CN208833283U - 用于旱区复杂环境下的草地蒸散监测系统 - Google Patents

用于旱区复杂环境下的草地蒸散监测系统 Download PDF

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刘可
梁志奇
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丹杨
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一种用于旱区复杂环境下的草地蒸散监测系统,包括外筒体、监测筒、称重装置、数据处理装置、供电装置,称重装置固定设置在监测筒的底部,外筒体设置在监测筒的外部,将监测筒、称重装置包裹在外筒体内部,称重装置与数据处理装置电性连接,供电装置与数据处理装置电性连接,称重装置检测监测筒的重量,并将检测到的监测筒的重量信号传输给数据处理装置,通过数据处理装置将监测筒的重量信号转换处理后,将处理后的监测筒的重量数据存储在数据处理装置内,供电装置为数据处理装置及称重装置提供电源,并将多余的电量存储,以防止电压不稳或断电后,能够继续为数据处理装置及称重装置提供电源,保证数据处理装置及称重装置能够连续稳定工作。

Description

用于旱区复杂环境下的草地蒸散监测系统
技术领域
本实用新型涉及生态水文监测技术领域,尤其涉及一种用于旱区复杂环境下的草地蒸散监测系统。
背景技术
生态水文学是将水文学知识应用于生态建设和生态系统管理的一门科学,主要研究生态系统内水文循环与转化和平衡的规律,分析生态建设、生态系统管理与保护中与水有关的问题。草原地区的大规模生态治理与生态恢复,必须以生态水文学理论为指导,而草地生态系统的生态水文过程监测,又以土壤-植被-大气间的水分蒸散过程监测为重点。因此,在我国西部干旱半干旱区草原生态建设和植被恢复过程中,对微型草地蒸散监测系统需求很大。
现有生态系统蒸散监测系统,对环境要求苛刻,较难适应西北旱区复杂的环境,特别是在供电电压不稳或断电后,造成系统中断,无法继续监测,进而影响无人值守环境下的草地蒸散的连续监测。
发明内容
有鉴于此,有必要提供一种用于旱区复杂环境下的草地蒸散监测系统。
一种用于旱区复杂环境下的草地蒸散监测系统,包括外筒体、监测筒、称重装置、数据处理装置、供电装置,称重装置固定设置在监测筒的底部,外筒体设置在监测筒的外部,将监测筒、称重装置包裹在外筒体内部,称重装置与数据处理装置电性连接,供电装置与数据处理装置电性连接,称重装置检测监测筒的重量,并将检测到的监测筒的重量信号传输给数据处理装置,通过数据处理装置将监测筒的重量信号转换处理后,将处理后的监测筒的重量数据存储在数据处理装置内,供电装置为数据处理装置及称重装置提供电源,并将多余的电量存储,以防止电压不稳或断电后,能够继续为数据处理装置及称重装置提供电源,保证数据处理装置及称重装置能够连续稳定工作;
所述监测筒的一端敞开,另一端密封,监测筒密封的一端固定设置有连接底盘;
所述称重装置包括隔离板、检测机构,所述隔离板设置在地面上,隔离板远离地面的一侧表面开设有凹槽,且隔离板远离地面表面的一侧表面还设置有盲孔,盲孔位于隔离板的正中间,所述检测机构与数据处理装置电性连接,并且检测机构位于监测筒的底部,检测机构的底部嵌入在隔离板上的盲孔内,顶部通过螺栓与连接底盘固定连接,使检测机构位于隔离板与监测筒之间;
所述外筒体的一端敞开,另一端设置有一个与监测筒外径尺寸相配合的圆孔,外筒体敞开的一端嵌入到隔离板上开设的凹槽内,并将监测筒、检测机构包裹在外筒体内部,使监测筒敞开的一端穿过圆孔,以方便雨水落入监测筒内。
