CN115656471A - 一种基于物联网的土壤碳通量监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于物联网的土壤碳通量监测系统，包括：安装架，用于固定，包括安装板，在安装板上具有通孔；筒体，可上下移动地支撑在所述安装架上，所述筒体的轴线与所述通孔的轴线共线，并且所述筒体的直径小于通孔的直径，在所述筒体的靠下的部分设置有多个安装孔，多个所述安装孔相对于所述筒体的轴线等角度的设置，并且每个安装孔的下端开口；抵接针，在每个安装孔内设置有一所述抵接针，所述抵接针从安装孔的下端伸出，相邻的抵接针相互接触；第一弹簧，在每个安装孔内设置有一第一弹簧，所述第一弹簧的下端抵靠在所述抵接针的上端，所述第一弹簧的上端抵靠在所述安装孔的上端，所述第一弹簧始终处于被压缩的状态；监测模块，通过管路与所述筒体连通。该系统能够实现对土壤碳通量的监测。

Description

一种基于物联网的土壤碳通量监测系统

技术领域

本发明属于土壤碳通量监测领域，具体是涉及一种基于物联网的土壤碳通量监测系统。

背景技术

土壤呼吸是碳素由陆地生态系统返回大气的主要途径，也是土壤中生命活动的表征，准确测定其释放量是评价生态系统中生物学过程的关键。通过对土壤呼吸及其相关参数的监测，可估测根系和土壤微生物对气候变化的响应。土壤CO2通量在时间和空间上受多种复杂的物理和生物过程影响，长期、连续、准确地测量土壤碳通量，对陆地生态系统碳通量研究具有重要意义。

发明内容

本发明提供一种基于物联网的土壤碳通量监测系统，能够定期地对某一位置处的土壤的通碳量进行监测。

为达到以上目的，本发明采用的技术方案为：

一种基于物联网的土壤碳通量监测系统，包括：

安装架，用于固定，包括安装板，在安装板上具有通孔；

筒体，可上下移动地支撑在所述安装架上，所述筒体的轴线与所述通孔的轴线共线，并且所述筒体的直径小于通孔的直径，在所述筒体的靠下的部分设置有多个安装孔，多个所述安装孔相对于所述筒体的轴线等角度的设置，并且每个安装孔的下端开口；

抵接针，在每个安装孔内设置有一所述抵接针，所述抵接针从安装孔的下端伸出，相邻的抵接针相互接触；

第一弹簧，在每个安装孔内设置有一第一弹簧，所述第一弹簧的下端抵靠在所述抵接针的上端，所述第一弹簧的上端抵靠在所述安装孔的上端，所述第一弹簧始终处于被压缩的状态；

监测模块，通过管路与所述筒体连通。

优选地，还包括设置在所述安装板上的用于驱动筒体向下移动的下压组件，所述下压组件包括：

下压筒，固定在所述安装板上且位于所述筒体的正上方，所述下压筒的开口朝下且与所述筒体同轴设置；

多个下压块，设置在所述下压筒内，多个所述下压块相对于所述筒体的轴线等角度的设置，多个下压块的下侧面为第一斜面，所述第一斜面沿着远离所述筒体的轴线的方向逐渐向下倾斜，第一斜面抵靠在所述筒体的上端面的边缘，多个下压块能够同步地朝着或者远离所述筒体的轴线来回移动。

优选地，所述下压组件还包括用于驱动每个下压块移动的多个驱动组件，每个下压块对应一个驱动组件，每个驱动组件包括：

连接架，与对应的下压块连接；

内螺纹套，设置在连接架的上端上；

丝杆，与所述内螺纹套螺纹配合，俯视观察时，所述丝杆位于筒体的一直径上，所述丝杆的两端可旋转地设置在筒体的顶部的下表面上；

两导轨，设置在筒体的顶部的下表面上，两导轨平行于对应的所述丝杆且相对于所述丝杆的轴线对称设置；

两滑块，设置在所述连接架的上表面上且与对应的所述导轨配合，所述滑块能够沿着对应的导轨来回移动。

优选地，每个丝杆的远离所述筒体的轴线的一端设置有锥齿轮，在所述筒体内还设置有锥齿圈，所述锥齿圈的轴线与所述筒体的轴线共线，所述锥齿圈可旋转，并且所述锥齿圈与每个锥齿轮啮合，所述锥齿圈采用一个电机驱动。

