述预埋检测管靠近植株的根系区域，所述预埋检测管内活动设置有活动块，所述活动块上设置有土壤水分传感器，两段所述牵引绳的一端分别沿预埋检测管的轴线方向连接在活动块的两侧，且两段所述牵引绳的另一端分别伸出至预埋检测管的两端并连接设置有绕线驱动机构，所述活动块通过两绕线驱动机构卷绕或放线所述牵引绳在预埋检测管内沿轴线方向往复滑动位移。

进一步的，所述预埋检测管为呈连续性的“S”型管体结构，所述预埋检测管包含的两相邻且平行的管体分别位于植种区的两侧，所述预埋检测管在水平面内呈连续性分布。

进一步的，所述预埋检测管包括内管体和外侧板，所述内管体为空心管体结构，所述活动块活动设置在内管体的内腔中，两个所述外侧板沿内管体的轴线对称设置在内管体的两外侧壁上，两个所述外侧板呈拱桥状结构，所述内管体通过外侧板支撑在土壤上，所述外侧板、底层土壤层与内管体壁体之间形成空隙区域；所述内管体的壁体上开设有若干通孔，所述内管体的内腔通过通孔与空隙区域连通。

进一步的，两个所述外侧板之间横置有阻隔板，所述阻隔板为网状结构，所述阻隔板压覆在底层土壤层上。

进一步的，所述阻隔板的高度高于外侧板的底端，所述外侧板位于阻隔板以下的板体形成插入部，所述插入部插入至底层土壤层中。

进一步的，所述内管体的内壁上一体设置有周向限位部，所述周向限位部向内管体的轴心方向凸出，所述周向限位部朝向轴线的一侧面为限位面，所述限位面限位活动块的周向转动。

进一步的，所述活动块为柔性材质的柱体结构，所述活动块上、下两侧壁上凹设有滚珠凹槽，所述滚珠凹槽与限位面对应设置，所述滚珠凹槽内滚动设置有若干滚珠，所述限位面对应滚珠凹槽凹设有导向槽，所述滚珠滚动在导向槽内。

进一步的，所述活动块包含容置内腔，所述土壤水分传感器设置在所述容置内腔内，所述容置内腔的壁体上开设有若干透气孔，所述容置内腔通过透气孔与空隙区域连通。

一种土壤内水分连续性检测方法，包括以下步骤：

S1：在待测的土壤区域挖开一个预埋坑道，并铺平底层土壤层，将预埋检测管铺设在该预埋坑道内，所述绕线驱动机构埋设在预埋坑道内，或设置在预埋坑道外的土壤地面上；

S2：所述外侧板插入至底层土壤层内，所述阻隔板压覆在底层土壤层上方，在阻隔板、两个外侧板和内管体形成一个没有土壤颗粒的空隙区域，所述预埋检测管周围的土壤中的水汽向该空隙区域自由扩散，柔性的所述活动块通过两绕线驱动机构卷绕或放线所述牵引绳在预埋检测管内沿预埋检测管轴线方向往复滑动位移，所述土壤水分传感器检测所经路径上的水分含量；

S3：所述土壤水分传感器置于活动块的内腔中，且所述土壤水分传感器检测预埋检测管内的水分含量，所述土壤水分传感器上的电缆线绕设或者绑缚在牵引绳上，且电缆线的另一端连接数据采集装置，所述土壤水分传感器通过活动块在内管体内往复滑动位移；

S4：所述内管体的内壁上一体设置有周向限位部，所述周向限位部限位活动块的轴向转动，且导向活动块的滑动位移，所述活动块上的滚珠减小活动块与内管体的摩擦阻力；

S5：回填土壤颗粒至预埋坑道内。

有益效果：本发明通过在耕地土壤的下方预先设置预埋检测管和能够在预埋检测管内往复位移的土壤水分传感器，通过预埋检测管两端的两个绕线驱动机构，分别收线或放线牵引绳，使得活动块在预埋检测管内往复位移运动，实现对植株根区附近的土壤进行含水量检测，以达到精准检测各小土壤区域的土壤水分含量，并且形成连续性的土壤含水量检测，准确的检测出土壤内水分的分布状况，以针对性的对植株进行灌溉等；且通过预埋式的结构，能够实时对土壤水分进行检测，而且不会破坏植株根系附近的土壤区域，且在检测时更不用取土壤检测样本，十分方便快速，且准确性高。

