一種土柱入滲過程多指標(biāo)檢測裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種土柱入滲過程多指標(biāo)檢測裝置，屬于節(jié)水灌溉技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]入滲是水滲入土壤的物理現(xiàn)象，是由土壤水力特性、水分狀況以及供水條件等因素綜合作用的陸地表面水分交換過程，它與水文轉(zhuǎn)換、土壤侵蝕、土壤水分、養(yǎng)分、鹽分和重金屬離子迀移等都有密切聯(lián)系。入滲以單位時(shí)間入滲水深(即入滲強(qiáng)度或入滲率)，或以歷時(shí)入滲累積曲線表示。水在土壤中入滲時(shí)，土壤的一些物理性質(zhì)會(huì)隨著水分的入滲而改變，比如土壤的水分含量、酸堿度(pH值)、鹽度、溫度等，這些物理指標(biāo)，直接反映了土壤水分入滲對(duì)土壤的影響。同時(shí)土壤入滲能力及入滲參數(shù)是確定地面灌溉技術(shù)參數(shù)的必要依據(jù)，對(duì)于節(jié)水灌溉技術(shù)而言，入滲率和入滲深度與時(shí)間的關(guān)系是評(píng)價(jià)灌溉效果的一個(gè)重要指標(biāo)，可以給農(nóng)業(yè)水管理提供指導(dǎo)性建議。因此，土壤入滲研究對(duì)促進(jìn)相關(guān)學(xué)科更好更快發(fā)展具有重要意義。
[0003]以往對(duì)入滲規(guī)律的研究，常用土柱來代替整體土壤進(jìn)行分析，分析方法分為兩類，一類是野外工作中普遍采用的雙環(huán)入滲儀的方法，該方法對(duì)試驗(yàn)環(huán)境要求高，精度較低，自動(dòng)控制效果較差，而且該方法僅能測量土柱入滲與時(shí)間的關(guān)系，無法測量土柱入滲深度與時(shí)間的關(guān)系，使得該方法測量結(jié)果單一，適用性較差，難以滿足試驗(yàn)要求。另一類是通過垂直或水平土柱模擬入滲的室內(nèi)試驗(yàn)法，該方法在使用過程中的若要測定某一時(shí)間的土柱含水率、pH和電導(dǎo)率時(shí)，需要把土柱中的土樣取出后才能完成測定，存在工作效率低下和測量精度較低等缺陷，工作人員不能離開試驗(yàn)場地，且連續(xù)幾天幾夜不能間斷。因此，該方法測量過程費(fèi)時(shí)、費(fèi)力、測量效率極其低下。為此，我們通過多學(xué)科交叉，引入現(xiàn)代測試技術(shù)、機(jī)械裝備和自動(dòng)化技術(shù)，尋求一種可以自動(dòng)測量、多指標(biāo)檢測、適用性強(qiáng)的試驗(yàn)裝置是十分必要的。
[0004]目如，涉及多指標(biāo)的土柱入滲性能檢測裝置的相關(guān)專利有:土壤入滲性能實(shí)時(shí)自動(dòng)測量系統(tǒng)(200610089698.4)，一種測定非飽和土入滲系數(shù)的裝置和方法(201210196089.4)，一種室內(nèi)柱狀土層降雨入滲自動(dòng)測定裝置(201210369371.8)，一種可調(diào)土壤入滲性能檢測和流失量取樣裝置(2014108400981)等。其中土壤入滲性能實(shí)時(shí)自動(dòng)測量系統(tǒng)主要針對(duì)土壤徑流的測量，對(duì)土柱入滲不適用；一種測定非飽和土入滲系數(shù)的裝置和方法測定的是非飽和土的入滲系數(shù)，但是該裝置如果需要較高的測量精度，需要較多的水分傳感器和水分張力計(jì)，裝置成本高，同時(shí)采用迭代法獲取水分入滲系數(shù)，操作比較復(fù)雜，自動(dòng)化程度低；一種室內(nèi)柱狀土層降雨入滲自動(dòng)測定裝置僅僅是測定土柱的入滲系數(shù)，不能測定其它的指標(biāo)；一種可調(diào)土壤入滲性能檢測和流失量取樣裝置，只適合于室內(nèi)進(jìn)行土柱試驗(yàn)，而且只能對(duì)土柱的一側(cè)進(jìn)行入滲性能的檢測。上述提到的裝置和方法，不能滿足既在室內(nèi)進(jìn)行土柱入滲性能檢測，又能在室外進(jìn)行土柱入滲性能檢測，而且這些裝置成本高，操作復(fù)雜，檢測指標(biāo)不夠全面，不能夠較準(zhǔn)確地反映水入滲過程中對(duì)土柱酸堿度(PH)、鹽度、溫度等相關(guān)指標(biāo)的影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了解決上述【背景技術(shù)】中提到的問題，本發(fā)明提供一種土柱入滲過程多指標(biāo)檢測裝置，該裝置不僅能在室內(nèi)進(jìn)行土柱入滲性能檢測，又能在室外進(jìn)行土柱入滲性能檢測。該裝置可以安裝不同類型單一的傳感器，又能安裝不同類型的傳感器集成塊，可以在土柱入滲過程中進(jìn)行多指標(biāo)檢測。該裝置在室內(nèi)或室外進(jìn)行土柱入滲性能檢測時(shí)，能夠?qū)ν林煌轿弧⒉煌叨冗M(jìn)行檢測，能減小試驗(yàn)誤差。
