CN112834727A - 地表环境监测仪 - Google Patents

Abstract

本申请涉及地表环境监测技术领域，具体而言，涉及一种地表环境监测仪,其包括：湿度检测装置，包括第一部分和第二部分，第一部分用于埋置于地下，第二部分用于露出地面，第一部分设有湿度传感器，湿度传感器用于检测土壤湿度，并将检测结果转化为电信号发出；水位检测装置，安装于第二部分的顶部；配重装置，环绕第二部分，用于抵触地面。其中位于第一部分的湿度传感器能够始终与土壤接触，而位于第二部分便于将水位检测装置固定在地表，同时环绕第二部分设置的配重装置，能够抵触于地面，以增大底部的支持力，从而避免土壤对第一部分的约束力较小、而地上整体的重量较大时出现倾翻的情况。

Description

地表环境监测仪

技术领域

本申请涉及地表环境监测技术领域，具体而言，涉及一种地表环境监测仪。

背景技术

过湿地表环境中，水位高度和土壤湿度的测量，对于模拟和刻画这一特殊生态环境背景下的水文生态过程具有重要作用。由于过时地表的土壤并不结实，目前用于过湿地表环境中的监测设备容易出现底端不稳而倾覆的情况。

发明内容

本申请旨在提供一种地表环境监测仪，以解决现有技术中的地表环境监测设备由于土壤较软容易倾覆的问题。

本申请的实施例是这样实现的：

第一方面，本申请实施例提供一种地表环境监测仪，其包括：

湿度检测装置，包括第一部分和第二部分，所述第一部分用于埋置于地下，所述第二部分用于露出地面，所述第一部分设有湿度传感器，所述湿度传感器用于检测土壤湿度，并将检测结果转化为电信号发出；

水位检测装置，安装于所述第二部分的顶部；

配重装置，环绕所述第二部分，用于抵触地面。

本申请的地表环境监测仪，通过将湿度检测装置设置为位于地上和地下的两部分，其中位于地下的第一部分设置湿度传感器，以保证湿度传感器能够始终处于地下以检测土壤湿度，而位于地上的第二部分作为安装水位检测装置的基础，以便水位检测装置能够固定在地表，实现水位高度测量，同时环绕第二部分设置的配重装置，能够抵触于地面，以增大底部的支持力，从而避免土壤对第一部分的约束力较小、而地上整体的重量较大时出现倾翻的情况，解决现有技术中地表环境监测设备由于土壤较软容易倾覆的问题。

在本申请的一种实施例中，可选地，所述配重装置包括配重篮和配重块，所述第二部分穿设于所述配重篮，所述配重块放置于所述配重篮。

在上述技术方案中，配重篮为镂空结构，地表水能够穿过配重篮，以免配重篮受到浮力过大而拔出第一部分，还能够通过配重块调节整体配重，以提高底部稳定性。

在本申请的一种实施例中，可选地，所述第一部分为插杆，所述插杆的底端为尖端，所述插杆的顶端连接所述第二部分。

在上述技术方案中，通过将第一部分设置为具有尖端的插杆，以方便第一部分插入地下，在配重装置的作用下，插杆能够地矗立在地表，从而该地表环境监测仪既方便安装，且安装又稳定。

在本申请的一种实施例中，可选地，所述水位检测装置包括水位架、浮块和标尺，所述水位架的底端连接于所述第二部分，所述水位架形成有滑槽，所述标尺形成在所述水位架的表面并沿所述滑槽设置，所述浮块可滑动地设置于滑槽。

在上述技术方案中，通过将水位检测装置设置为水位架、浮块和标尺的结构，浮块能够随水位高度变化而浮动，监测人员参照标尺能够获知浮块的升降高度，从而能够直观的获知水位的升降情况。

在本申请的一种实施例中，可选地，所述湿度检测装置形成有导向孔和调节螺孔，所述导向孔和所述调节螺孔的开口均位于所述第二部分，所述水位架的底端设有导向杆和调节螺杆，所述导向杆与所述导向孔滑动配合，所述调节螺杆与所述调节螺孔配合以调节所述水位架的高度。

过湿地表环境的水位高度的不确定性较大，即同一测量点处有时被水淹没，有时并无积水，在上述技术方案中，水位架与第二部分通过调节螺杆和调节螺孔连接，能够调节水位架的高度，从而调节标尺的位置，以实现水位检测的零度位置调节，导向孔和导向杆配合以提高水位架和第二部分的连接稳定性。

