CN110031605A - 多功能探针式材料土体空间分布探测仪 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种既能获取土体中温度、湿度、密实度又能准确测量不同厚度土层的温度、湿度及密实度差异的测试仪器，该仪器主要包括：动力推进装置、传感器探针装置、检测数据显示装置。其主要优点在于可以同时精确测量不同土层的温度、湿度、密实度以及土层的厚度，对于需要测量土层温度、湿度、密实度及土层厚度参数的土体空间分布探测领域及其相关科研工作具有十分重要的科学意义和实际应用价值。

Description

多功能探针式材料土体空间分布探测仪

技术领域：

本发明涉及了土体空间分布探测领域，主要对土层厚度及土壤的温度、湿度及密实度进行探测。

背景技术：

土壤是生物赖以生存的基础，也是工程建设的主要对象。通过实时测量土壤特性的相关参数，可用来指导农业生产、灾害防治、工程建设等。土壤是由固相、液相和气相三相物质组成的疏松多孔体，土壤中这三类物质都具有自身的理化特质，彼此之间互相联系、互相制约，构成了一个复杂矛盾的统一体。它们之间的相互关系，使土壤处于不断的变化之中，因而形成不同的土壤结构，影响着土壤的物理化学性质，进而影响土壤湿度、温度及密实度。土壤密实度是土壤重要的物理性状之一，也是土壤孔隙特征和通透性的直观反映；土壤通透性是衡量土壤中三相物质存在状态和容积比例的重要特征，其好坏主要决定于土壤的总孔隙度、孔隙连接性和通气孔隙度的大小，对土壤的理化和生物学过程、植物的根系通透性及水分养分的含有量等因素都有明显的调控作用。

发明内容：

本发明涉及的一种土层厚度及土壤中的湿度、温度及密实度的检测系统装置，由动力推进装置、传感器探针装置及检测数据显示组成。

1、动力推进装置

动力推进装置由锥齿轮及圆柱齿轮组成，可以通过手柄驱动锥齿轮进而驱动中心轴向下移动并推动探杆进入土体内。可以精确控制探杆进入土层的深度。

2、传感器探针装置

传感器探针装置安装在主驱动轴下端，并由法兰结构连接3个探杆，温度、湿度及密实度传感器安装在不同的探杆上，在探杆进入土体内部一定深度之时，便可测出对应深度土层的温度、湿度及密实度。

3、检测数据显示

不同传感器测得数据通过数模转换，可以实时、精确的显示出来，便于观察与记录。

本发明具有以下优点

1、能够实现土壤湿度、温度及密实度的精确检测。

2、能根据用户的需求调节探杆进入土层的速度，并结合不同土层的温度、湿度及密实度 的差异，识别出不同土层的厚度。

3、能够实时显示传感器采集到的土壤数据。

4、能够精确控制探杆进入土层的深度。

5、该系统精度高、稳定性好、操作方便，对试验测试人员没有很强的技术要求。

附图说明：

图1是本发明的整体组装结构示意图。

附图1标记说明：

1-传动锥齿轮，2-激光测距传感器，3-丝杠，4-驱动锥齿轮，5-摇杆，6-支撑架，7-支撑脚，8-探测导杆，9-传感器安装法兰，10-连杆，11-单片机、12-显示屏、13-电源。

具体实施方式：

以下结合附图1对本发明的技术方案进一步说明：

1、动力推进装置

该动力推进装置主要由手动摇杆5、驱动锥齿轮4、传动锥齿轮1及丝杠3组成。通过转动摇杆给驱动锥齿轮施加一定的力使得传动锥齿轮可以带动丝杠向下运动，实现了旋转运动向直线运动的转化，同时使探测杆8获得了向下进入土层的动力，而且传动锥齿轮1内孔与丝杠3进行螺纹啮合，实现了对丝杠3向下运动距离的精确控制。

2、传感器探针装置

传感器探针装置安装在动力推进装置的下部，并有一连接杆10连接，底部安装法兰结构 9，以便于多个探测导杆8的安装。每个探测导杆8中都固定一个检测传感器，当探测导杆8 进入土层时，可以通过激光测距传感器2获得探测导杆进入土层深度的具体值，与之同时也可以获得土壤中的湿度、温度及密实度参数，本装置也为机构优化与扩展提供了足够的空间。

3、检测数据显示装置

机构中的显示屏12可以同时显示探测导杆8进入的土壤深度值，及在该深度下土层的温度、湿度及密实度值。所以，可以在探测导杆8进入一定深度土层的过程中测量出在该深度范围内相关参数有没有发生突变，进而对土壤层的厚度进行判断。

实验系统详细使用步骤：

1、移动深度控制及测量

对于不同的土层其温度、湿度及密实度具有明显的差别，所以在丝杠3顶端设置一个激光测距传感器2，可以在丝杆3向下移动的过程中准确测定探测导杆进入土层的距离，稳定后进行读数，并记录在测试表中；

2、土层深度测量

随着探测导杆8进入土层深度不断增大的过程中，相邻两个土层的湿度、温度差别较小，无法作为不同土层分界的判断参数，但是土壤密实度可以作为一个很好的参数对土层深度进行判断，所以在探测导杆8进入土层的过程中，土壤密实度值发生突变时所对应的探测导杆 8进入土层的深度就是不同土层的分界点；

3、结束实验

当实验结束时，要根据探测导杆8进入土层的深度，选择摇杆5的速度，防治在探测导杆8向上拔出的过程中被折弯，对后续实验精度造成严重的影响，探测导杆8拔出时可以缓慢反向摇动摇杆5，即可以实现探测导杆8的反向运动，待探测导杆8完全脱离土层，即可停止摇杆5的运动。

Claims (1)

1.一种多功能探针式材料土体空间分布探测仪，其特征在于，由动力推进装置、传感器探针装置、检测数据显示装置组成；所述动力推进装置由手动摇杆5、驱动锥齿轮4、传动锥齿轮1及丝杠3组成；所述传感器探针装置由连接杆10、安装法兰9、探测导杆8组成；所述检测数据显示装置由单片机11、显示屏12、电源13组成；该检测装置中动力推进装置采用锥齿轮啮合的方式实现了圆周运动向水平运动的转换，以及螺纹啮合的方式实现了对直线运动距离的精确控制、手动摇杆5使该测试仪有了更广阔的使用环境，可以更加简便、快捷的对土层温度、湿度、密实度进行检测；传感器探针装置集合了温度传感器、湿度传感器及土壤密实度传感器，通过探测杆8进入土壤中获得土壤的相关参数。