CN215768567U - 一种土壤蒸渗测量系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及水分循环技术领域，尤其是涉及一种土壤蒸渗测量系统。土壤蒸渗测量系统包括土壤蒸渗测量装置、供电系统、数据采集与无线传输系统和自动排水系统，土壤蒸渗测量装置、数据采集与无线传输系统和自动排水系统均与供电系统相连。将土壤放置在土壤蒸渗测量装置内，并通过检测装置进行土壤参数的检测，能够有效的测量的土壤参数变化，另外，通过数据采集与无线传输系统与土壤蒸渗测量装置的连接，能够实现数据采集自动检测，无需人工值守。检测装置可以根据实际需要进行选择或者组合，能够实现对环境的全面监测。

Description

一种土壤蒸渗测量系统

技术领域

本实用新型涉及水分循环技术领域，尤其是涉及一种土壤蒸渗测量系统。

背景技术

水量平衡和蒸散发过程研究是水文循环研究的重要方面.正确的观测和计算地表实际蒸散发量对认识气候变化条件下的水循环特征,实现区域水资源的可持续开发利用具有非常重要的意义.目前在农业生产活动中，农田蒸散是许多农业科学工作者多年研究的最重要课题之一，因为它对农田水利、产量预报、品种选择、土壤改良等许多研究领域有重要意义。因此获得农田蒸散量就显得格外重要。作物腾发量即为植株蒸腾与棵间蒸发之和，是农业节水领域科学研究需要测定的重要指标之一。准确地测定作物腾发量，对研究农作物节水种植技术、提高农田水分利用率和节约水资源具有十分重要的意义。

目前，获得农田蒸散量的方法，一是直接用仪器测量，二是通过大量实验数据，找出规律，总结出一种模式，即一种计算公式，并代入必要的已知条件算出结果。测量蒸散的仪器较多，如渗水测量器、可能蒸散表、重量渗水测定器、漂浮渗水测定器等。

1、传统方法需消耗大量人力和时间成本。

2、当下仪器较昂贵，观测方法较复杂，且代表性、可靠性、准确性等都受限制，故更多的是建立逼近实际情况的蒸散计算公式。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种土壤蒸渗测量系统，该系统能够解决传统蒸渗仪功能单一，不仅安装费用较高,日常维护和观测需要大量的人力物力，观测精度也常常受到仪器系统误差或人为因素的影响。土壤蒸渗测量系统用于研究水循环，陆面蒸散发影响的野外自动观测新系统该系统无论在测量的精度及频次上都比传统观测方法有极大的提高。另外，除了应用于陆面实际蒸散发量的观测外，该系统还可以装置了土壤水分，温度和水势传感器，观测精度较高，且适应多种环境条件，能够根据不同的科学目标进行新的组合和设计。

本实用新型提供一种土壤蒸渗测量系统，其包括土壤蒸渗测量装置、供电系统、数据采集与无线传输系统和自动排水系统，土壤蒸渗测量装置、数据采集与无线传输系统和自动排水系统均与供电系统相连；