优选地，在筒体上且对应于所述安装孔的侧壁上设置有两上下延伸的第一导向槽，俯视观察时，两所述第一导向槽位于筒体的同一直径上，所述第一导向槽的下端与外界连通，在所述抵接针的上端设置有两上下延伸的第一导向条。

优选地，在所述筒体的侧壁的下端设置有限位圈，所述限位圈的截面呈U型且U型的开口朝上，所述筒体的下端能够插入到所述限位圈的U型内，所述U型的开口的宽度等于或者略大于筒体的侧壁的厚度，所述限位圈固定在所述筒体上，所述限位圈的U型的底部设置有一圈环槽，所述环槽的宽度等于或者略大于所述安装孔的直径以使安装孔的下端开口完全露出而每个第一导向槽的下端开口至少部分地被封堵。

优选地，在所述安装板的上表面且对应通孔的位置处设置有一滑动圈，所述滑动圈与所述通孔同轴设置，在所述滑动圈的内圈的侧壁上设置有多个第二导向槽，多个第二导向槽的轴线竖向延伸，在所述筒体的外侧设置有与多个所述第二导向槽配合的多个第二导向条。

优选地，在所述筒体的靠近中间的位置处设置有固定圈，在所述筒体的外侧设置有第二弹簧，所述第二弹簧的上端抵靠在所述固定圈的下表面，下端抵靠在所述滑动圈的上表面，所述第二弹簧始终处于被压缩的状态。

本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：

该系统能够通过抵接针、第一弹簧以及筒体的配合能够围城一个仅有下端开口的空间，当抵接针插入到土壤中时，就可以收集土壤中的二氧化碳，监测模块根据二氧化碳的量即可获取碳通量；并且抵接针能够根据其正下方土壤形状的变化伸缩程度进行相应的改变，适应性更好。