优选的,所述检测机构包括固定托盘、重力传感器、支撑板,所述固定托盘通过螺栓固定设置在连接底盘的下方,固定托盘远离连接底盘的一侧表面设置有凸台,凸台远离连接底盘的一端表面上设置有环形卡槽,且凸台表面还设置有嵌入孔,嵌入孔位于凸台远离连接底盘的一端表面的正中间,嵌入孔内安装有磁性件,凸台的两个侧面上开设有第一销孔,所述重力传感器与数据处理单元电性连接,重力传感器设置在固定托盘远离监测筒一侧,重力传感器与固定托盘连接的一端表面上设置有卡入凸边,卡入凸边的两个侧面上开设有与第一销孔相配合的第二销孔,卡入凸边的尺寸与环形卡槽尺寸相配合,重力传感器与固定托盘连接的一端表面上还设置有凸块,凸块位于重力传感器与固定托盘连接的一端表面的正中间,卡入凸边插入到环形卡槽内,使凸块卡入嵌入孔内,并通过嵌入孔内安装的磁性件将凸块吸住,定位销插入第一销孔、第二销孔内,将重力传感器与固定托盘连接,所述支撑板固定设置在重力传感器远离固定托盘的一侧表面,支撑板上设置有调节支座,调节支座的一端与支撑板通过螺栓连接,调节座的另一端插入到隔离板上设置的盲孔内,将调节座与隔离板连接。
优选的,所述数据处理单元包括信号转化模块、单片机模块、SD卡转写存储模块、自动时钟控制模块,自动时钟控制模块输出端与重力传感器电性连接,输入端与单片机模块电性连接,信号转化模块入口端与重力传感器电性连接,出口端与单片机模块电性连接,单片机模块出口端与SD卡转写存储模块入口端电性连接。
优选的,所述供电装置包括太阳能发电板、电源保护箱、胶体电瓶,所述胶体电瓶设置在电源保护箱内,所述太阳能发电板与胶体电瓶电性连接。
优选的,所述数据处理装置包括防雨保护箱及设置在防雨保护箱内的数据处理单元、太阳能充电控制器,所述太阳能充电控制器的入口端与太阳能发电板电性连接,输出端分别与胶体电瓶、数据处理单元电性连接,太阳能充电控制器一边将太阳能发电板产生的电量传输给数据处理装置,为数据处理装置提供电源,一边将太阳能发电板产生的多余电量传输给胶体电瓶,并将多余的电量存储在胶体电瓶内。
优选的,所述监测筒内部设置有原位土柱。
本实用新型采用上述技术方案,其有益效果在于:本实用新型设置的数据处理装置,能够将称重装置检测到的信号数据处理后,实时直接存入数据处理装置,便于直接插拔、更换和带回实验室分析,不需要带电脑到野外现场工作;
设置的称重装置,设置的供电装置简单易行,不仅能够适应西北旱区无交流供电的复杂野外环境,而且能够在供电中断或电压不足时,为数据处理装置连续提供稳定电源,防止数据处理装置停止工作,无法对重量信号进行处理及存储,实现无人值守环境下对草地蒸散的连续性监测。本实用新型设计新颖合理,自动化程度高,实用性强,能够更准确、连续的监测旱区复杂环境下的草地蒸散,便于推广使用。
附图说明
图1为本实用新型监测系统的结构示意图。
图2为本实用新型称重装置与外筒体、监测筒连接的剖视图。
图3为本实用新型检测机构的结构示意图。
图4为本实用新型固定托盘的结构示意图。
图5为本实用新型重力传感器与支撑板连接的结构示意图。
图6为本实用新型隔离板的结构示意图。
图7为本实用新型数据处理单元的控制原理图。
图中:称重装置10、隔离板101、凹槽1011、盲孔1012、检测机构102、固定托盘1021、凸台10211、环形卡槽10212、嵌入孔10213、第一销孔10214、重力传感器1022、卡入凸边10221、第二销孔10222、凸块10223、支撑板1023、调节支座10231、数据处理装置20、防雨保护箱201、数据处理单元202、信号转化模块2021、单片机模块2022、SD卡转写存储模块2023、自动时钟控制模块2024、太阳能充电控制器203、供电装置30、太阳能发电板301、电源保护箱302、胶体电瓶303、外筒体40、监测筒50、原位土柱501、连接底盘502。
具体实施方式
