本發(fā)明涉及一種可替換式多層土體狀態(tài)參數(shù)監(jiān)測裝置及使用方法，所涉及領(lǐng)域包括農(nóng)學(xué)、土壤學(xué)、巖土工程、林學(xué)和災(zāi)害防治等，所涉及測量參數(shù)包括土壤水勢、水位、溫度、土壓力、重金屬離子、有機(jī)物污染、土體介電常數(shù)等。

背景技術(shù)：

土壤不僅是我們?nèi)祟惿畹幕A(chǔ)，而且也是地球上最主要的一種物質(zhì)，更是人類基本生活的來源和保障?！懊褚允碁樘?，食以土為本”，道出了土壤對人類生存，特別是對農(nóng)業(yè)和林業(yè)有重大作用。土壤中的含水率、重金屬離子、污染物和溫度等不僅影響農(nóng)作物、植物和樹木生長，還可能對人類賴以生存的食物造成污染。不僅如此，所有建筑物都建設(shè)在土壤上，土體應(yīng)力、含水率和水位等參數(shù)直接影響建筑物的變形和裂縫，嚴(yán)重者可能導(dǎo)致房屋傾倒?？梢?，對土壤中參數(shù)進(jìn)行測量是調(diào)控植物生長、污染以及建筑物正常使用的重要基礎(chǔ)。

現(xiàn)有技術(shù)中，通過挖孔、埋設(shè)、回填等手段埋設(shè)相應(yīng)傳感器，對土體的參數(shù)進(jìn)行測量。專利201420142019.5提出采用支撐桿連接不同深度土壤傳感器，測量不同深度土壤狀態(tài)參數(shù)。然而，土壤狀態(tài)參數(shù)測量傳感器在測量過程中可能發(fā)生失效或讀數(shù)不正常。一旦失效或讀數(shù)不正常，就必須挖出來檢修或更換傳感器才可再次測量。如普通土壤水勢傳感器，當(dāng)土壤水勢過大時，可能導(dǎo)致土壤水勢傳感器汽化進(jìn)而失效，必須對土壤水勢傳感器再次飽和才可再使用。然而傳統(tǒng)的埋設(shè)方法中，尤其對于埋設(shè)深度較大時，挖出傳感器不僅成本高，而且易對傳感器造成損壞，嚴(yán)重影響土壤狀態(tài)參數(shù)測量傳感器的使用。另外，傳統(tǒng)埋設(shè)方法中一次僅可埋設(shè)一個傳感器，對于多層不同深度的測量必須逐一埋設(shè)，費(fèi)時費(fèi)力；使用了回填工序，不能保證傳感器與土體接觸良好，而且回填土的密度和性質(zhì)也可能與原狀土不一致，這些不利因素可能導(dǎo)致測量準(zhǔn)確度偏差。

現(xiàn)有技術(shù)專利201010121920.0提出了一種傳感器控制裝置，屬于土壤水分測量領(lǐng)域及自動監(jiān)測量領(lǐng)域。為實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場無人操作、全自動土壤剖面水分?jǐn)?shù)據(jù)的自動采集與傳輸，本發(fā)明提供的水分監(jiān)測裝置包括控制裝置包括傳感器移動裝置以及控制系統(tǒng)；所述傳感器移動裝置用于帶動其所連接的傳感器在豎直方向上運(yùn)動；所述控制系統(tǒng)與所述傳感器移動裝置連接，用于控制所述傳感器移動裝置按照預(yù)設(shè)的方式自動進(jìn)行動作。此外，本發(fā)明還提供包括該控制裝置的土壤水分監(jiān)測裝置。本發(fā)明所提供的土壤水分監(jiān)測裝置，對于野外土壤監(jiān)測極有極大的應(yīng)用效益，尤其是在惡劣的環(huán)境與氣候影響下，無需人工現(xiàn)場操作，依舊可以順利完成數(shù)據(jù)采集。但仍存在前述現(xiàn)有技術(shù)缺陷。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種可替換式多層土體狀態(tài)參數(shù)監(jiān)測裝置，其特征在于：包括外套筒1和內(nèi)套筒2，所述外套筒1包括外管11和錐頭12，所述外管11上預(yù)留若干個測量孔13，所述測量孔13外部安裝橡膠墊14；所述內(nèi)套筒2包括內(nèi)管21、管帽22和傳感器推進(jìn)式系統(tǒng)23，所述內(nèi)管21預(yù)留若干個預(yù)留孔24，位置與測量孔13對應(yīng)，所述傳感器推進(jìn)式系統(tǒng)23包括推進(jìn)裝置231和土壤狀態(tài)參數(shù)測量傳感器232，所述推進(jìn)裝置231包括伸縮桿2311和底座2312，所述的底座2312固定于所述內(nèi)管21內(nèi)側(cè)，所述的伸縮桿2311固定于所述土壤狀態(tài)參數(shù)測量傳感器232。