所述土壤蒸渗测量装置包括容纳腔和检测装置，待检测土壤放置在容纳腔内，检测装置用于检测土壤参数；

所述自动排水系统与土壤蒸渗测量装置的排水端连通，且土壤蒸渗测量装置和自动排水系统均为封闭结构。

优选的，所述土壤蒸渗测量装置还包括外围保护桶和土柱；

检测装置包括土壤水分传感器、翻斗水量传感器和称重传感器支撑支架；

所述外围保护桶套设在土柱的外侧，所述土柱为桶状结构，所述土柱构成容纳腔；

所述土壤蒸渗测量装置包括多个土壤水分传感器，沿土柱的高度方向，土壤水分传感器分布在不同的位置；

所述称重传感器设置在土柱的下部；

所述土柱的底部设置有排水孔，翻斗水量传感器对应排水孔设置。

优选的，所述土柱设置在称重传感器支撑支架上，称重传感器设置在两者之间设置有，称重传感器支撑支架的底部设置有地脚调平。

优选的，所述自动排水系统包括外桶，设置在外桶内的水泵系统，所述外桶与外围保护桶的底部连通。

优选的，所述水泵系统包括吸水泵、过滤装置、水位电极以及控制板，吸水泵、水位电极与控制板连接；

所述吸水泵的进液口和水位电极均设置在外桶的底部。

优选的，所述外围保护桶和外桶的端部均设置有防水盖，防水盖使土壤蒸渗测量装置和自动排水系统形成封闭结构。

优选的，所述土壤水分传感器沿土柱的高度方向等间距分布。

优选的，所述排水孔为过滤排水孔。

优选的，所述供电系统包括太阳能板、蓄电池、控制器、太阳能板与蓄电池相连，蓄电池与控制器相连。

优选的，所述的数据采集与无线传输系统包括机箱、数据采集器、无线传输模块，数据采集器与检测装置相连，数据采集器与无线传输模块相连。

有益效果：

将土壤放置在土壤蒸渗测量装置内，并通过检测装置进行土壤参数的检测，能够有效的测量的土壤参数变化，另外，通过数据采集与无线传输系统与土壤蒸渗测量装置的连接，能够实现数据采集自动检测，无需人工值守。检测装置可以根据实际需要进行选择或者组合，能够实现对环境的全面监测。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，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的附图。

图1为本实用新型的系统结构示意图；

图2为本实用新型的工作流程原理图；

图3a、3b为本实用新型的称重平台详图；

图4为本实用新型的土柱剖面示意图；

图5为本实用新型的自动排水系统示意图。

具体实施方式

下面将结合实施例对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语"中心"、"纵向"、"横向"、"长度"、"宽度"、"厚度"、"上"、"下"、"前"、"后"、"左"、"右"、"坚直"、"水平"、"顶"、"底"、"内"、"外"、"顺时针"、"逆时针"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，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，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实用新型的限制。

此外，术语"第一"、"第二"仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有"第一"、"第二"的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本实用新型的描述中，"多个"的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。此外，术语“安装”、“相连”、“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；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。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实用新型中的具体含义。

如图1至图5所示，本实施方式提供了一种土壤蒸渗测量系统，包括土壤蒸渗测量装置1、供电系统2、数据采集与无线传输系统3和自动排水系统4，土壤蒸渗测量装置1、数据采集与无线传输系统3和自动排水系统4均与供电系统2相连。

土壤蒸渗测量装置1包括容纳腔和检测装置，待检测土壤放置在容纳腔内，检测装置用于检测土壤参数。

自动排水系统与土壤蒸渗测量装置1的排水端连通，且土壤蒸渗测量装置1和自动排水系统均为封闭结构。

本实施方式，将土壤放置在土壤蒸渗测量装置内，并通过检测装置进行土壤参数的检测，能够有效的测量的土壤参数变化，另外，通过数据采集与无线传输系统3与土壤蒸渗测量装置1(检测装置)的连接，能够实现数据采集自动检测，无需人工值守。检测装置可以根据实际需要进行选择或者组合，能够实现对环境的全面监测。

土壤蒸渗测量装置1

土壤蒸渗测量装置1包括蒸渗装置外围保护桶11、土柱12、土壤水分传感器13、防水盖14、地脚调平15、称重传感器16、翻斗水量传感器17和称重传感器支撑支架18。

外围保护桶11套设在土柱12的外侧，土柱12为桶状结构，土柱12构成容纳腔。

蒸渗装置外围保护桶11采用一体化结构，使用高密度聚乙烯管材和板材热熔接而成，坚固耐腐蚀，无渗漏，用于小型土壤蒸渗测量系统与周围环境隔离，避免造成测量干扰，同时系统结构紧凑整体占地小，极大减少对环境的破坏。

土柱12用于放置原装去除的土壤，侧面预留安装传感器的孔，底部预留土壤渗漏水过滤排除孔。

土壤水分传感器13用于实时测量各土层土壤含水量。土壤蒸渗测量装置包括多个土壤水分传感器13，沿土柱的高度方向，土壤水分传感器13分布在不同的位置。具体的，土壤水分传感器13沿土柱的高度方向等间距分布。进一步的，土壤水分传感器13安装在土柱12侧壁上预留的孔内。