请参看图1至图7,本实用新型实施例提供了一种用于旱区复杂环境下的草地蒸散监测系统,包括外筒体40、监测筒50、称重装置10、数据处理装置20、供电装置30,称重装置10固定设置在监测筒50的底部,外筒体40设置在监测筒50的外部,将监测筒50、称重装置10包裹在外筒体40内部,称重装置10与数据处理装置20电性连接,供电装置30与数据处理装置20电性连接,称重装置10检测监测筒50的重量,并将检测到的监测筒50的重量信号传输给数据处理装置20,通过数据处理装置20将监测筒50的重量信号转换处理后,将处理后的监测筒50的重量数据存储在数据处理装置20内,供电装置30为数据处理装置20及称重装置10提供电源,并将多余的电量存储;
所述监测筒50的一端敞开,另一端密封,监测筒50密封的一端设置有连接底盘502,监测筒50内装有野外观测地所取的原位土柱501;
所述称重装置10包括隔离板101、检测机构102,所述隔离板101设置在地面上,隔离板101远离地面的一侧表面开设有凹槽1011,且隔离板101远离地面表面的一侧表面还设置有盲孔1012,盲孔1012位于隔离板101的正中间,所述检测机构102与数据处理装置20电性连接,并且检测机构102位于监测筒50的底部,检测机构102的底部嵌入在隔离板101上设置的盲孔1012内,顶部通过螺栓与连接底盘502固定连接,使检测机构102位于隔离板101与监测筒50之间;
所述外筒体的一端敞开,另一端设置有一个与监测筒50外径尺寸相配合的圆孔,外筒体敞开的一端嵌入到隔离板101上开设的凹槽1011内,以限制外筒体移动,使外筒体只能沿凹槽1011活动,进而防止外筒体与监测筒50之间产生摩擦,而外筒体将监测筒50、检测机构102包裹在外筒体内部,并使监测筒50敞开的一端穿过圆孔,以使雨水能够落入监测筒50的内部;
在野外观测地安装时,需要现在地面开挖一个地坑,地坑的深度要大于称重装置10的高度,地坑的直径要大于外筒体40的外径尺寸,地坑的底部要铺平,且夯实,在地坑底部铺设隔离板101,检测机构102嵌入在隔离板101上的盲孔1012内,并将监测筒50上设置的连接底盘502与检测机构102通过螺栓固定连接,使监测筒50、检测机构102水平安装在隔离板101上,将外筒体嵌入到隔离板101上开设的凹槽1011内,保持外筒体的顶部与地面齐平,并使外筒体垂直与隔离板101,用挖出的土将外筒体与地坑之间的空隙填实,以保证外筒体不会因外力倾倒或发生位移,与监测筒50及检测机构102发生摩擦,造成检测机构102被损坏。
请参看图3、图4、图5,进一步的,所述检测机构102包括固定托盘1021、重力传感器1022、支撑板1023,所述固定托盘1021通过螺栓固定设置在连接底盘502的下方,固定托盘1021远离连接底盘502的一侧表面设置有凸台10211,凸台10211远离连接底盘502的一端表面上设置有环形卡槽10212,且凸台10211表面还设置有嵌入孔10213,嵌入孔10213位于凸台10211远离连接底盘502的一端表面的正中间,嵌入孔10213内安装有磁性件,凸台10211的两个侧面上开设有第一销孔10214,所述重力传感器1022设置在固定托盘1021远离监测筒50一侧,重力传感器1022与固定托盘1021连接的一端表面上设置有卡入凸边10221,卡入凸边10221的两个侧面上开设有与第一销孔10214相配合的第二销孔10222,卡入凸边10221的尺寸与环形卡槽10212尺寸相配合,重力传感器1022与固定托盘1021连接的一端表面上还设置有凸块10223,凸块10223位于重力传感器1022与固定托盘1021连接的一端表面的正中间,卡入凸边10221插入到环形卡槽10212内,使凸块10223卡入嵌入孔10213内,并通过嵌入孔10213内安装的磁性件将凸块10223吸住,定位销插入第一销孔10214、第二销孔10222内,将重力传感器1022与固定托盘1021连接,所述支撑板1023固定设置在重力传感器1022远离固定托盘1021的一侧表面,支撑板1023上设置有调节支座10231,调节支座10231的一端与支撑板1023通过螺栓连接,调节座的另一端插入到隔离板101上设置的盲孔1012内,将调节座与隔离板101连接。