在本申请的一种实施例中，可选地，所述滑槽形成有四个开口，所述四个开口两两相对，每个开口均沿所述滑槽延伸。

在上述技术方案中，地表水能够从四个开口进入滑槽，浮块在各个方向上受到的浮力一致，以免由于浮块受力不均，而致使浮块与滑槽的内壁干涉。

在本申请的一种实施例中，可选地，所述水位检测装置还包括至少一个指向标，所述至少一个指向标用于指示所述标尺的刻度，所述至少一个指向标穿过所述滑槽上的开口连接所述浮块。

在上述技术方案中，通过设置连接浮块的指向标，进一步方便监测人员从外部直观查看水位升降情况。

在本申请的一种实施例中，可选地，所述滑槽的内壁或者所述浮块的表面设有滚珠，所述滚珠位于所述滑槽与所述浮块的接触位置。

在上述技术方案中，浮块与滑槽通过滚珠接触，浮块受到的摩擦力更小，能够更为灵敏地反应水位上升情况，以提升检测灵敏度。

在本申请的一种实施例中，可选地，所述滑槽的内壁上还设有水位传感器，所述水位传感器用于检测地表水位高度，并将检测结果转化为电信号发出。

在上述技术方案中，监测人员能够在远处接收水位传感器的检测结果，从而获知地表水位的高度，并且监测人员还可以比对水位传感器的检测结果和通过人工读取标尺上指示的浮块变化情况，以便进一步确认水位情况，以及方便双向比对校准。

在本申请的一种实施例中，可选地，所述地表环境监测仪还包括太阳能电池板，所述太阳能电池板安装于所述水位检测装置的顶部，所述太阳能电池板用于向所述湿度检测装置和所述水位检测装置供电。

在上述技术方案中，地表环境监测仪工作时，太阳能电池板持续向湿度检测装置和水位检测装置供电，以使地表环境监测仪长期处于电量充足的工作状态，提高监测准确度。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本申请实施例提供的地表环境监测仪的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的地表环境监测仪的检测系统结构示意图；

图3为本申请实施例提供的湿度检测装置的结构示意图；

图4为本申请实施例提供的水位检测装置的结构示意图；

图5为图3的A部分放大图；

图6为本申请实施例提供的浮块的结构示意图。

图标：100－湿度检测装置；110－第一部分；111－湿度传感器；120－第二部分；121－调节螺孔；122－导向孔；200－水位检测装置；210－水位架；211－滑槽；212－开口；213－导向杆；214－调节螺杆；220－浮块；221－第一肋条；222－第二肋条；230－标尺；240－指向标；250－滚珠；300－配重装置；310－配重篮；400－太阳能电池板；500－蓄电池；600－单片机；700－无线收发模块。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

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定义和解释。

在本申请的描述中，需要说明的是，若出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，本申请的描述中若出现术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，本申请的描述中若出现术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

实施例

本实施例提供一种地表环境监测仪，该监测仪能够兼具土壤湿度检测功能和水位高度检测功能，即使地表土壤较软，也能够稳固地安装于地面，以实现湿度检测和水位高度检测，从而不仅能够用于监测普通的地表环境，还能够用于监测过湿地表环境。

如图1所示，该地表环境监测仪包括湿度检测装置100、水位检测装置200、配重装置300和太阳能电池板400，湿度检测装置100设有湿度传感器111，水位检测装置200设有水位传感器。

其中湿度检测装置100用于埋置在地下，水位检测装置200安装于湿度检测装置100，以便能够矗立于地面检测水位，配重装置300设置在水位检测装置200上，以用于抵触地面，以增大底部的支持力，从而避免土壤约束力较小、而整体的重量较大时出现倾翻的情况，使本地表环境监测设备能够稳定地设置在土壤较软的过湿地表环境。

在地表环境监测仪中还安装有单片机600和蓄电池500，如图2所示，单片机600、水位传感器和湿度传感器111电连接，水位传感器将检测到的水位高度结果转化为电信号传递给单片机600，湿度传感器111将检测到的土壤湿度结果转化为电信号传递给单片机600，单片机600设有无线收发模块700，以将检测结果发出，方便监测人员远程监测。

太阳能电池板400将光能转化为电能并传递给蓄电池500储存，蓄电池500用于向单片机600、水位传感器和湿度传感器111供电，以使其长期处于电量充足的工作状态，提高监测准确度。

湿度检测装置100的结构请参见图3，包括第一部分110和第二部分120，其中第一部分110用于埋置在地下，第二部分120露出地面，湿度传感器111设置在第一部分110，以便能够保持与土壤接触。