附图说明

附图1为本发明的实施状态下的状态示意图；

附图2为本发明的整体结构的示意图；

附图3为本发明的预埋检测管内部的局部结构立体示意图；

附图4为本发明的预埋检测管、活动块与牵引绳的作用结构示意图；

附图5为本发明的预埋检测管与活动块的爆炸结构示意图；

附图6为本发明的预埋检测管与活动块装配的轴向示意图；

附图7为本发明的预埋检测管的轴向结构示意图；

附图8为本发明的活动块的轴向结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

如附图1和附图2所示，一种土壤内水分连续性检测系统，包括预埋检测管1、牵引绳2、活动块3、土壤水分传感器4和绕线驱动机构5，所述预埋检测管1预先埋设在植株1a下方的土壤内，所述预埋检测管1位于植株根系的下方或者植株根系的两侧，所述预埋检测管1靠近植株1a的根系区域，以保证能够准确的检测到植株根系附近区域的土壤含水量，所述预埋检测管1内活动设置有活动块3，所述活动块3上设置有土壤水分传感器4或者湿度传感器等用于检测土壤水分的元件，两段所述牵引绳2的一端分别沿预埋检测管1的轴线方向固定连接在活动块3的两侧，且两段所述牵引绳2的另一端分别伸出至预埋检测管1的两端并连接设置有绕线驱动机构5，所述绕线机构5能够收线或者放线牵引绳2，所述活动块3通过两绕线驱动机构5卷绕或放线所述牵引绳2在预埋检测管1内沿轴线方向往复滑动位移，从而使得土壤水分传感器能在预埋检测管内腔中位移，以连续性的检测土壤内的水分分布状况。

本发明通过在耕地土壤的下方预先设置预埋检测管和能够在预埋检测管内往复位移的土壤水分传感器，通过预埋检测管两端的两个绕线驱动机构，分别收线或放线牵引绳，使得活动块在预埋检测管内往复位移运动，实现对植株根区附近的土壤进行含水量检测，以达到精准检测各小土壤区域的土壤水分含量，并且形成连续性的土壤含水量检测，准确的检测出土壤内水分的分布状况，以针对性的对植株进行灌溉等；且通过预埋式的结构，能够实时对土壤水分进行检测，而且不会破坏植株根系附近的土壤区域，且在检测时更不用取土壤检测样本，十分方便快速，且准确性高。

所述绕线驱动机构5包括壳体50和设置在所述壳体50内部的驱动机构51、绕线轮52，所述驱动机构51为电机，且所述驱动机构驱动绕线轮52沿轴线转动，所述牵引绳远离活动块的一端绕设在绕线轮52上，所述绕线驱动机构5设置在上层的地面上或者也埋设在地下，所述土壤水分传感器上的电缆线绕设或者绑缚在牵引绳上，且电缆线的另一端连接数据采集装置，所述数据采集装置设置在壳体50内，通过数据采集装置采集和记录土壤水分传感器的检测数据。

所述预埋检测管1为呈连续性的“S”型管体结构，也可看作是若干首尾依次拼接连通的U性管体结构，所述预埋检测管1包含的两相邻且平行的管体分别位于植种区6的两侧，所述预埋检测管1在水平面内呈连续性分布。植种区6为植株1a的种植区域，预埋检测管1呈S型绕设各区域的植株1a的根系区域，所述预埋检测管包含若干相互平行设置的直线管体和若干连接两相邻直线管体端部的U型的弯管管体，在土壤水分传感器位移的过程中，所述预埋检测管1能够在直线管体的轴线方向，以及若干直线管体的排列方向形成连续性的土壤水分检测，以检测出是否存在过湿或过干的土壤区域，以针对性的对植株进行灌溉。

另外，还包括设置在活动块3上的GPS定位传感器，所述GPS定位传感器上的电缆线绕设或者绑缚在牵引绳上，且电缆线的另一端连接数据采集装置，针对于大面积的土壤检测区域，通过所述GPS定位传感器和土壤水分传感器的配合使用，能够准确的检测出各个土壤水分含量数据所对应的地理位置，也可根据该数据人工进行连续性的含水量曲线绘制。