進(jìn)一步的，所述外套筒1打設(shè)在土體中，保證與土體充分接觸。

進(jìn)一步的，所述橡膠墊14下部固定在所述外管11預(yù)留的測量孔13下部，遮蓋所述測量孔13，其他部位無約束，所述橡膠墊14存在兩種狀態(tài)：打開和閉合狀態(tài)。

進(jìn)一步的，所述內(nèi)管21內(nèi)套于外管11，所述管帽22外徑大于所述外管11的外徑。

進(jìn)一步的，所述伸縮桿2311可由電機(jī)、氣缸和油缸等驅(qū)動裝置提供動力，通過電纜線25控制，可設(shè)置為收縮和推出狀態(tài)。

進(jìn)一步的，所述土壤狀態(tài)參數(shù)測量傳感器232可為水勢、水位、溫度、土壓力、重金屬離子、有機(jī)物污染、土體介電常數(shù)等傳感器。

本發(fā)明的另一目的在于提供了一種可替換式多層土體狀態(tài)參數(shù)監(jiān)測裝置使用方法，使用前述的監(jiān)測裝置，其特征在于：

步驟一：打設(shè)所述外套筒1至設(shè)計位置，所述橡膠墊14處于閉合狀態(tài)；

步驟二：將所述土壤狀態(tài)參數(shù)測量傳感器232安裝至所述推進(jìn)裝置231上，確保所述伸縮桿2311處于收縮狀態(tài)；

步驟三：將所述內(nèi)套筒2放置于所述外套筒1，調(diào)節(jié)所述內(nèi)套筒2位置，確保所述測量孔13和預(yù)留孔24重合；

步驟四：調(diào)控所述伸縮桿2311至推出狀態(tài)，所述土壤狀態(tài)參數(shù)測量傳感器232在所述伸縮桿2311作用下推動所述橡膠墊14處于打開狀態(tài)，直到所述土壤狀態(tài)參數(shù)測量傳感器232埋設(shè)至土體中，即可對土體的相應(yīng)參數(shù)進(jìn)行測量。

在前述方法的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步包括：步驟五：如遇土壤狀態(tài)參數(shù)測量傳感器需要替換，調(diào)控所述伸縮桿2311至收縮狀態(tài)，所述土壤狀態(tài)參數(shù)測量傳感器232在所述伸縮桿2311作用下收縮，所述橡膠墊14處于關(guān)閉狀態(tài)；

步驟六：通過所述管帽22取出所述內(nèi)套筒2，替換土壤狀態(tài)參數(shù)測量傳感器，重復(fù)步驟三和四，即可重新進(jìn)行測量。

本發(fā)明相較于現(xiàn)有技術(shù)的有益效果包括：本發(fā)明的可替換式多層土體狀態(tài)參數(shù)監(jiān)測裝置及使用方法，可一次埋設(shè)多個不同深度的土壤狀態(tài)參數(shù)測量傳感器，采用擠壓安裝，保證土體接觸好，不使用回填，對土體影響較小，同時在測量過程中可方便地拿出/安裝土壤狀態(tài)參數(shù)測量傳感器，方便傳感器替換和檢修，同時，對于土體狀態(tài)參數(shù)監(jiān)測測量準(zhǔn)確度高，偏差小。

附圖說明

圖1是可替換式多層土體狀態(tài)參數(shù)監(jiān)測裝置示意圖(步驟一和二)；

圖2是可替換式多層土體狀態(tài)參數(shù)監(jiān)測裝置示意圖(步驟三)；

圖3是可替換式多層土體狀態(tài)參數(shù)監(jiān)測裝置示意圖(步驟四)；

1-外套筒；11-外管；12-錐頭；13-測量孔；14-橡膠墊；2-內(nèi)套筒；21-內(nèi)管；22-管帽；23-傳感器推進(jìn)式系統(tǒng)；231-推進(jìn)裝置；2311-伸縮桿；2312-底座；232-土壤狀態(tài)參數(shù)測量傳感器；24-預(yù)留孔；25-電纜線

