CN213658633U - 一种高精度土壤水分监测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出一种高精度土壤水分监测装置，包括设置在土壤表面以下的预埋杆和设置在在土壤表面以上的立杆，所述预埋杆上等距固定有若干传感器固定装置，所述传感器固定装置上固定有监测传感器，所述立杆顶部固定有太阳能电池板，所述太阳能电池板与监测传感器通过导线供电连接，所述预埋杆和立杆内部设有空腔，所述导线设置在预埋杆和立杆的空腔内。本实用新型实现了降低土体容重对含水率测量精度影响的目标，通过固定传感器降低土方回填扰动影响，提高含水率监测精度。

Description

一种高精度土壤水分监测装置

技术领域

本实用新型涉及土壤监测技术领域，尤其是涉及一种高精度土壤水分监测装置。

背景技术

土壤含水率测量具有重要的实际意义，水分影响土壤的物理力学性质，关系着土壤中养分的溶解、转移和微生物的活动，更是植物赖以生存的基本条件。在农业生产、灌溉、排水规划设计中，含水率的测量是科学指导作业的基本支撑；在工程建筑(如铁路、公路、水电站、渠道、房屋等)中，土含水率是影响土体物理力学性质的重要指标；在在地质灾害防治中，降雨入渗是诱发地质灾害的重要因素，而土壤含水率测定是滑坡、崩塌等地质灾害监测预警的重要指示。

目前，土壤含水率测量方法主要分为破坏性测量、接触式和非接触式测量，其中破坏性测量方法有括比重法、烘干法、燃烧法、微波法；接触式测量方法主要有：TDR法、FDR法、电容法、中子测量等；非接触式测量方法主要有红外遥感、探地雷达、γ射线法等。在以上三类测量方法中，破坏性测量主要用于室内试验及其他测量方法的标定，具有精度高，但实施不便的特点；接触式测量应用最广泛，其原位、实时等特点被用于土壤墒情监测、地质在灾害监测以及其他工程领域；非接触式测量主要用于大面积表层含水率测量，精度较低。

在目前应用最广泛的接触式测量方法中，普遍存在测量精度受多因素影响问题。土壤的容重、温度、含盐量、质地、电特性等对测量精度、速度都有很大影响。在这些影响因素中，由于传感器设备安装的方法、环境条件不同，使得土壤容重的影响难发现、难分析、难处理，因而往往被选择性忽略。

在常用的的介电法原理测量含水率时，对于含水率相同的土样，土壤容重越大，单位体积内的土壤颗粒就越大，而空气含量则越小。在相同温度下，土壤颗粒的相对介电常数大于空气的相对介电常数，致使传感器输出电压随着土壤容重的增大而增大，导致测量值偏高。

在多层土壤含水率监测中，目前大多采用先挖坑槽，然后每隔一定深度在侧壁安装一个传感器，再将土方回填。用该方法实时监测不同深度处土壤的含水率，在实施过程中，一方面，探针式传感器的安装必然会扰动探针附近原状土样，另一方面，在传感器安装完毕后土方回填的过程中，回填土的密实度、回填方法、回填后的不均匀沉降等都最终都将通过力的形式传递到传感器，进而改变探针附近的土壤密度，是的测量数据产生难以预计的误差，局部观测数据将不具备代表性。在土壤密度、裂缝对土壤含水率传感器测定结果影响方面，目前尚无准确有效的解决办法，因为传感器附近土壤被扰动后的密度变化难以进行量化估计，导致难以准确的提出密度—含水率修正模型，不同的土壤具有不同的特性，要在感知设备上进行结果修正需要大量数据与实验支撑。因此，现阶段有必要提出一种方法从根源上减小土壤容重对含水率测试精度的影响，即采用一种装置和方法，减小传感器对原状土的扰动影响。

实用新型内容

本实用新型解决了现有土壤监测传感器安装过程中探针附近的土壤密度发生改变导致测量数据出现误差的问题，本实用新型提出了一种高精度土壤水分监测装置，本装置实现了降低土体容重对含水率测量精度影响的目标，通过固定传感器降低土方回填扰动影响，提高含水率监测精度。

为实现上述目的，本实用新型提供以下的技术方案：

一种高精度土壤水分监测装置，包括设置在土壤表面以下的预埋杆和设置在在土壤表面以上的立杆，所述预埋杆上等距固定有若干传感器固定装置，所述传感器固定装置上固定有监测传感器，所述立杆顶部固定有太阳能电池板，所述太阳能电池板与监测传感器通过导线供电连接，所述预埋杆和立杆内部设有空腔，所述导线设置在预埋杆和立杆的空腔内。

本实用新型一次性将监测不同位置的传感器固定在预埋杆上，在进行土方回填时，对整个预埋杆进行回填，降低土方回填扰动影响，避免传感器探针附近的土壤密度由于土方回填扰动发生改变，提高了传感器测量的数据的准确性。