附图说明

图1为本发明在第一种视角下的立体图；

图2为本发明在第二种视角下的立体图；

图3为本发明的俯视图；

图4为图3的O-O截面处的剖视图；

图5为图3的O-O截面处的立体剖视图；

图6为图4的P处局部放大图；

图7为图4的Q处局部放大图；

图8为本发明的筒体和引导件在非工作状态下的立体图；

图9为本发明的滑动圈的立体图；

图10为本发明的筒体的立体图；

图11为本发明的抵接针的立体图；

图12为本发明的多工移动组件的内部结构示意图；

图13为图12的R处局部放大图；

图14为本发明的筒体和引导件在工作状态下的立体图；

图15为本发明的安支架的立体图。

具体实施方式

以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。

一种基于物联网的土壤碳通量监测系统，包括用于固定在土壤上的安装架1、可上下移动地支撑在所述安装架1上的筒体2、可上下移动地支撑在安装架1上的多个抵接针3，所述安装架1包括安装板11，在所述安装板11上设置有通孔12，所述筒体2的轴线与所述通孔12的轴线共线，所述筒体2的侧壁的下侧部分设置有一圈上下延伸的安装孔21，并且安装孔21的下端开口，多个抵接针3的上端从安装孔21的下端开口插入到所述安装孔21中，每个抵接针3竖向布置，多个抵接针3相对于所述筒体2的轴线围成一圈且相邻的抵接针3相互接触以形成密封，所述抵接针3相对筒体2可上下移动，在每个抵接针3的上端设置有一第一弹簧31，第一弹簧31的下端抵靠在抵接针3的上端，第一弹簧31的上端抵靠在安装孔21的顶部，所述第一弹簧31始终处于被压缩的状态，以使得抵接针3始终具有向下移动的趋势。在使用时，先将安装架1固定在需要监测的位置，然后将筒体2向下移动以推抵所述抵接针3向下移动，由于不同的位置土壤的柔软性不同，通过设置多个抵接针3能够适应不同的情形，即较软的地方抵接针3的插入深度较浅，较硬的地方抵接针3的插入深度较深。所述筒体2的上端密封，这样筒体2、抵接针3以及土壤就形成了一个密封空间，通过检测密封空间中的气体的含碳量能够获取土壤的碳通量。在筒体2的上端设置有连接口23，所述监测系统还包括监测模块，所述监测模块通过管路与所述连接口23连通，进而能够对密封空间内的含碳量进行检测。所述监测模块的原理采用现有技术，或者采用现有的监测设备。

优选地，在所述安装孔21的侧壁上设置有两上下延伸的第一导向槽22，俯视观察时，两所述第一导向槽22位于筒体2的同一直径上，所述第一导向槽22的下端与外界连通。在所述抵接针3的上端设置有两上下延伸的第一导向条32，两第一导向条32能够插入到第一导向槽22中，起到导向的作用。

进一步，在所述筒体2的侧壁的下端设置有限位圈4，所述限位圈4的截面呈U型且U型的开口朝上，所述筒体2的下端能够插入到所述限位圈4的U型内，所述U型的开口的宽度等于或者略大于筒体2的侧壁的厚度，所述限位圈4固定在所述筒体2上。所述限位圈4的U型的底部设置有一圈环槽41，所述环槽41的宽度等于或者略大于所述安装孔21的直径以使安装孔21的下端开口完全露出而每个第一导向槽22的下端开口至少部分地被封堵，这样第一导向条32的下端能够抵接在所述限位圈4的U型的底部的环槽41的两侧上，以保证所述抵接针3不会脱离所述筒体2，并且在完成监测后，筒体2在上升的过程中能够拉动所述抵接针3向上移动。

进一步，在所述安装板11的上表面且对应通孔12的位置处设置有一滑动圈5，所述滑动圈5与所述通孔12同轴设置。在所述滑动圈5的内圈的侧壁上设置有多个第二导向槽51，多个第二导向槽51的轴线竖向延伸，在所述筒体2的外侧设置有与多个所述第二导向槽51配合的多个第二导向条23，通过第二导向槽51和第二导向条23的配合，能够保证筒体2上下移动时的稳定性。

进一步，在所述筒体2的靠近中间的位置处设置有固定圈6，在所述筒体2的外侧设置有第二弹簧61，所述第二弹簧61的上端抵靠在所述固定圈6的下表面，下端抵靠在所述滑动圈5的上表面，所述第二弹簧61始终处于被压缩的状态，这样当筒体2失去向下的作用力时，第二弹簧61会推抵筒体2向上移动。

优选地，所述装置还包括设置在所述安装板11上的用于驱动筒体2向下移动的下压组件7。

所述下压组件7包括固定在所述安装板11上且位于所述筒体2的正上方的下压筒71，所述下压筒71的开口朝下且与所述筒体2同轴设置。在所述下压筒71内设置有多个下压块72，多个所述下压块72相对于所述筒体2的轴线等角度的设置，多个下压块72的下侧面为第一斜面，所述第一斜面沿着远离所述筒体2的轴线逐渐向下倾斜，第一斜面抵靠在所述筒体2的上端面的边缘，当多个下压块72同步地向着筒体2的轴线移动时，第一斜面能够压着筒体2向下移动，所述筒体2通过第一弹簧31推抵所述抵接针3。

