CN112129924A - 一种土壤水分原位自动监测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种土壤水分原位自动监测装置,涉及土壤水分参数测量技术领域,包括空心钻杆、水分监测结构、瓶盖状连接座和电机,水分监测结构放置在空心钻杆内,电机安装在瓶盖状连接座的外底面上,空心钻杆的尾端插入瓶盖状连接座、并通过螺栓固定在瓶盖状连接座内,电机上设置有扶手,空心钻杆的尾端设有带阶梯的连接套。本发明的装置操作简单,携带方便,土壤水分监测省时省力,对土壤破坏小,并且能够同时对不同土层的含水量进行监测、储存和显示;此外,同一土层设有两个水分监测器,当个别监测探针运行出现状况时,不会影响该土层的土壤信息的监测,且维修方便快捷,能够提高装置的使用稳定性和灵活性。
Description
技术领域
本发明涉及土壤水分参数测量技术领域,尤其涉及一种土壤水分原位自动监测装置。
背景技术
土壤水是地球表层系统的重要组成部分,作为地表不同圈层物质和能量输移、转化的纽带和驱动力,调控着陆地表层系统一系列的生态、水文、气候和地质等过程。土壤水分的时空动态特征对表征和模拟地表水文过程、生态系统结构和功能演变,生物地球化学过程具有重要意义。土壤含水量作为土壤的一个重要物理参数,是水循环、植物生长、土壤承载能力等科学研究中不可缺少的基本资料。对土壤水分状况的监测工作,已被农业、林业、水利等多学科的研究者所重视。目前,测量土壤水分的方法有烘干称重法、张力计法、电阻法、中子仪法及时域反射仪法(TDR)等。
烘干称重法是测量土壤水分最经典、准确的方法,该方法可直接测定土壤重量含水率,但一般均为人工操作,费时费力,且扰动测定点的土壤,不利于原位连续测定,取样过程会造成蒸发误差。张力仪法只能测定土壤的基质势,根据已知土壤水分特征曲线,才能求得土壤含水量,且只能测定0-85kPa土壤吸力。石膏电阻块法测定结果常受土壤类型、土壤溶液浓度变化的影响,在土壤较干时,反映不灵敏。时域反射仪法(TDR)是新近发展起来的测定土壤含水量的方法,因其快速、准确、操作简便,并可实现定点自动监测土壤水分动态变化等特点,被誉为测定土壤水分的最先进的方法。其缺点是TDR仪器价格昂贵售价较高,只适用于国内少数的高等学校和科研院所开展科学研究,而很难大量在农田土壤墒情监测及其他有关生产实践中应用。此外,由于土壤水分存在较强的时空异质性,因此土壤水分的自动监测显得尤为重要。一种较常用的方法是通过安装自动监测探针,来获取高频、连续的土壤水分信息。但是,以往安装土壤水分监测探针,主要是通过挖掘土壤剖面,将监测探针插入目标土层,然后将土壤回填的方式进行。但是,这种方法费时费力,对土壤破坏较大,并且,土壤水分监测深度有限,此外,当个别监测探针运行出现状况时,维修困难。
发明内容
鉴于此,本发明的目的是提供一种土壤水分原位自动监测装置,使土壤水分含量监测装置轻便易带、成本投入低,使用、维修方便,对土壤破坏小,能够同时对多个土层的含水量进行自动连续监测、储存和显示。
本发明通过以下技术手段解决上述技术问题:
一种土壤水分原位自动监测装置,包括空心钻杆、水分监测结构、瓶盖状连接座和电机,水分监测结构放置在空心钻杆内,电机安装在瓶盖状连接座的外底面上,空心钻杆的尾端插入瓶盖状连接座、并通过螺栓固定在瓶盖状连接座内,电机上设置有扶手,空心钻杆的尾端设有带阶梯的连接套,水分监测结构包括瓶盖状密封座和圆柱杆,圆柱杆连接在瓶盖状密封座的内底面上,瓶盖状密封座的外底面上安装有数据采集器;
