CN114659938A - 一种用于土壤优先流实验的全自动测量仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于土壤优先流实验的全自动测量仪，属于土壤优先流实验配套设备的技术领域，该全自动测量仪包括：钢筒，所述钢筒的一端垂直置于土壤表面上，另一端连接有顶架；升降机，所述升降机与顶架连接，且通过该升降机驱动顶架沿所述钢筒的轴线方向作垂直升降运动；与升降机电性连接的控制终端，通过控制终端对升降机的升降运动并实时显示钢筒的土壤下降深度，以达到土壤优先流实验采用自动测量的方式，以简化实验的操作难度且提高实验数据准确性的目的。

Description

一种用于土壤优先流实验的全自动测量仪

技术领域

本发明属于土壤优先流实验配套设备的技术领域，具体而言，涉及一种用于土壤优先流实验的全自动测量仪。

背景技术

“优先流”是一个土壤水文学概念，是一种较为常见的土壤水分运动形式，与土壤入渗、地表及地下水质密切相关，是土壤水运动机制研究由均质走向非均质领域的标志。在某些条件下，水分在非饱和带中的运移不是简单的一维垂直向下流动，而是越过大部分土壤的体积沿着优先途径流动，称这种土壤中的水分流动为优先流，优先流通常分为三类：大孔隙流、漏斗流、指流。

土壤优先流是田间土壤中非常普遍的一种水分和溶质运移形式，其存在将导致溶质快速向下迁移，从而有可能引起地下水污染。土壤优先流受许多因素的控制，如土壤中的大孔隙、土壤结构、土壤质地、土壤含水量、土壤初始含水率、水和溶质的施加速率及溶质的施加方法等。

目前，土壤优先流实验中存在以下几点缺陷：

(1)由于矩形铁框四周底部为直角，不易埋入土中；

(2)将铁框埋入土中前需要沿铁框外壁挖好沟壕后再用铁锤敲击铁框顶部，耗时耗力，同时敲击过程中会对铁框造成变形损坏，并且对铁框周围土壤的扰动非常大，直接影响土壤优先流实验的准确性；

(3)在每次将铁框埋入土中前均需要对铁框内壁标出刻度线用以观察埋入土中的深度，影响实验结果的准确性。

发明内容

鉴于此，为了解决现有技术存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种用于土壤优先流实验的全自动测量仪以达到土壤优先流实验采用自动测量的方式，以简化实验的操作难度且提高实验数据准确性的目的。

本发明所采用的技术方案为：一种用于土壤优先流实验的全自动测量仪，该全自动测量仪包括：

钢筒，所述钢筒的一端垂直置于土壤表面上，另一端连接有顶架；

升降机，所述升降机与顶架连接，且通过该升降机驱动顶架沿所述钢筒的轴线方向作垂直升降运动；

与升降机电性连接的控制终端，通过控制终端对升降机的升降运动并实时显示钢筒的土壤下降深度。

进一步地，所述钢筒朝向土壤表面的一端端口周向环圈上设有呈锯齿状的环形边沿，以确保下降过程中不被树根以及碎石卡顿。

进一步地，所述环形边沿采用高碳钢制成，以提升环形边沿的耐磨和耐腐蚀性。

进一步地，所述顶架包括：

横梁，所述横梁的两端均连接于所述钢筒的顶部边缘上；

与横梁垂直连接的纵梁，所述纵梁上对称布置有托板且各所述托板与横梁呈平行布置；

其中，所述横梁位于纵梁的中部，以通过顶架对钢筒传递下压力，并且能够防止下压力造成钢筒的形变。

进一步地，所述纵梁和横梁的表面上设有镀锌层，以增强纵梁和横梁的耐用性和耐腐蚀性。

进一步地，所述纵梁的两端对称布置有驱动其作升降运动的升降机，以实现对纵梁两侧提供有效的平衡下压力。

进一步地，所述纵梁的两端均设有钢筋套筒，且钢筋套筒的底部设有法兰盘且法兰盘装于所述升降机上，以通过钢筋套筒将升降机的作用力传递至纵梁。

进一步地，所述升降机采用螺旋升降机，以满足下降过程中所需的下压力和下降精度。

进一步地，所述控制终端包括：

主处理器，所述主处理器连接有对其供电的电源，且主处理器与电源的电路上设有开机键；

与主处理器电连接的驱动板，所述驱动板与升降机电性连接；

与主处理器电连接的控制键和数字显表；

其中，所述开机键、控制键和数字显表均布置于操控面板上，以提升工作的操控效率。

进一步地，所述升降机的升降螺杆上设有与其配套的位移传感器，且位移传感器与所述主处理器通信连接，以获得钢筒进入土体的深度，避免由于刻画标线而引起实验误差。

本发明的有益效果为：

1.采用本发明所提供的用于土壤优先流实验的全自动测量仪，通过控制终端上的控制键直接发送控制信号至升降机，升降机驱动顶架使其作用于钢筒上，钢筒在升降机的下压力作用下埋入土壤，同时可通过数字显表直接显示当前的土壤埋入深度，该方式实现对钢筒的下压其会确保钢筒的外形不易变形和损坏，也避免了人为敲击对周围土体的扰动，在进行土壤优先流实验时，其能更精准的展示钢筒埋入的具体数值，减少了工作人员的劳动力投入，提高了测试数据的收集效率。