优选地，在所述筒体2的上边缘处设置有第二斜面，所述第二斜面与第一斜面相配合，第一斜面和第二斜面相互平行，这样增加了下压块72与所述筒体2的接触面积。进一步，在所述第二斜面上设置导向块，所述导向沿着第二斜面的倾斜方向倾斜，在第一斜面上设置有滑槽(未示出)，所述导向块的横截面和滑槽的横截面均呈燕尾型，通过导向块与滑槽的配合一方面能够起到导向的作用，保持下压块72与筒体2配合的稳定性，另一方面当完成检测后，下压块72能够拉动筒体2向上移动，避免出现抵接针3无法向上移动的情况。

进一步，所述下压组件7还包括用于驱动每个下压块72移动的多个驱动组件，每个下压块72对应一个驱动组件。每个驱动组件包括与对应的下压块72连接的连接架73、设置在连接架73的上端上的内螺纹套74以及所述内螺纹套74螺纹配合的丝杆75，俯视观察时，所述丝杆75位于筒体2的一直径上，所述丝杆75的两端可旋转地设置在筒体2的顶部的下表面上。进一步，每个驱动组件还包括设置在筒体2的顶部的下表面上的两导轨76，两导轨76平行于对应的所述丝杆75且相对于所述丝杆75的轴线对称设置，在所述连接架73的上表面上设置有两与导轨76配合的滑块77，所述滑块77能够沿着对应的导轨76来回移动。

进一步，每个丝杆75的远离所述筒体2的轴线的一端设置有锥齿轮78，在所述筒体2内还设置有锥齿圈79，所述锥齿圈79的轴线与所述筒体2的轴线共线，所述锥齿圈79可旋转，并且所述锥齿圈79与每个锥齿轮78啮合，这样当锥齿圈79旋转时能够带动所有的锥齿轮78旋转，进而能够同步地控制下压块72来回移动。所述锥齿圈79采用电机710驱动，通过一个电机710能够实现对所有的下压块72控制，简化了结构。

为了便于将安装板11固定在检测的位置，在安装板11的四个角设置有固定结构。所述固定结构包括设置在安装板11上的螺纹筒12、与螺纹筒12螺纹配合的螺杆13、设置在螺杆13的下端的锥脚15，所述螺纹筒12和螺杆13的轴线均竖向设置，当所述螺杆13相对螺纹筒12旋转时，能够上下移动进而能够调整螺杆13向下伸出的长度，所述锥脚15将螺杆13插入到地下或者其它位置。在所述螺杆13的上端设置有拨盘16，所述拨盘16便于使用者对螺杆13进行操作。通过固定结构能够将整个系统长期固定在某一位置，进行长期测量。所述监测模块内可以集成无线网络信号，操作人员可以远程控制监测以及远程获取数据，监测模块可以自动地进行监测并将检测到的数据自动地发送到远程终端。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (9)

1.一种基于物联网的土壤碳通量监测系统，其特征在于，包括：

安装架，用于固定，包括安装板，在安装板上具有通孔；

筒体，可上下移动地支撑在所述安装架上，所述筒体的轴线与所述通孔的轴线共线，并且所述筒体的直径小于通孔的直径，在所述筒体的靠下的部分设置有多个安装孔，多个所述安装孔相对于所述筒体的轴线等角度的设置，并且每个安装孔的下端开口；

抵接针，在每个安装孔内设置有一所述抵接针，所述抵接针从安装孔的下端伸出，相邻的抵接针相互接触；

第一弹簧，在每个安装孔内设置有一第一弹簧，所述第一弹簧的下端抵靠在所述抵接针的上端，所述第一弹簧的上端抵靠在所述安装孔的上端，所述第一弹簧始终处于被压缩的状态；

监测模块，通过管路与所述筒体连通。

2.根据权利要求1所述的一种基于物联网的土壤碳通量监测系统，其特征在于，还包括设置在所述安装板上的用于驱动筒体向下移动的下压组件，所述下压组件包括：

下压筒，固定在所述安装板上且位于所述筒体的正上方，所述下压筒的开口朝下且与所述筒体同轴设置；

多个下压块，设置在所述下压筒内，多个所述下压块相对于所述筒体的轴线等角度的设置，多个下压块的下侧面为第一斜面，所述第一斜面沿着远离所述筒体的轴线的方向逐渐向下倾斜，第一斜面抵靠在所述筒体的上端面的边缘，多个下压块能够同步地朝着或者远离所述筒体的轴线来回移动。