请参看图7,进一步的,所述数据处理单元202包括信号转化模块2021、单片机模块2022、SD卡转写存储模块2023、自动时钟控制模块2024,自动时钟控制模块2024输出端与重力传感器1022电性连接,输入端与单片机模块2022电性连接,信号转化模块2021入口端与重力传感器1022电性连接,出口端与单片机模块2022电性连接,单片机模块2022出口端与SD卡转写存储模块2023入口端电性连接,单片机模块2022通过调用自动时钟控制模块2024的时钟信号,每5分钟记录一次高精度重力传感器1022检测到的监测筒50重量变化信号,信号转化模块2021将重力传感器1022传回的电流信号转换为数字信号,传入单片机模块2022,并由单片机模块2022将数字信号传输给SD卡转写存储模块2023,通过SD卡转写存储模块2023将监测筒50重量变化数值以文本文件格式逐行存储于通用SD存储卡中。
所述供电装置30包括太阳能发电板301、电源保护箱302、胶体电瓶303,所述胶体电瓶303设置在电源保护箱302内,并埋置于地表之下,所述太阳能发电板301与胶体电瓶303电性连接。
所述数据处理装置20包括防雨保护箱201及设置在防雨保护箱201内的数据处理单元202、太阳能充电控制器203,所述太阳能充电控制器203的入口端与太阳能发电板301电性连接,输出端分别与胶体电瓶303、数据处理单元202电性连接,太阳能充电控制器203一边将太阳能发电板301产生的电量传输给数据处理装置20,为数据处理装置20提供电源,一边将太阳能发电板301产生的多余电量传输给胶体电瓶303,并将多余的电量存储在胶体电瓶303内,以防止供电中断或电压不足时,导致数据处理装置20无法正常工作,进而无法对重量信号进行处理及存储。
太阳能发电板301所产生的电流传输至太阳能充电控制器203,经过调压后传输给胶体电瓶303进行充电储能,以便在断电后,胶体电瓶303能够继续为数据处理单元202提供电源,而太阳能充电控制器203将胶体电瓶303输出电压转换成5V的USB接口供电模式,为数据处理单元202供电,保障数据采集与存储正常运行。
本实用新型的工作方式如下:工作时,需要在野外观测地地面开挖一个地坑,地坑的深度要大于称重装置10的高度,地坑的直径要大于外筒体40的外径尺寸,地坑的底部要铺平,并在地坑表面铺设隔离板101,将称重装置10安装在隔离板101上,将监测筒50安装在称重装置10上,监测筒50内装有野外观测地所取的原位土柱501,将称重装置10与数据处理装置20、供电装置30组装连接好;数据处理装置20的单片机模块2022通过调用自动时钟控制模块2024的时钟信号,每5分钟记录一次高精度重力传感器1022传回的监测筒50重量变化信号,通过SD卡转写存储模块2023,将监测筒50重量变化数值以文本文件格式逐行存储于通用SD存储卡中,工作人员定期取出SD存储卡,并更换新的SD存储卡,通过SD存储卡中存储的监测筒50的重量变化数值,对蒸散量进行计算。
以上所揭露的仅为本实用新型较佳实施例而已,当然不能以此来限定本实用新型之权利范围,本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程,并依本实用新型权利要求所作的等同变化,仍属于实用新型所涵盖的范围。

Claims (6)