第二部分120用于安装水位检测装置200和配重装置300。

配重装置300环绕于第二部分120，当地面以上的部分向任意方向倾斜时，配重装置300都能够抵触并支撑在地面，以防止地表环境监测仪向任意方向倾覆。

配重装置300包括配重篮310和配重块，配重篮310的中心设有通孔，第二部分120穿设固定于配重篮310的中心的通孔，配重块则放置在配重篮310中，为便于观察配重篮310的结构，图中未示出配重块，配重块可以是石块、铁块、沙袋等任意不溶于水的高密度物体。

由于配重篮310为镂空结构，地表水能够穿过配重篮310。有效避免配重篮310受到浮力过大，避免第一部分110被浮力向上拔出。并且，还能够根据土壤情况设置配重块，以调节整体配重，从而提高地表环境监测仪的底部稳定性。

于一实施例中，第一部分110和第二部分120都可以是面积较大的固定座体，以提高底部稳定性，防止侧倾。

在本实施例中，为方便安装，使本地表环境监测仪既能够较为方便地安装于土壤相对紧实的普通地表环境，又能够安装于土壤相对较软的过湿地表环境，第一部分110被设置为具有尖端的插杆。插杆的简单能够方便破开土壤，以使第一部分110较为容易地插入地下。在前述的配重装置300的作用下，插杆能够地矗立在地表，从而该地表环境监测仪既方便安装，且安装又稳定。

并且，插杆和配重篮310的配合结构，使得位于地面以下的第一部分110质量较轻，在土壤较软时，例如在沼泽地带、具有淤泥的荷塘时，第一部分110不容易出现质量过大而下沉的情况，并且配重篮310还能够浮在地表，进一步阻止整体下沉。

另外，前述的湿度传感器111设置在插杆的尖端的锥形体上，以进一步确保湿度传感器111与土壤保持接触。

为防止湿度传感器111在第一部分110插入地下时受损，锥形体的锥顶采用质地较硬的材质制成，如铁、钢、聚四氟乙烯等。

水位检测装置200如图4所示，包括水位架210。

水位架210的底端连接于第二部分120，水位架210的顶端安装前述的太阳能电池板400，以使太阳能电池板400处于整个地表环境监测仪的顶端，避免遮挡光照。太阳能电池板400可以是倾斜设置，以便能够朝向光照最强的方向。

前述的水位传感器的检测线路沿水位架210布置。

为保护检测线路，防止检测线路裸露，水位架210内部形成有滑槽211，水位传感器的检测线路布置在滑槽211的内壁上。

为方便监测人员在现场直观的获取水位高度情况，并方便与水位传感器的检测结果对比，以校准水位传感器。

水位检测装置200还包括浮块220和标尺230，浮块220可滑动地设置于滑槽211，标尺230设置在水位架210的表面，并沿滑槽211布置。

地表水进入滑槽211，浮块220能够随水位高度变化而浮动，监测人员参照标尺230能够获知浮块220的升降高度，从而能够直观的获知水位的升降情况。

为使浮块220在各个方向上受到的浮力一致，以免浮块220受力不均，导致出现浮块220倾斜，或与滑槽211的内壁干涉，进一步地，滑槽211形成有四个开口212，请再参见图4，由于遮挡关系，图4中示出了两个开口212，本领域技术人员可以想见，水位架210上还具有另外两个开口212与这两个开口212相对。

也就是说，水位架210上具有四个两两相对的开口212，每个开口212都沿滑槽211延伸，这四个开口212都能够连通外界和滑槽211，地表水能够从四个开口212进入滑槽211，使浮块220在各个方向上受到的浮力一致。

为提高浮块220的灵敏度，在滑槽211的内壁或者浮块220的表面设有滚珠250，使滑槽211与浮块220通过滚珠250接触。这样一来，浮块220受到的摩擦力更小，浮动时受到的阻力小，能够更为灵敏地反应水位上升情况，以提升检测灵敏度。

为进一步便于观测，水位检测装置200还设有用于指示标尺230刻度的指向标240，指向标240的数量可以为一个或多个，指向标240穿过滑槽211上的开口212连接浮块220。

在一些实施例中，指向标240可以是套设在水位架210上的环形，环形的指向标240通过螺钉连接于浮块220。

在本实施例中，指向标240为弧形，其厚度由中间向两端逐渐减小，从而其尖端的体积小，指示目标更明确，从而起到更好的指示效果，提高观测准确度。

为更好地配合指向标240，水位架210的表面在开口212两侧形成弧面，也即标尺230所在的位置形成弧面。弧面不仅使得指向标240与水位架210配合更好，而且，弧面还使得标尺230的可观测角度增大，进一步方便监测人员观察。