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖說明及具體實(shí)施方式對本發(fā)明進(jìn)一步說明。

實(shí)施例1

請參閱圖1，本發(fā)明提供了一種可替換式多層土體狀態(tài)參數(shù)監(jiān)測裝置，其特征在于：包括外套筒1和內(nèi)套筒2，所述外套筒1包括外管11和錐頭12，所述外管11上預(yù)留若干個測量孔13，所述測量孔13外部安裝橡膠墊14；所述內(nèi)套筒2包括內(nèi)管21、管帽22和傳感器推進(jìn)式系統(tǒng)23，所述內(nèi)管21預(yù)留若干個預(yù)留孔24，位置與測量孔13對應(yīng)，所述傳感器推進(jìn)式系統(tǒng)23包括推進(jìn)裝置231和土壤狀態(tài)參數(shù)測量傳感器232，所述推進(jìn)裝置231包括伸縮桿2311和底座2312，所述的底座2312固定于所述內(nèi)管21內(nèi)側(cè)，所述的伸縮桿2311固定于所述土壤狀態(tài)參數(shù)測量傳感器232。

所述外套筒1打設(shè)在土體中，保證與土體充分接觸。

所述橡膠墊14下部固定在所述外管11預(yù)留的測量孔13下部，遮蓋所述測量孔13，其他部位無約束，所述橡膠墊14存在兩種狀態(tài)：打開和閉合狀態(tài)。

所述內(nèi)管21內(nèi)套于外管11，所述管帽22外徑大于所述外管11的外徑。

所述伸縮桿2311可由電機(jī)、氣缸和油缸等驅(qū)動裝置提供動力，通過電纜線25控制，可設(shè)置為收縮和推出狀態(tài)。

所述土壤狀態(tài)參數(shù)測量傳感器232可為水勢、水位、溫度、土壓力、重金屬離子、有機(jī)物污染、土體介電常數(shù)等傳感器。

實(shí)施例2

一種可替換式多層土體狀態(tài)參數(shù)監(jiān)測裝置使用方法，使用實(shí)施例1的監(jiān)測裝置，包括：

參照圖1所示，步驟一：打設(shè)所述外套筒1至設(shè)計位置，所述橡膠墊14處于閉合狀態(tài)；

步驟二：將所述土壤狀態(tài)參數(shù)測量傳感器232安裝至所述推進(jìn)裝置231上，確保所述伸縮桿2311處于收縮狀態(tài)；

參照圖2所示，步驟三：將所述內(nèi)套筒2放置于所述外套筒1，調(diào)節(jié)所述內(nèi)套筒2位置，確保所述測量孔13和預(yù)留孔24重合；

參照圖3所示，步驟四：調(diào)控所述伸縮桿2311至推出狀態(tài)，所述土壤狀態(tài)參數(shù)測量傳感器232在所述伸縮桿2311作用下推動所述橡膠墊14處于打開狀態(tài)，直到所述土壤狀態(tài)參數(shù)測量傳感器232埋設(shè)至土體中，即可對土體的相應(yīng)參數(shù)進(jìn)行測量。

在前述方法的基礎(chǔ)上，優(yōu)選方案進(jìn)一步包括：步驟五：如遇土壤狀態(tài)參數(shù)測量傳感器需要替換，調(diào)控所述伸縮桿2311至收縮狀態(tài)，所述土壤狀態(tài)參數(shù)測量傳感器232在所述伸縮桿2311作用下收縮，所述橡膠墊14處于關(guān)閉狀態(tài)；

步驟六：通過所述管帽22取出所述內(nèi)套筒2，替換土壤狀態(tài)參數(shù)測量傳感器，重復(fù)步驟三和四，即可重新進(jìn)行測量。

實(shí)施例3

通過使用可替換式多層土體狀態(tài)參數(shù)監(jiān)測裝置，以土壤水勢測量為例，土壤水勢靈敏度比傳統(tǒng)方法提高了約90％，測量反應(yīng)時間縮短了約10％。在測量80kpa的孔壓時，本專利的設(shè)備和方法所測量的土壤水勢精確度提高了約30％。

以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實(shí)施方式對本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說明，不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實(shí)施只局限于這些說明。對于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。