如附图3至附图7所示，所述预埋检测管1包括内管体11和外侧板10，所述内管体11为空心管体结构，所述活动块3活动设置在内管体11的内腔中，两个所述外侧板10沿内管体11的轴线对称设置在内管体11的两外侧壁上，两个所述外侧板10形成呈拱桥状结构，所述内管体11位于两拱桥状外侧板的内侧下方，所述内管体11通过外侧板10支撑在底层土壤层上，所述外侧板10、底层土壤层与内管体11壁体之间形成没有土壤颗粒的空隙区域14，所述预埋检测管1周围的土壤中的水汽向该空隙区域14自由扩散；同时，通过两个侧板和内管体的结构组合，能够有效的避免土壤颗粒对通孔的堵塞，保证土壤水分传感器的正常检测，以及活动块3的顺畅通行，所述内管体11的壁体上沿轴向开设有若干通孔9，所述内管体11的内腔通过通孔9与空隙区域14连通。

两个所述外侧板10之间横置有阻隔板7，所述阻隔板7为钢丝材质的网状结构，所述阻隔板7压覆在底层土壤层上，通过阻隔板7能保证水汽进入空隙区域14，且有效的减少土壤颗粒进入至空隙区域14内，所述阻隔板7的高度高于外侧板10的底端，所述外侧板10位于阻隔板7以下的板体形成插入部8，所述插入部8插入至底层土壤层中，以固定预埋检测管1在预埋坑道中的位置。

如附图4和附图7所示，所述内管体11的内壁上一体设置有周向限位部20，所述周向限位部20向内管体11的轴心方向凸出，所述周向限位部20朝向轴线的一侧面为水平的限位面19，所述限位面19限位活动块3的周向转动，且导向活动块的滑动位移，防止活动块3在滑动过程中而导致牵引绳2扭转打结的状况，保证活动块3的顺畅运行。所述活动块3包含容置内腔21，所述土壤水分传感器5设置在所述容置内腔21内，所述容置内腔21的壁体上开设有若干透气孔15，所述容置内腔21通过透气孔15与空隙区域14连通。

如附图4、6、8所示，所述活动块3为柔性材质的柱体结构，例如橡胶棒等，柔性材质的活动块3能够保证活动块在预埋检测管1的弯管管体部分顺畅的通行，所述活动块3上、下两侧壁上凹设有滚珠凹槽16，所述滚珠凹槽16与限位面19对应设置，所述滚珠凹槽16内滚动设置有若干滚珠17，所述限位面19对应滚珠凹槽16凹设有导向槽18，所述滚珠17滚动在导向槽18内，以保证活动块3的顺畅通行。

一种土壤内水分连续性检测方法，包括以下步骤：

S1：在待测的土壤区域挖开一个预埋坑道，并铺平底层土壤层，将预埋检测管1铺设在该预埋坑道内，所述绕线驱动机构5埋设在预埋坑道内，或设置在预埋坑道外的土壤地面上；

S2：所述外侧板10插入至底层土壤层内，所述阻隔板7压覆在底层土壤层上方，在阻隔板7、两个外侧板10和内管体10形成一个没有土壤颗粒的空隙区域14，所述预埋检测管1周围的土壤中的水汽向该空隙区域14自由扩散，柔性的所述活动块3通过两绕线驱动机构5卷绕或放线所述牵引绳2在预埋检测管1内沿预埋检测管轴线方向往复滑动位移，所述土壤水分传感器检测所经路径上的水分含量；

S3：所述土壤水分传感器4置于活动块3的内腔中，且所述土壤水分传感器4检测预埋检测管1内的水分含量，所述土壤水分传感器上的电缆线绕设或者绑缚在牵引绳2上，且电缆线的另一端连接数据采集装置，所述土壤水分传感器4通过活动块在内管体11内往复滑动位移；

S4：所述内管体11的内壁上一体设置有周向限位部20，所述周向限位部20限位活动块3的轴向转动，且导向活动块3的滑动位移，所述活动块3上的滚珠减小活动块与内管体的摩擦阻力；