附图说明

图1是本发明所提供的用于土壤优先流实验的全自动测量仪的整体结构示意图；

附图中标注如下：

1-控制终端，2-控制面板，3-开机键，4-控制键，5-数字显表，6-电线，7-电机，8-螺旋升降机，9-法兰盘，10-钢筋套筒，11-纵梁，12-横梁，13-托板，14-钢筒，15-环形边沿，16-位移传感器。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明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发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

应注意到：

在本发明实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义；实施例中的附图用以对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

实施例1

采用本实施例所提供的一种用于土壤优先流实验的全自动测量仪，旨在通过该全自动测量仪来替代现有采用人工敲击钢筒14的方式，其不会对钢筒14造成变形和损坏，同时，也避免了人为敲击对周围土体的扰动。该全自动测量仪包括：

①钢筒

钢筒14为嵌入至土壤内进行土壤优先流实验的主体部件，在本实施例中，钢筒14为镀锌钢板材质，直径为100cm，厚度为0.3cm，高度为60cm，该钢筒14采用不锈钢制成，以确保其具有较长的使用寿命和耐腐蚀性。在实际应用时，将钢筒14的一端垂直置于土壤表面上，另一端连接有顶架，因此，在钢筒14受到垂直向下的压力时，其能够逐渐嵌入至土壤的内部。

为确保钢筒14在下降过程中不被树根以及碎石卡顿，钢筒14朝向土壤表面的一端端口周向环圈上设有呈锯齿状的环形边沿15，且环形边沿15采用高碳钢制成，在实际应用时，在钢筒14的底部一圈焊接呈锯齿状的高碳钢，并且在锯齿部位研磨成切刀，以保证不锈钢的钢筒14在下降过程中不被树根以及碎石卡顿。

②顶架

顶架的作用在于对钢筒14传递下压压力，以促使钢筒14嵌入至土壤中，同时，通过设置顶架可保证钢筒14在受力后的下降过程中不会变形。在实际应用时，对于顶架的设置，其主要包括：横梁12和纵梁11，所述横梁12的两端均连接于所述钢筒14的顶部边缘上，可采用焊接的方式使横梁12的两端连接在钢筒14上，横梁12为镀锌圆管，其直径1.5cm，焊接于钢筒14的顶部，横梁12上表面与钢筒14的顶部齐平。将纵梁11与横梁12垂直连接，纵梁11的长度为150cm，直径为2.5cm，同时，所述纵梁11上对称布置有托板13且各所述托板13与横梁12呈平行布置，在本实施例中，采用双托板13的形式进行设计，使其能够对钢筒14产生的压力更加均匀，且不会导致钢筒14在下压过程中产生形变。其中，所述横梁12位于纵梁11的中部，以确保纵梁11在两端升降机的下压作用下，其能够确保保持受力平衡的特点。在实际应用时，托板13与纵梁11之间采用焊接连接或者可拆卸连接的方式，若采用焊接连接，则需要将托板13套在预设位置(两侧的托板13相对于纵梁中心呈对称)后，将托板13与纵梁11焊接固定；若采用可拆卸连接的方式，则需要将托板13套在预设位置(两侧的托板13相对于纵梁中心呈对称)后，将托板13与纵梁11通过多个紧固螺钉进行固定锁紧。

在纵梁11和横梁12均设为圆管且两者的表面上均设有镀锌层，以确保纵梁11和横梁12在长期使用过程中，其具备良好的耐腐蚀性。

②升降机

升降机的作用在于提供下压压力，以施加在钢筒14上并促使钢筒14能够嵌入至土壤内。将所述升降机与顶架连接，且通过该升降机驱动顶架沿所述钢筒14的轴线方向作垂直升降运动；在实际应用时，所述升降机采用螺旋升降机8，且螺旋升降机8的蜗杆由碳素钢制成，其具有高韧性和耐磨性。为实现升降机能够对纵梁11提供左右平衡的下压压力，选择在纵梁11的两端对称布置有驱动其作升降运动的升降机。在实际应用时，在所述纵梁11的两端均设有钢筋套筒10，钢筋套筒10采用铬钼钢筋套筒10，其直径为3cm，即纵梁11的两侧穿插于钢筋套筒10内，且钢筋套筒10的底部设有法兰盘9且法兰盘9装于所述升降机上，以通过法兰盘9实现将升降机的升降螺杆与纵梁11连接为一体。