3.根据权利要求2所述的一种基于物联网的土壤碳通量监测系统，其特征在于，所述下压组件还包括用于驱动每个下压块移动的多个驱动组件，每个下压块对应一个驱动组件，每个驱动组件包括：

连接架，与对应的下压块连接；

内螺纹套，设置在连接架的上端上；

丝杆，与所述内螺纹套螺纹配合，俯视观察时，所述丝杆位于筒体的一直径上，所述丝杆的两端可旋转地设置在筒体的顶部的下表面上；

两导轨，设置在筒体的顶部的下表面上，两导轨平行于对应的所述丝杆且相对于所述丝杆的轴线对称设置；

两滑块，设置在所述连接架的上表面上且与对应的所述导轨配合，所述滑块能够沿着对应的导轨来回移动。

4.根据权利要求3所述的一种基于物联网的土壤碳通量监测系统，其特征在于，每个丝杆的远离所述筒体的轴线的一端设置有锥齿轮，在所述筒体内还设置有锥齿圈，所述锥齿圈的轴线与所述筒体的轴线共线，所述锥齿圈可旋转，并且所述锥齿圈与每个锥齿轮啮合，所述锥齿圈采用一个电机驱动。

5.根据权利要求1所述的一种基于物联网的土壤碳通量监测系统，其特征在于，在筒体上且对应于所述安装孔的侧壁上设置有两上下延伸的第一导向槽，俯视观察时，两所述第一导向槽位于筒体的同一直径上，所述第一导向槽的下端与外界连通，在所述抵接针的上端设置有两上下延伸的第一导向条。

6.根据权利要求5所述的一种基于物联网的土壤碳通量监测系统，其特征在于，在所述筒体的侧壁的下端设置有限位圈，所述限位圈的截面呈U型且U型的开口朝上，所述筒体的下端能够插入到所述限位圈的U型内，所述U型的开口的宽度等于或者略大于筒体的侧壁的厚度，所述限位圈固定在所述筒体上，所述限位圈的U型的底部设置有一圈环槽，所述环槽的宽度等于或者略大于所述安装孔的直径以使安装孔的下端开口完全露出而每个第一导向槽的下端开口至少部分地被封堵。

7.根据权利要求1所述的一种基于物联网的土壤碳通量监测系统，其特征在于，在所述安装板的上表面且对应通孔的位置处设置有一滑动圈，所述滑动圈与所述通孔同轴设置，在所述滑动圈的内圈的侧壁上设置有多个第二导向槽，多个第二导向槽的轴线竖向延伸，在所述筒体的外侧设置有与多个所述第二导向槽配合的多个第二导向条。

8.根据权利要求7所述的一种基于物联网的土壤碳通量监测系统，其特征在于，在所述筒体的靠近中间的位置处设置有固定圈，在所述筒体的外侧设置有第二弹簧，所述第二弹簧的上端抵靠在所述固定圈的下表面，下端抵靠在所述滑动圈的上表面，所述第二弹簧始终处于被压缩的状态。

9.根据权利要求1所述的一种基于物联网的土壤碳通量监测系统，其特征在于，在安装板的四个角设置有固定结构，所述固定结构包括设置在安装板上的螺纹筒、与螺纹筒螺纹配合的螺杆、设置在螺杆的下端的锥脚，所述螺纹筒和螺杆的轴线均竖向设置。

Images