1.一种用于旱区复杂环境下的草地蒸散监测系统,其特征在于:包括外筒体、监测筒、称重装置、数据处理装置、供电装置,称重装置固定设置在监测筒的底部,外筒体设置在监测筒的外部,将监测筒、称重装置包裹在外筒体内部,称重装置与数据处理装置电性连接,供电装置与数据处理装置电性连接,称重装置检测监测筒的重量,并将检测到的监测筒的重量信号传输给数据处理装置,通过数据处理装置将监测筒的重量信号转换处理后,将处理后的监测筒的重量数据存储在数据处理装置内,供电装置为数据处理装置及称重装置提供电源,并将多余的电量存储;
所述监测筒的一端敞开,另一端密封,监测筒密封的一端固定设置有连接底盘;
所述称重装置包括隔离板、检测机构,所述隔离板设置在地面上,隔离板远离地面的一侧表面开设有凹槽,且隔离板远离地面表面的一侧表面还设置有盲孔,盲孔位于隔离板的正中间,所述检测机构与数据处理装置电性连接,并且检测机构位于监测筒的底部,检测机构的底部嵌入在隔离板上的盲孔内,顶部通过螺栓与连接底盘固定连接,使检测机构位于隔离板与监测筒之间;
所述外筒体的一端敞开,另一端设置有一个与监测筒外径尺寸相配合的圆孔,外筒体敞开的一端嵌入到隔离板上开设的凹槽内,并将监测筒、检测机构包裹在外筒体内部,使监测筒敞开的一端穿过圆孔,以方便雨水落入监测筒内。
2.根据权利要求1所述的用于旱区复杂环境下的草地蒸散监测系统,其特征在于:所述检测机构包括固定托盘、重力传感器、支撑板,所述固定托盘通过螺栓固定设置在连接底盘的下方,固定托盘远离连接底盘的一侧表面设置有凸台,凸台远离连接底盘的一端表面上设置有环形卡槽,且凸台表面还设置有嵌入孔,嵌入孔位于凸台远离连接底盘的一端表面的正中间,嵌入孔内安装有磁性件,凸台的两个侧面上开设有第一销孔,所述重力传感器与数据处理单元电性连接,重力传感器设置在固定托盘远离监测筒一侧,重力传感器与固定托盘连接的一端表面上设置有卡入凸边,卡入凸边的两个侧面上开设有与第一销孔相配合的第二销孔,卡入凸边的尺寸与环形卡槽尺寸相配合,重力传感器与固定托盘连接的一端表面上还设置有凸块,凸块位于重力传感器与固定托盘连接的一端表面的正中间,卡入凸边插入到环形卡槽内,使凸块卡入嵌入孔内,并通过嵌入孔内安装的磁性件将凸块吸住,定位销插入第一销孔、第二销孔内,将重力传感器与固定托盘连接,所述支撑板固定设置在重力传感器远离固定托盘的一侧表面,支撑板上设置有调节支座,调节支座的一端与支撑板通过螺栓连接,调节座的另一端插入到隔离板上设置的盲孔内,将调节座与隔离板连接。
3.根据权利要求2所述的用于旱区复杂环境下的草地蒸散监测系统,其特征在于:所述数据处理单元包括信号转化模块、单片机模块、SD卡转写存储模块、自动时钟控制模块,自动时钟控制模块输出端与重力传感器电性连接,输入端与单片机模块电性连接,信号转化模块入口端与重力传感器电性连接,出口端与单片机模块电性连接,单片机模块出口端与SD卡转写存储模块入口端电性连接。
4.根据权利要求3所述的用于旱区复杂环境下的草地蒸散监测系统,其特征在于:所述供电装置包括太阳能发电板、电源保护箱、胶体电瓶,所述胶体电瓶设置在电源保护箱内,所述太阳能发电板与胶体电瓶电性连接。
5.根据权利要求4所述的用于旱区复杂环境下的草地蒸散监测系统,其特征在于:所述数据处理装置包括防雨保护箱及设置在防雨保护箱内的数据处理单元、太阳能充电控制器,所述太阳能充电控制器的入口端与太阳能发电板电性连接,输出端分别与胶体电瓶、数据处理单元电性连接,太阳能充电控制器一边将太阳能发电板产生的电量传输给数据处理装置,为数据处理装置提供电源,一边将太阳能发电板产生的多余电量传输给胶体电瓶,并将多余的电量存储在胶体电瓶内。
6.根据权利要求5所述的用于旱区复杂环境下的草地蒸散监测系统,其特征在于:所述监测筒内部设置有原位土柱。
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