在一些实施例中，前述的滑槽211可以是横截面为矩形的条形槽，四个开口212形成在矩形的四边上，而浮块220为横截面呈矩形的块状。

在本实施例中，前述的滑槽211的横截面为十字形，十字形的四个端部分别形成前述的开口212，而浮块220也为横截面呈十字形的块状。

如图5所示，矩形块的一对侧面分别形成凸起的第一肋条221，矩形块的另一对侧面分别形成凸起的第二肋条222，滑槽211的两组相对的内壁夹持两个第一肋条221，而使第二肋条222与滑槽211形成间隙。

前述的滚珠250均形成在第一肋条221上，而第二肋条222则与滑槽211的内壁不接触，从而减少浮块220与滑槽211的接触面积，进一步减小摩擦力，提升浮块220的灵敏度。

湿度检测装置100和湿度检测装置100可以是固定连接，也可以是可拆卸连接。

本实施例中，湿度检测装置100和湿度检测装置100可拆卸地滑动连接。由于过湿地表环境的水位高度的不确定性较大，即同一测量点处有时被水淹没，有时并无积水，湿度检测装置100和湿度检测装置100可拆卸地滑动连接，能够便于调节水位架210的零度位置。

此处所说的零度位置，由监测人员确定，比如是监测开始时的起始水位，或者是该地区的平均水位高度等，而对应到水位架210上，该位置可以在标尺230的底端或中部等任意位置。

图4中可见，水位架210的底端设有导向杆213和调节螺杆214。

图6中可见，湿度检测装置100形成有导向孔122和调节螺孔121，导向孔122和调节螺孔121的开口212均位于第二部分120。

水位架210底端的导向杆213滑插至导向孔122，水位架210底端的调节螺杆214与调节螺孔121配合以固定所述水位架210的高度。

为使滑动顺畅，导向孔122中设有直线轴承，导向孔122插入直线轴承的内圈。

当需要调节水位架210的高度时，将调节螺杆214转出调节螺孔121以升高水位架210，或者将调节螺杆214转入调节螺孔121以降低水位架210，两个导向杆213在其相应的导向孔122中伸缩，以在滑动时提高，湿度检测装置100和湿度检测装置100的连接稳定性。

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

Claims (10)

1.一种地表环境监测仪，其特征在于，包括：

湿度检测装置，包括第一部分和第二部分，所述第一部分用于埋置于地下，所述第二部分用于露出地面，所述第一部分设有湿度传感器，所述湿度传感器用于检测土壤湿度，并将检测结果转化为电信号发出；

水位检测装置，安装于所述第二部分的顶部；

配重装置，环绕所述第二部分，用于抵触地面。

2.根据权利要求1所述的地表环境监测仪，其特征在于，所述配重装置包括配重篮和配重块，所述第二部分穿设于所述配重篮，所述配重块放置于所述配重篮。

3.根据权利要求1所述的地表环境监测仪，其特征在于，所述第一部分为插杆，所述插杆的底端为尖端，所述插杆的顶端连接所述第二部分。

4.根据权利要求1所述的地表环境监测仪，其特征在于，所述水位检测装置包括水位架、浮块和标尺，所述水位架的底端连接于所述第二部分，所述水位架形成有滑槽，所述标尺形成在所述水位架的表面并沿所述滑槽设置，所述浮块可滑动地设置于滑槽。

5.根据权利要求4所述的地表环境监测仪，其特征在于，所述湿度检测装置形成有导向孔和调节螺孔，所述导向孔和所述调节螺孔的开口均位于所述第二部分，所述水位架的底端设有导向杆和调节螺杆，所述导向杆与所述导向孔滑动配合，所述调节螺杆与所述调节螺孔配合以调节所述水位架的高度。

6.根据权利要求4所述的地表环境监测仪，其特征在于，所述滑槽形成有四个开口，所述四个开口两两相对，每个开口均沿所述滑槽延伸。

7.根据权利要求6所述的地表环境监测仪，其特征在于，所述水位检测装置还包括至少一个指向标，所述至少一个指向标用于指示所述标尺的刻度，所述至少一个指向标穿过所述滑槽上的开口连接所述浮块。

8.根据权利要求4所述的地表环境监测仪，其特征在于，所述滑槽的内壁或者所述浮块的表面设有滚珠，所述滚珠位于所述滑槽与所述浮块的接触位置。

9.根据权利要求4所述的地表环境监测仪，其特征在于，所述滑槽的内壁上还设有水位传感器，所述水位传感器用于检测地表水位高度，并将检测结果转化为电信号发出。

10.根据权利要求1所述的地表环境监测仪，其特征在于，所述地表环境监测仪还包括太阳能电池板，所述太阳能电池板安装于所述水位检测装置的顶部，所述太阳能电池板用于向所述湿度检测装置和所述水位检测装置供电。

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