在实际应用时，螺旋升降机8的初始位置高度可根据实验设计要求进行预先设定，但均在本仪器最大量程内，在本实施例中，螺旋升降机8需满足最大上升高度为35cm。设备启动后，螺旋升降机8在内部电机7的驱动下，其能够进行自由升降运动，且具备力矩大、自锁性良好的优点，可满足最大承重为2.5吨。

其工作原理为：

将仪器根据实验所需位置摆放好之后，将钢筒14上的纵梁11的两端焊接连接钢筋套筒10。开启控制面板2上的开机键3，通过控制键4使螺旋升降机8工作伸出，同时，通过螺旋升降机8的伸缩轴带动钢筋套筒10，钢筋套筒10传递力矩至纵梁11，进而使钢筒14能缓慢进入土体内。相较于传统技术对铁框两侧敲击，能够避免钢筒14损坏，减少对实验土体的扰动，节省劳动力。

实施例2

在实施例1提供的用于土壤优先流实验的全自动测量仪之基础上，为进一步提升其自动化程度，还设置有控制终端1，该控制终端1与升降机电性连接，同时，通过控制终端1对升降机的升降运动并实时显示钢筒14的土壤下降深度。

对于控制终端1，控制终端1包括：主处理器、与主处理器电连接的驱动板以及与主处理器电连接的控制键4和数字显表5，所述主处理器连接有对其供电的电源，电源可采用锂电池电瓶，且主处理器与电源的电路上设有开机键3；所述驱动板与升降机电性连接，驱动板设为与升降机中电机7驱动相适配的驱动模块电路，且驱动板通过电线6连接至螺旋升降机8的电机7；其中，所述开机键3、控制键4和数字显表5均布置于操控面板上。

为避免由于刻画标线而引起实验误差，所述升降机的升降螺杆上设有与其配套的位移传感器16，且位移传感器16与所述主处理器通过线缆进行通信连接，位移传感器16将升降机的具体升降高度转化为电信号传输至主处理器，由主处理器解码后通过数字显表5对位移数据进行显示，工作人员可通过控制面板2上的数字显表5，直接观测升降机的下降高度，进而获得钢筒14进入土体的深度。

本发明不局限于上述可选实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是落入本发明权利要求界定范围内的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于土壤优先流实验的全自动测量仪，其特征在于，该全自动测量仪包括：

钢筒(14)，所述钢筒(14)的一端垂直置于土壤表面上，另一端连接有顶架；

升降机，所述升降机与顶架连接，且通过该升降机驱动顶架沿所述钢筒(14)的轴线方向作垂直升降运动；

与升降机电性连接的控制终端(1)，通过控制终端(1)对升降机的升降运动并实时显示钢筒(14)的土壤下降深度。

2.根据权利要求1所述的用于土壤优先流实验的全自动测量仪，其特征在于，所述钢筒(14)朝向土壤表面的一端端口周向环圈上设有呈锯齿状的环形边沿(15)。

3.根据权利要求2所述的用于土壤优先流实验的全自动测量仪，其特征在于，所述环形边沿(15)采用高碳钢制成。

4.根据权利要求1所述的用于土壤优先流实验的全自动测量仪，其特征在于，所述顶架包括：

横梁(12)，所述横梁(12)的两端均连接于所述钢筒(14)的顶部边缘上；

与横梁(12)垂直连接的纵梁(11)，所述纵梁(11)上对称布置有托板(13)且各所述托板(13)与横梁(12)呈平行布置；

其中，所述横梁(12)位于纵梁(11)的中部。

5.根据权利要求4所述的用于土壤优先流实验的全自动测量仪，其特征在于，所述纵梁(11)和横梁(12)的表面上设有镀锌层。

6.根据权利要求4所述的用于土壤优先流实验的全自动测量仪，其特征在于，所述纵梁(11)的两端对称布置有驱动其作升降运动的升降机。

7.根据权利要求6所述的用于土壤优先流实验的全自动测量仪，其特征在于，所述纵梁(11)的两端均设有钢筋套筒(10)，且钢筋套筒(10)的底部设有法兰盘(9)且法兰盘(9)装于所述升降机上。

8.根据权利要求1所述的用于土壤优先流实验的全自动测量仪，其特征在于，所述控制终端(1)包括：

主处理器，所述主处理器连接有对其供电的电源，且主处理器与电源的电路上设有开机键(3)；

与主处理器电连接的驱动板，所述驱动板与升降机电性连接；

与主处理器电连接的控制键(4)和数字显表(5)；

其中，所述开机键(3)、控制键(4)和数字显表(5)均布置于操控面板上。

9.根据权利要求8所述的用于土壤优先流实验的全自动测量仪，其特征在于，所述升降机的升降螺杆上设有与其配套的位移传感器(16)，且位移传感器(16)与所述主处理器通信连接。

10.根据权利要求1-9任意一项所述的用于土壤优先流实验的全自动测量仪，其特征在于，所述升降机采用螺旋升降机(8)。

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