圆柱杆内中部开设有U型缺口,U型缺口的中部卡设有安装柱,安装柱的中心位置开设有贯穿孔,贯穿孔内插设有螺杆,螺杆的一端与U型缺口的底部转动连接,螺杆的另一端延伸至瓶盖状密封座内,瓶盖状密封座的侧面开设有调节缺口,调节缺口内插设有调节手柄,调节手柄的一端与螺杆固定连接,另一端延伸出瓶盖状密封座,安装柱的两侧开设有两列与贯穿孔相通的盲孔,两列盲孔前后交错设置,两列盲孔两两位于同一平面上,盲孔内分别插设有齿条,两两位于同一平面上的两个盲孔内的齿条分别从螺杆的两侧与螺杆啮合;齿条延伸出盲孔的一端固定连接有定位卡套,定位卡套内插设有安装挡板,安装挡板的正面上垂直安装有多个水分监测器,多个水分监测器分别与数据采集器相连。
本装置将钻孔机和检测器结合为一体,且操作简单,携带方便。使用时通过先钻取土孔,然后将水分监测结构放入土孔,此方法省时省力,对土壤破坏小,并且能够同时对不同土层的含水量进行监测,此外,同一土层设有两个水分监测器,当个别监测探针运行出现状况时,不会影响该土层的土壤信息的监测,且维修方便快捷,能够提高装置的使用稳定性和灵活性。
进一步,安装挡板上滑动套接有多个U型卡套,多个水分监测器一一安装于多个U型卡套上,多个U型卡套上分别设有定位螺栓。通过U型卡套将水分监测器安装在安装挡板上,可以根据研究土层的厚度调节各个水分监测器之间的间距,以及水分监测器的更换,使装置的使用更加灵活。
进一步,连接套的外周设有多个定位滑轨,瓶盖状连接座内设有与定位滑轨相匹配的定位滑槽。如此设计更加方便于快速对准螺纹孔,便于螺栓固定,且能够降低在钻孔过程中螺栓的收到的扭力,能够防止螺栓变形,提高装置的耐久性。
进一步,安装挡板上设有刻度尺。刻度尺的设计可以根据研究土层的厚度快速精准地调节各个水分监测器之间的间距,无需借助外界工具。
进一步,安装柱的两侧分别设有限位导轨,U型缺口的两侧设有与限位导轨相匹配的限位滑槽,安装柱通过限位导轨与限位滑槽配合可拆卸地安装在U型缺口内。如此设计更加方便于装置的装配和拆卸,能够提高装配效率和维护便捷性。
进一步,空心钻杆的前端设有圆弧形切割刀,圆弧形切割刀设置有两副,两副圆弧形切割刀呈十字交叉设置。十字交叉设置的圆弧形切割刀具有强力的切割作用,在遇到树根时可以快速将其切断,保证钻孔的正常进行。
进一步,瓶盖状密封座的直径大于空心钻杆的杆径。使用时,可以将瓶盖状密封座插入钻孔的周围土壤,防止外来水直接灌入钻孔内,以保证土壤水分信息监测结果的准确性和真实性。
进一步,圆柱杆通过螺纹连接的方式与瓶盖状密封座连接。如此设计可以快速拆卸掉瓶盖状密封座,当个别水分监测器运行出现状况时,以便于快速取出安装挡板,并对其上安装的水分监测器进行维修。
本发明的有益效果:
本发明将钻孔机和检测器结合为一体,且操作简单、成本投入低、携带方便。使用时通过先钻取土孔,然后将水分监测结构放入土孔,此方法省时省力,对土壤破坏小,并且能够同时对不同土层的含水量进行自动连续监测、储存和显示;此外,同一土层设有两个水分监测器,当个别监测探针运行出现状况时,不会影响该土层的土壤信息的监测,且维修方便快捷,能够提高装置的使用稳定性和灵活性。
附图说明
图1是本发明的结构示意图;
图2是本发明的分解示意图;
图3是本发明图2中A-A处的剖视图;
图4是本发明使用状态下的局部示意图;
图5是本发明图2中B处局部放大图;
其中,空心钻杆1、水分监测结构2、瓶盖状密封座202、圆柱杆203、瓶盖状连接座3、电机4、螺栓5、扶手6、连接套7、数据采集器8、U型缺口9、安装柱10、贯穿孔11、螺杆12、调节缺口13、调节手柄14、盲孔15、齿条16、定位卡套17、安装挡板18、水分监测器19、U型卡套20、定位螺栓21、定位滑轨22、刻度尺23、限位导轨24、限位滑槽25、圆弧形切割刀26。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明进行详细说明:
如图1-图5所示,一种土壤水分原位自动监测装置,包括空心钻杆1、水分监测结构2、瓶盖状连接座3和电机4,水分监测结构2放置在空心钻杆1内,电机4安装在瓶盖状连接座3的外底面上,空心钻杆1的尾端插入瓶盖状连接座3、并通过螺栓5固定在瓶盖状连接座3内,电机4上设置有扶手6,空心钻杆1的尾端设有带阶梯的连接套7,水分监测结构2包括瓶盖状密封座202和圆柱杆203,圆柱杆203连接在瓶盖状密封座202的内底面上,瓶盖状密封座202的外底面上安装有数据采集器8;
圆柱杆203内中部开设有U型缺口9,U型缺口9的中部卡设有安装柱10,安装柱10的中心位置开设有贯穿孔11,贯穿孔11内插设有螺杆12,螺杆12的一端与U型缺口9的底部转动连接,螺杆12的另一端延伸至瓶盖状密封座202内,瓶盖状密封座202的侧面开设有调节缺口13,调节缺口13内插设有调节手柄14,调节手柄14的一端与螺杆12固定连接,另一端延伸出瓶盖状密封座202,安装柱10的两侧开设有两列与贯穿孔11相通的盲孔15,两列盲孔15前后交错设置,两列盲孔15两两位于同一平面上,盲孔15内分别插设有齿条16,两两位于同一平面上的两个盲孔15内的齿条16分别从螺杆12的两侧与螺杆12啮合;齿条16延伸出盲孔15的一端固定连接有定位卡套17,定位卡套17内插设有安装挡板18,安装挡板18的正面上垂直安装有多个水分监测器19,多个水分监测器19分别与数据采集器8相连。
使用时可以根据土层设定厚度安装水分监测器19的个数和间距,当个别水分监测器19出现故障时,可以将瓶盖状密封座202拆卸掉,然抽出安装挡板18,对其上的水分监测器19进行维修即可,维修不会导致监测中断。
安装挡板18上滑动套接有多个U型卡套20,多个水分监测器19一一安装于多个U型卡套20上,多个U型卡套20上分别设有定位螺栓21。通过U型卡套20将水分监测器19安装在安装挡板18上,可以根据研究土层的厚度调节各个水分监测器19之间的间距,以及水分监测器19的更换,使装置的使用更加灵活。
连接套7的外周设有多个定位滑轨22,瓶盖状连接座3内设有与定位滑轨22相匹配的定位滑槽。如此设计更加方便于快速对准螺纹孔,便于螺栓固定,且能够降低在钻孔过程中螺栓的收到的扭力,能够防止螺栓变形,提高装置的耐久性。
安装挡板18上设有刻度尺23。刻度尺23的设计可以根据研究土层的厚度快速精准地调节各个水分监测器19之间的间距,无需借助外界工具。
安装柱203的两侧分别设有限位导轨24,U型缺口9的两侧设有与限位导轨24相匹配的限位滑槽25,安装柱203通过限位导轨24与限位滑槽25配合可拆卸地安装在U型缺口9内。如此设计更加方便于装置的装配和拆卸,能够提高装配效率和维护便捷性。
空心钻杆1的前端设有圆弧形切割刀26,圆弧形切割刀26设置有两副,两副圆弧形切割刀26呈十字交叉设置。十字交叉设置的圆弧形切割刀26具有强力的切割作用,在遇到树根时可以快速将其切断,保证钻孔的正常进行。
瓶盖状密封座202的直径大于空心钻杆1的杆径。使用时,可以将瓶盖状密封座202插入钻孔的周围土壤,防止外来水直接灌入钻孔内,以保证土壤水分信息监测结果的准确性和真实性。
进一步,圆柱杆203通过螺纹连接的方式与瓶盖状密封座202连接。如此设计可以快速拆卸掉瓶盖状密封座202,当个别水分监测器19运行出现状况时,以便于快速取出安装挡板,并对其上安装的水分监测器19进行维修。
本发明的使用方法如下:
使用时,先利用空心钻杆1和电机4在样地钻取土孔,然后拆卸掉瓶盖状连接座3上的螺栓,将空心钻杆1取下,从空心钻杆1内取出水分监测结构2并将其放入土孔内,通过调节手柄14旋转螺杆12,螺杆12通过齿条16的啮合带动螺杆12两侧的齿条16向U型缺口9的开口处运动,安装挡板18随之一起向开口处运动,安装挡板18上的水分监测器19延伸出开口并插入土层,持续对各层土层中的土壤信息进行监测,并将监测结果传送至数据采集器8进行自动存储、即时显示等;监测完毕反向转动调节手柄14,使水分监测器19收回至U型缺口9内,以保护水分监测器19,将水分监测结构2从土孔中取出然后放入空心钻杆1内,再将空心钻杆1的尾端插入瓶盖状连接座3、并通过螺栓5固定在瓶盖状连接座3内即可。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制,尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明,本领域的普通技术人员应当理解,可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换,而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围,其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。本发明未详细描述的技术、形状、构造部分均为公知技术。
Claims (8)
1.一种土壤水分原位自动监测装置,其特征在于,包括空心钻杆、水分监测结构、瓶盖状连接座和电机,所述水分监测结构放置在空心钻杆内,所述电机安装在瓶盖状连接座的外底面上,所述空心钻杆的尾端插入瓶盖状连接座、并通过螺栓固定在瓶盖状连接座内,所述电机上设置有扶手,所述空心钻杆的尾端设有带阶梯的连接套,所述水分监测结构包括瓶盖状密封座和圆柱杆,所述圆柱杆连接在瓶盖状密封座的内底面上,所述瓶盖状密封座的外底面上安装有数据采集器;
所述圆柱杆内中部开设有U型缺口,所述U型缺口的中部卡设有安装柱,所述安装柱的中心位置开设有贯穿孔,所述贯穿孔内插设有螺杆,所述螺杆的一端与U型缺口的底部转动连接,螺杆的另一端延伸至瓶盖状密封座内,所述瓶盖状密封座的侧面开设有调节缺口,所述调节缺口内插设有调节手柄,所述调节手柄的一端与螺杆固定连接,另一端延伸出瓶盖状密封座,所述安装柱的两侧开设有两列与贯穿孔相通的盲孔,两列盲孔前后交错设置,两列所述盲孔两两位于同一平面上,所述盲孔内分别插设有齿条,两两位于同一平面上的两个盲孔内的齿条分别从螺杆的两侧与螺杆啮合;所述齿条延伸出盲孔的一端固定连接有定位卡套,所述定位卡套内插设有安装挡板,所述安装挡板的正面上垂直安装有多个水分监测器,多个所述水分监测器分别与数据采集器相连。
2.根据权利要求1所述的一种土壤水分原位自动监测装置,其特征在于,所述安装挡板上滑动套接有多个U型卡套,多个所述水分监测器一一安装于多个U型卡套上,多个所述U型卡套上分别设有定位螺栓。
3.根据权利要求2所述的一种土壤水分原位自动监测装置,其特征在于,所述连接套的外周设有多个定位滑轨,所述瓶盖状连接座内设有与定位滑轨相匹配的定位滑槽。
4.根据权利要求3所述的一种土壤水分原位自动监测装置,其特征在于,所述安装挡板上设有刻度尺。
5.根据权利要求4所述的一种土壤水分原位自动监测装置,其特征在于,所述安装柱的两侧分别设有限位导轨,所述U型缺口的两侧设有与限位导轨相匹配的限位滑槽,所述安装柱通过限位导轨与限位滑槽配合可拆卸地安装在U型缺口内。
6.根据权利要求5所述的一种土壤水分原位自动监测装置,其特征在于,所述空心钻杆的前端设有圆弧形切割刀,所述圆弧形切割刀设置有两副,两副所述圆弧形切割刀呈十字交叉设置。
7.根据权利要求6所述的一种土壤水分原位自动监测装置,其特征在于,所述瓶盖状密封座的直径大于空心钻杆的杆径。
8.根据权利要求1-7任意一项所述的一种土壤水分原位自动监测装置,其特征在于,所述圆柱杆通过螺纹连接的方式与瓶盖状密封座连接。
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