[0006]本發(fā)明土柱入滲過程多指標(biāo)檢測裝置包括導(dǎo)桿5、下底座6、豎直軸承座I 7、豎直支撐板8、豎直螺桿9、水平支撐板10、豎直螺套11、豎直軸承座II 12、豎直聯(lián)軸器13、豎直步進(jìn)電機(jī)支撐座14、豎直步進(jìn)電機(jī)15、上頂座16、水平步進(jìn)電機(jī)17、水平步進(jìn)電機(jī)支撐座
18、水平聯(lián)軸器19、水平軸承座20、水平螺桿21、傳感器夾持機(jī)構(gòu)22、水平螺套23、傳感器24、導(dǎo)桿套25、刮土器26 ；
所述豎直支撐板8下端安裝在下底座6的一側(cè)，豎直支撐板8上安裝有豎直軸承座I 7、豎直軸承座II 12和豎直步進(jìn)電機(jī)支撐座14，豎直螺桿9 一端安裝在豎直軸承座I 7上，另一端安裝在豎直軸承座II 12上，豎直步進(jìn)電機(jī)15安裝在豎直步進(jìn)電機(jī)支撐座14上，豎直螺桿9和豎直步進(jìn)電機(jī)15通過豎直聯(lián)軸器13連接，豎直螺套11套裝在豎直螺桿9上并固定在水平支撐板10的一端端面上；水平支撐板10上安裝有水平步進(jìn)電機(jī)支撐座18和兩個(gè)水平軸承座20，水平螺桿21兩端分別安裝在兩個(gè)水平軸承座20上，水平步進(jìn)電機(jī)17安裝在水平步進(jìn)電機(jī)支撐座18上，水平步進(jìn)電機(jī)17和水平螺桿21通過水平聯(lián)軸器19連接；傳感器夾持機(jī)構(gòu)22套裝在水平螺桿21上并位于兩個(gè)水平軸承座20間，水平螺套23套裝在水平螺桿21上并固定在傳感器夾持機(jī)構(gòu)22上，傳感器夾持機(jī)構(gòu)22上安裝有傳感器24 ;水平支撐板10的另一端安裝有刮土器26和導(dǎo)桿套25，導(dǎo)桿套25內(nèi)安裝有導(dǎo)桿5，導(dǎo)桿5下端安裝在下底座6上，導(dǎo)桿5上端安裝在上頂座16 —端，上頂座16的另一端安裝在豎直支撐板8的頂部。
[0007]所述豎直螺套11內(nèi)部開有貫穿的內(nèi)螺孔33，內(nèi)螺孔33中的內(nèi)螺紋與豎直螺桿9的外螺紋相配合，水平螺套23結(jié)構(gòu)同豎直螺套11。
[0008]所述豎直軸承座I 7和豎直軸承座II 12內(nèi)設(shè)有推力球軸承32，豎直螺桿9的一端安裝在豎直軸承座I 7的推力球軸承32內(nèi)，另一端安裝在豎直支撐座II 12上的推力球軸承內(nèi)。
[0009]所述傳感器夾持機(jī)構(gòu)22上開有傳感器安裝孔42、水平螺桿安裝孔43，傳感器24設(shè)置在傳感器安裝孔42中，傳感器夾持機(jī)構(gòu)22通過水平螺桿安裝孔43套裝在水平螺桿21上。
[0010]所述導(dǎo)桿套25為空心圓柱體，圓柱體的內(nèi)圓周面上相對(duì)的兩側(cè)軸向開有槽，槽內(nèi)設(shè)有滾珠47，滾珠47與導(dǎo)桿5的外圓周面相配合。
[0011]所述刮土器26為一薄片，刮土器26上部開有傳感器插針出入孔48，傳感器插針出入孔48與傳感器24的插針相配合。
[0012]本發(fā)明中豎直步進(jìn)電機(jī)15、水平步進(jìn)電機(jī)17和步進(jìn)電機(jī)I的控制按照常規(guī)的控制器(單片機(jī)開發(fā)板等)進(jìn)行控制和傳動(dòng)，傳感器24檢測的數(shù)值可以通過常規(guī)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器來進(jìn)行存儲(chǔ)，方便后期分析處理。
[0013]所述傳感器24為常規(guī)市售的用于檢測濕度、酸堿度(pH)、溫度、鹽度等的傳感器，可以根據(jù)檢測需要設(shè)置或更換傳感器的類型。