作为优选，所述预埋杆与立杆通过一对法兰盘固定连接，所述法兰盘包括与预埋杆顶部固定的下部以及与立杆底部固定的上部。

本实用新型利用法兰盘直接将预埋杆和立杆进行固定，工期短，有利于现场快速实施，节约时间、资源成本。

作为优选，所述立杆底部设有混凝土块，所述混凝土块固定在土壤内，所述预埋杆与立杆之间连接有PVC胶管，所述导线通过PVC 胶管连接到监测传感器。

在风力强、立杆上部需要装设多种传感设备，立杆承重量大的情况下，采用分离安装的预埋杆和立杆，使得预埋杆上部荷载降低，同时可以减小风力引起的水平荷载或意外造成的撞击影响，分离后的立杆上部除了可以安装太阳能电池板，还可以安装雨量计等其他监测设备，提高了材料的利用率，降更大程度上降低了荷载。

作为优选，所述监测传感器为土壤含水率监测传感器。监测传感器为土壤含水率监测传感器，可以测量土壤的电压或者电容或者电阻，通过线路将采集数据传输到DTU或者RTU，进行实时含水率监测。

作为优选，所述传感器固定装置包括预埋杆抱箍、抱箍固定板和传感器抱箍，所述抱箍固定板设有抱紧部和固定部，所述抱紧部与预埋杆抱箍配合连接，将抱箍固定板抱紧固定在预埋杆上，所述传感器抱箍与固定部配合连接，将监测传感器抱紧固定在抱箍固定板上。

作为优选，所述立杆顶部设有立杆抱箍和太阳能电池板固定架，所述立杆抱箍与太阳能电池板固定架配合连接，将太阳能电池板固定架抱紧固定在立杆上，所述太阳能电池板固定在太阳能电池板固定架上。

作为优选，所述预埋杆底部设有预埋杆垫片。

本实用新型有以下有益效果：本实用新型一次性将监测不同位置的传感器固定在预埋杆上，在进行土方回填时，对整个预埋杆进行回填，降低土方回填扰动影响，避免传感器探针附近的土壤密度由于土方回填扰动发生改变，提高了传感器测量的数据的准确性。

附图说明

图1是本实施例1的结构示意图；

图2是本实施例1的结构左视图；

图3是本实施例2的结构示意图；

其中，1、预埋杆 2、预埋杆垫片 3、预埋杆抱箍 4、抱箍固定板 5、传感器抱箍 6、法兰盘 7、立杆 8、太阳能电池板 9、 PVC胶管 10、立杆抱箍。

具体实施方式

实施例1：

本实施例提出一种高精度土壤水分监测装置，参考图1和图2，包括设置在土壤表面以下的预埋杆1和设置在在土壤表面以上的立杆7，预埋杆1上等距固定有若干传感器固定装置，传感器固定装置上固定有监测传感器，立杆7顶部固定有太阳能电池板8，太阳能电池板8与监测传感器通过导线供电连接，预埋杆1和立杆7内部设有空腔，导线设置在预埋杆1和立杆7的空腔内。

本实用新型一次性将监测不同位置的传感器固定在预埋杆上，在进行土方回填时，对整个预埋杆进行回填，降低土方回填扰动影响，避免传感器探针附近的土壤密度由于土方回填扰动发生改变，提高了传感器测量的数据的准确性。

预埋杆1与立杆7通过一对法兰盘6固定连接，法兰盘6包括与预埋杆1顶部固定的下部以及与立杆7底部固定的上部。

本实用新型利用法兰盘直接将预埋杆和立杆进行固定，工期短，有利于现场快速实施，节约时间、资源成本。

监测传感器为土壤含水率监测传感器。监测传感器为土壤含水率监测传感器，可以测量土壤的电压或者电容或者电阻，通过线路将采集数据传输到DTU或者RTU，进行实时含水率监测。

传感器固定装置包括预埋杆抱箍3、抱箍固定板4和传感器抱箍 5，抱箍固定板4设有抱紧部和固定部，抱紧部与预埋杆抱箍3配合连接，将抱箍固定板4抱紧固定在预埋杆1上，传感器抱箍5与固定部配合连接，将监测传感器抱紧固定在抱箍固定板4上。

立杆7顶部设有立杆抱箍10和太阳能电池板固定架，立杆抱箍 10与太阳能电池板固定架配合连接，将太阳能电池板固定架抱紧固定在立杆7上，太阳能电池板8固定在太阳能电池板固定架上。

预埋杆1底部设有预埋杆垫片2，扩大装置受力面积，防止杆件沉降

本实用新型还提出一种高精度土壤水分监测装置的实施方法，采用上述的一种高精度土壤水分监测装置，包括以下步骤：

S1，组装预埋杆，将监测传感器固定在预埋杆上，完成导线穿线；

S2，开挖预埋杆坑槽，并对坑底进行夯实，压实度不小于90％，然后在夯实后的坑底，靠近监测传感器一侧铺碎石，厚度为10cm，再进行土方回填，每次回填15cm并人工夯实，压实度不小于90％，直到设计标高位置停止，将坑底采用垫层、夯实方法处理后可以达到减小沉降的要求；