称重传感器16设置在土柱的下部，具体的，土柱设置在称重传感器支撑支架18上，称重传感器16设置在两者之间设置有，称重传感器支撑支架18的底部设置有地脚调平15。

地脚调平15用于调整称重传感器16以及土柱12使其水平，以避免出现测量误差保证测量精度；称重传感器16用于实时记录土柱土壤重量的微弱变化。称重传感器支撑支架18用于固定称重传感器16和托起土柱12。

所述土柱12的底部设置有排水孔，翻斗水量传感器17对应排水孔设置。翻斗水量传感器17用于实时记录土柱12中土壤的水分渗透量。

供电系统2

供电系统2包括太阳能板、蓄电池、控制器，太阳能板21与蓄电池相连，蓄电池与控制器相连。

数据采集与无线传输系统3

数据采集与无线传输系统3包括机箱31、数据采集器、无线传输模块，数据采集器与称重传感器16、土壤水分传感器13、翻斗雨量传感器17相连；数据采集器与无线传输模块相连，用于实时或定时远程传输采集的数据。

自动排水系统4

自动排水系统4包括外桶，设置在外桶内的水泵系统，外桶与外围保护桶的底部连通。

水泵系统包括吸水泵41、过滤装置42、水位电极43以及控制板44，吸水泵41、水位电极43与控制板44连接。

吸水泵41的进液口和水位电极43均设置在外桶的底部。通过水位电极触发排水或关闭吸水泵41，能够节约电量。

外围保护桶11和外桶的端部均设置有防水盖14，防水盖14使土壤蒸渗测量装置1和自动排水系统形成封闭结构。

防水盖14用于安装完自动排水系统4后扣上以免外部杂质和雨水进入。

本具体实施方式的土壤蒸渗测量装置包括蒸渗装置外围保护桶、土柱、土壤水分传感器、防水盖、地脚调平、称重传感器、翻斗水量传感器。

称重传感器支撑支架组成，称重传感器是不锈钢材质，三梁结构，焊接密封，压向承载。

称重传感器应用弹性体(弹性元件，敏感梁)在外力作用下产生弹性变形，使粘贴在它表面的电阻应变片(转换元件)也随同产生变形，电阻应变片变形后，它的阻值将发生变化(增大或减小)，再经相应的测量电路把这一电阻变化转换为电信号(电压或电流)，从而完成了将外力变换为电信号的过程一种仪器。

土壤水分传感器是射频充分表征介质频谱，分离土壤介电常数的能量存储(实际介电常数)和能量损失(虚介电常数)，再通过内置微处理器进行复杂的数学计算以消除温度和盐分带来的测量误差。该技术不仅能提供高精度的土壤含水量、电导率和温度数据，也大大降低了不同传感器之间变异性，且无需校准。能够同时且连续准确的测量三个土壤参数，含水量、电导率和温度。对土壤水分传感器检测到的数据处理过程，利用的到是现有技术，本实施方式不涉及到此数据处理过程的改进。

翻斗水量传感器(也可以叫翻斗式雨量计，其也为现有的传感器)是由感应器及信号记录器组成的遥测雨量仪器，感应器由承水器、上翻斗、计量翻斗、计数翻斗、干簧开关等构成，既翻斗每翻倒一次，干式舌簧管便接通一次送出一个脉冲信号。

称重传感器信号输出为电压信号，标准线长5米，如遇到现场安装情况电缆长度不够，可使用高精度称重变送器转成RS232信号。翻斗水量传感器输出信号是脉冲信号。土壤水分传感器输出信号为SDI12。其中，三种信号输出线接入数据采集器上于信号传输和数据收集。

供电系统有太阳能板、蓄电池、控制器、DC-DC模块组成。控制器的作用是用来保护电瓶的防止过充与过放电的。安装在控制系统的机箱内(如图1)。DC-DC模块是为了满足各个器件不同的工作电压的。

自动排水系统包括吸水泵、过滤装置、水位电极以及控制板。安装在控蒸渗装置外围保护桶右侧小桶(如图1所示)，液位涨至触发水位电极的上限位时，触发液位控制板动作，导通吸水泵工作将渗漏的水排出；吸水泵抽水至液位触发下限位的电极时，触发液位控制板动作，吸水泵断电关闭。