[0014]在室外進(jìn)行原狀土土土柱壤入滲過程相關(guān)參數(shù)的檢測中，在檢測土壤周圍挖一個(gè)以上的深坑，將上述裝置固定在挖好的深坑中；在開始檢測時(shí)，首先啟動(dòng)水平步進(jìn)電機(jī)17，步進(jìn)電機(jī)17的電機(jī)軸開始轉(zhuǎn)動(dòng)，步進(jìn)電機(jī)17的電機(jī)軸轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)水平聯(lián)軸器19轉(zhuǎn)動(dòng)，水平聯(lián)軸器19的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)水平螺桿21的轉(zhuǎn)動(dòng)，水平螺桿21與水平螺套23是通過螺旋副連接配合，水平螺套23與傳感器夾持機(jī)構(gòu)22固定連接，傳感器夾持機(jī)構(gòu)22的下端面與水平支撐板10的上端面相貼合，所以傳感器夾持機(jī)構(gòu)22和水平螺套23在水平螺桿21轉(zhuǎn)動(dòng)下，在水平支撐板10的上端面上沿著螺桿軸向運(yùn)動(dòng)，傳感器夾持機(jī)構(gòu)22和水平螺套23在水平支撐板10的上端面的軸向運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)傳感器24在水平支撐板10的運(yùn)動(dòng)，傳感器24的插針首先通過刮土器26上面的傳感器插針出入孔48進(jìn)入待檢測土柱中，傳感器24進(jìn)入土柱后，可以進(jìn)行土柱入滲過程中的濕度、酸堿度(PH)、溫度、鹽度等參數(shù)的檢測，傳感器24檢測到的數(shù)值傳輸給數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，方便后期處理數(shù)據(jù)。檢測完一定數(shù)量的參數(shù)之后，水平步進(jìn)電機(jī)17在控制器的作用下，電機(jī)軸反轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)水平螺桿21反轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)傳感器24從土柱中出來，傳感器24插針進(jìn)入土柱后，在插針上會(huì)攜帶土柱顆粒和水分，在傳感器24從土柱中出來的過程中，傳感器24插針先進(jìn)過刮土器26上的傳感器插針出入孔48，將傳感器插針攜帶的土壤顆粒和水分清除掉，完成一個(gè)高度的檢測；
然后豎直步進(jìn)電機(jī)15在控制器的控制下轉(zhuǎn)動(dòng)，豎直步進(jìn)電機(jī)15的電機(jī)軸帶動(dòng)豎直聯(lián)軸器13的轉(zhuǎn)動(dòng)，豎直聯(lián)軸器13的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)豎直螺桿9的轉(zhuǎn)動(dòng)，豎直螺桿9與豎直螺套11通過螺旋副連接配合，豎直螺套11與水平支撐板10固定連接，水平支撐板10的一側(cè)與豎直支撐板8的端面相貼合，所以豎直螺桿9的旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)豎直螺套11和水平支撐板10在豎直方向上向下運(yùn)動(dòng)，固定在水平支撐板10另一側(cè)的導(dǎo)桿套25也會(huì)沿著導(dǎo)桿5向下運(yùn)動(dòng)，直到水平支撐板10帶動(dòng)傳感器24在豎直方向上向下運(yùn)動(dòng)，直到傳感器24運(yùn)動(dòng)到下一高度處，此時(shí)傳感器24的插針將插入土柱中，重復(fù)上述的水平位置檢測過程，就能實(shí)現(xiàn)這一高度的土柱入滲相關(guān)參數(shù)的檢測；
需要使用上述裝置檢測該土柱不同方位的入滲參數(shù)時(shí)，需要在該待測土壤周圍不同方位挖設(shè)深坑，用于放置上述設(shè)備，從而完成不同方位的檢測。
[0015]本發(fā)明在上述設(shè)備的基礎(chǔ)上提供了一種在室內(nèi)進(jìn)行土柱入滲性能檢測的土柱入滲過程多指標(biāo)檢測裝置，其還包括步進(jìn)電機(jī)1、土柱下底蓋2、盛土容器3、土柱支座4，步進(jìn)電機(jī)I安裝在土柱支座4下部，土柱下底蓋2安裝在土柱支座4上，步進(jìn)電機(jī)I通過軸承28與土柱下底蓋2連接并帶動(dòng)其轉(zhuǎn)動(dòng)，盛土容器3安裝在土柱下底蓋2上；
所述土柱支座4上開有貫穿的軸承安裝孔，軸承28的外圓周面與土柱支座4上的軸承安裝孔內(nèi)圓周面緊密配合。
[0016]所述土柱下底蓋2底部設(shè)有空心軸29，空心軸29外圓周面與安裝在土柱支座4內(nèi)部的軸承28內(nèi)圈相配合，步進(jìn)電機(jī)I的轉(zhuǎn)軸安裝在土柱下底蓋2底部的空心軸29內(nèi)。
[0017]所述盛土容器3為透明的敞口圓柱體，其上開有徑向貫穿孔30，徑向貫穿孔30與傳感器24的插針相匹配；根據(jù)測量需要在盛土容器