S3，将组装好预埋杆竖直沉到夯实层，并进行土方回填，每次回填 10cm，人工压实过程中避免大幅度扰动预埋杆；

S4，组装立杆，完成太阳能电池板与导线的连接，并利用法兰盘将立杆与预埋杆固定。

实施例2：

本实施例在实施例1的基础上，参考图3，不采用法兰盘连接，立杆和预埋杆进行分离安装，立杆7底部设有混凝土块，混凝土块固定在土壤内，预埋杆1与立杆7之间连接有PVC胶管9，导线通过 PVC胶管连接到监测传感器。

在风力强、立杆上部需要装设多种传感设备，立杆承重量大的情况下，采用分离安装的预埋杆和立杆，使得预埋杆上部荷载降低，同时可以减小风力引起的水平荷载或意外造成的撞击影响，分离后的立杆上部除了可以安装太阳能电池板，还可以安装雨量计等其他监测设备，提高了材料的利用率，降更大程度上降低了荷载。

本实用新型还提出一种高精度土壤水分监测装置的实施方法，采用上述的一种高精度土壤水分监装置，包括以下步骤：

Sa，开挖立杆坑槽和PVC胶管沟槽，立杆坑槽的位置选在无直接遮挡物的位置；

Sb，组装立杆和PVC胶管，将太阳能电池板固定在立杆上，并完成导线穿线；

Sc，对立杆进行浇筑，将立杆底部插入立杆坑槽，将PVC胶管放置在PVC胶管沟槽内，采用三角型支架暂时支护立杆，采用混凝土浇筑立杆坑槽，边浇筑边振捣；

Sd，在混凝土固结过程中进行预埋杆坑槽开挖；

Se，对预埋杆坑槽的坑底进行夯实，压实度不小于90％，然后在夯实后的坑底，靠近监测传感器一侧铺碎石，厚度为10cm，再进行土方回填，每次回填15cm并人工夯实，压实度不小于90％，直到设计标高位置停止；

Sf，对预埋杆进行组装，固定好监测传感器，并完成导线穿线以及导线与监测传感器连接；

Sg，将组装好的预埋杆竖直沉到夯实层，并进行土方回填，每次回填 10cm，人工压实过程中避免大幅度扰动预埋杆。

Claims (7)

1.一种高精度土壤水分监测装置，其特征是，包括设置在土壤表面以下的预埋杆(1)和设置在土壤表面以上的立杆(7)，所述预埋杆(1)上等距固定有若干传感器固定装置，所述传感器固定装置上固定有监测传感器，所述立杆(7)顶部固定有太阳能电池板(8)，所述太阳能电池板(8)与监测传感器通过导线供电连接，所述预埋杆(1)和立杆(7)内部设有空腔，所述导线设置在预埋杆(1)和立杆(7)的空腔内。

2.根据权利要求1所述的一种高精度土壤水分监测装置，其特征是，所述预埋杆(1)与立杆(7)通过一对法兰盘(6)固定连接，所述法兰盘(6)包括与预埋杆(1)顶部固定的下部以及与立杆(7)底部固定的上部。

3.根据权利要求1所述的一种高精度土壤水分监测装置，其特征是，所述立杆(7)底部设有混凝土块，所述混凝土块固定在土壤内，所述预埋杆(1)与立杆(7)之间连接有PVC胶管(9)，所述导线通过PVC胶管连接到监测传感器。

4.根据权利要求1或2或3所述的一种高精度土壤水分监测装置，其特征是，所述监测传感器为土壤含水率监测传感器。

5.根据权利要求4所述的一种高精度土壤水分监测装置，其特征是，所述传感器固定装置包括预埋杆抱箍(3)、抱箍固定板(4)和传感器抱箍(5)，所述抱箍固定板(4)设有抱紧部和固定部，所述抱紧部与预埋杆抱箍(3)配合连接，将抱箍固定板(4)抱紧固定在预埋杆(1)上，所述传感器抱箍(5)与固定部配合连接，将监测传感器抱紧固定在抱箍固定板(4)上。

6.根据权利要求4所述的一种高精度土壤水分监测装置，其特征是，所述立杆(7)顶部设有立杆抱箍(10)和太阳能电池板固定架，所述立杆抱箍(10)与太阳能电池板固定架配合连接，将太阳能电池板固定架抱紧固定在立杆(7)上，所述太阳能电池板(8)固定在太阳能电池板固定架上。

7.根据权利要求4所述的一种高精度土壤水分监测装置，其特征是，所述预埋杆(1)底部设有预埋杆垫片(2)。

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