S5：回填土壤颗粒至预埋坑道内。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种土壤内水分连续性检测系统，其特征在于：包括预埋检测管（1）、牵引绳（2）、活动块（3）、土壤水分传感器（4）和绕线驱动机构（5），所述预埋检测管（1）预先埋设在植株（1a）下方的土壤内，所述预埋检测管（1）靠近植株（1a）的根系区域，所述预埋检测管（1）内活动设置有活动块（3），所述活动块（3）上设置有土壤水分传感器（4），两段所述牵引绳（2）的一端分别沿预埋检测管（1）的轴线方向连接在活动块（3）的两侧，且两段所述牵引绳（2）的另一端分别伸出至预埋检测管（1）的两端并连接设置有绕线驱动机构（5），所述活动块（3）通过两绕线驱动机构（5）卷绕或放线所述牵引绳（2）在预埋检测管（1）内沿轴线方向往复滑动位移；

所述预埋检测管（1）包括内管体（11）和外侧板（10），所述内管体（11）为空心管体结构，所述活动块（3）活动设置在内管体（11）的内腔中，两个所述外侧板（10）沿内管体（11）的轴线对称设置在内管体（11）的两外侧壁上，两个所述外侧板（10）呈拱桥状结构，所述内管体（11）通过外侧板（10）支撑在土壤上，所述外侧板（10）、底层土壤层与内管体（11）壁体之间形成空隙区域（14）；所述内管体（11）的壁体上开设有若干通孔（9），所述内管体（11）的内腔通过通孔（9）与空隙区域（14）连通；

两个所述外侧板（10）之间横置有阻隔板（7），所述阻隔板（7）为网状结构，所述阻隔板（7）压覆在底层土壤层上；

所述内管体（11）的内壁上一体设置有周向限位部（20），所述周向限位部（20）向内管体（11）的轴心方向凸出，所述周向限位部（20）朝向轴线的一侧面为限位面（19），所述限位面（19）限位活动块（3）的周向转动；

所述活动块（3）为柔性材质的柱体结构，所述活动块（3）上、下两侧壁上凹设有滚珠凹槽（16），所述滚珠凹槽（16）与限位面（19）对应设置，所述滚珠凹槽（16）内滚动设置有若干滚珠（17），所述限位面（19）对应滚珠凹槽（16）凹设有导向槽（18），所述滚珠（17）滚动在导向槽（18）内；

所述预埋检测管（1）为呈连续性的“S”型管体结构，所述预埋检测管（1）包含的两相邻且平行的管体分别位于植种区（6）的两侧，所述预埋检测管（1）在水平面内呈连续性分布；

所述阻隔板（7）的高度高于外侧板（10）的底端，所述外侧板（10）位于阻隔板（7）以下的板体形成插入部（8），所述插入部（8）插入至底层土壤层中；

所述活动块（3）包含容置内腔（21），所述土壤水分传感器（4 ）设置在所述容置内腔（21）内，所述容置内腔（21）的壁体上开设有若干透气孔（15），所述容置内腔（21）通过透气孔（15）与空隙区域（14）连通。

2.根据权利要求1所述的一种土壤内水分连续性检测系统的检测方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1：在待测的土壤区域挖开一个预埋坑道，并铺平底层土壤层，将预埋检测管（1）铺设在该预埋坑道内，所述绕线驱动机构（5）埋设在预埋坑道内，或设置在预埋坑道外的土壤地面上；

S2：所述外侧板（10）插入至底层土壤层内，所述阻隔板（7）压覆在底层土壤层上方，在阻隔板（7）、两个外侧板（10）和内管体（11 ）形成一个没有土壤颗粒的空隙区域（14），所述预埋检测管（1）周围的土壤中的水汽向该空隙区域（14）自由扩散，柔性的所述活动块（3）通过两绕线驱动机构（5）卷绕或放线所述牵引绳（2）在预埋检测管（1）内沿预埋检测管轴线方向往复滑动位移，所述土壤水分传感器检测所经路径上的水分含量；

S3：所述土壤水分传感器（4）置于活动块（3）的内腔中，且所述土壤水分传感器（4）检测预埋检测管（1）内的水分含量，所述土壤水分传感器上的电缆线绕设或者绑缚在牵引绳（2）上，且电缆线的另一端连接数据采集装置，所述土壤水分传感器（4）通过活动块在内管体（11）内往复滑动位移；

S4：所述内管体（11）的内壁上一体设置有周向限位部（20），所述周向限位部（20）限位活动块（3）的轴向转动，且导向活动块（3）的滑动位移，所述活动块（3）上的滚珠减小活动块与内管体的摩擦阻力；

S5：回填土壤颗粒至预埋坑道内。

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