本具体实施方式工作过程为供电系统为称重传感器、土壤水分传感器、翻斗水量传感器、数据采集器、无线传输模块和排水装置供电，土壤水分传感器、翻斗水量传感器工作，数据采集器实时采集存储各土壤水分传感器、翻斗水量传感器输出的数据并通过无线传输模块远程传输。液位涨至触发水位电极的上限位时，触发液位控制板动作，导通吸水泵工作将渗漏的水排出；吸水泵抽水至液位触发下限位的电极时，触发液位控制板动作，吸水泵断电关闭。

需要说明的是，在本实施方式中检测装置、数据采集与无线传输系统3、控制装置均采用的现有装置，本实施方式中不涉及上述装置的线路构造，线路连接关系，以及控制程序上的改进，本实施方式中利用的现有的装置实现的数据上的检测、传输和控制等。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种土壤蒸渗测量系统，其特征在于，包括土壤蒸渗测量装置(1)、供电系统(2)、数据采集与无线传输系统(3)和自动排水系统(4)，土壤蒸渗测量装置(1)、数据采集与无线传输系统(3)和自动排水系统(4)均与供电系统(2)相连；

所述土壤蒸渗测量装置(1)包括容纳腔和检测装置，待检测土壤放置在容纳腔内，检测装置用于检测土壤参数；

所述自动排水系统与土壤蒸渗测量装置(1)的排水端连通，且土壤蒸渗测量装置(1)和自动排水系统均为封闭结构。

2.根据权利要求1所述的土壤蒸渗测量系统，其特征在于，所述土壤蒸渗测量装置(1)还包括外围保护桶(11)和土柱(12)；

检测装置包括土壤水分传感器(13)、翻斗水量传感器(17)和称重传感器支撑支架(18)；

所述外围保护桶(11)套设在土柱(12)的外侧，所述土柱(12)为桶状结构，所述土柱(12)构成容纳腔；

所述土壤蒸渗测量装置包括多个土壤水分传感器(13)，沿土柱的高度方向，土壤水分传感器(13)分布在不同的位置；

所述称重传感器(16)设置在土柱的下部；

所述土柱(12)的底部设置有排水孔，翻斗水量传感器(17)对应排水孔设置。

3.根据权利要求2所述的土壤蒸渗测量系统，其特征在于，

所述土柱设置在称重传感器支撑支架(18)上，称重传感器(16)设置在两者之间设置有，称重传感器支撑支架(18)的底部设置有地脚调平(15)。

4.根据权利要求2所述的土壤蒸渗测量系统，其特征在于，所述自动排水系统包括外桶，设置在外桶内的水泵系统，所述外桶与外围保护桶的底部连通。

5.根据权利要求4所述的土壤蒸渗测量系统，其特征在于，所述水泵系统包括吸水泵(41)、过滤装置(42)、水位电极(43)以及控制板(44)，吸水泵(41)、水位电极(43)与控制板(44)连接；

所述吸水泵(41)的进液口和水位电极(43)均设置在外桶的底部。

6.根据权利要求4所述的土壤蒸渗测量系统，其特征在于，所述外围保护桶(11)和外桶的端部均设置有防水盖(14)，防水盖(14)使土壤蒸渗测量装置(1)和自动排水系统形成封闭结构。

7.根据权利要求2所述的土壤蒸渗测量系统，其特征在于，所述土壤水分传感器(13)沿土柱的高度方向等间距分布。

8.根据权利要求2所述的土壤蒸渗测量系统，其特征在于，所述排水孔为过滤排水孔。

9.根据权利要求1所述的土壤蒸渗测量系统，其特征在于，所述供电系统(2)包括太阳能板、蓄电池、控制器，太阳能板(21)与蓄电池相连，蓄电池与控制器相连。

10.根据权利要求1所述的土壤蒸渗测量系统，其特征在于，所述的数据采集与无线传输系统(3)包括机箱(31)、数据采集器、无线传输模块，数据采集器与检测装置相连，数据采集器与无线传输模块相连。

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