一種干表層形成演化試驗觀測裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本實用新型屬于水科學與水資源工程技術領域，尤其是涉及一種干表層形成演化試驗觀測裝置。
【背景技術】
[0002]在進行干表層研究時，Cary(1965，1979)，Cass et al.(1984)，Bonsu (1997)，Hiraiwa and Kasubuchi (2000)及Wildenschild and Roberts (2001)等的試驗柱的長度為34-210mm, Shokri (2009)采用了高X寬X厚分別為260X75X Ilmm的矩形玻璃柱。由此可見，前人設計的試驗裝置尺寸過小，無法避免邊界效應；絕熱效果欠佳，蒸發模擬器很難保證包氣帶水分運移的一維性；系統可視性差。
【發明內容】
[0003]針對現有技術中的缺陷和不足，本實用新型提供了一種干表層形成演化試驗觀測裝置，其絕熱性能好，地表照射均勻，能夠為干表層形成演化提供直觀的圖像，為干表層形成演化過程及非飽和帶水汽熱耦合運移計算提供一定的依據，推廣應用價值高。
[0004]為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是:
[0005]—種干表層形成演化試驗觀測系統，包括蒸滲柱、懸掛設置在蒸滲柱上方的熱紅外燈，插設在蒸滲柱上的檢測裝置，嵌設在蒸滲柱側壁上的觀測構件及與蒸滲柱連通的馬里奧特裝置；
[0006]所述的蒸滲柱由外到內依次為第一層玻璃鋼筒、保溫層和第二層玻璃鋼筒。
[0007]具體的，所述的保溫層為橡塑海綿層。
[0008]更具體的，所述的蒸滲柱高為2.3?2.5m，蒸滲柱的內徑為0.60?0.65m，外徑為0.65?0.70m，蒸滲柱的第一層玻璃鋼筒和第二層玻璃鋼筒的壁厚相同為9?11_，保溫層的厚度為20?40mmo
[0009]且，所述的觀測構件包括嵌設在蒸滲柱上的有機玻璃窗口和熱紅外鍺玻璃窗口，有機玻璃窗口的高為500?700mm，有機玻璃窗口的寬為70?90mm ;熱紅外鍺玻璃窗口的高為480?640mm，熱紅外鍺玻璃窗口的寬為50?70mm。
[0010]同時，在有機玻璃窗口和熱紅外窗口處均設置40?50mm的橡塑海綿保溫層，并在保溫層外加蓋玻璃鋼材質的蓋子密封。
[0011]另外，所述的檢測裝置包括溫度傳感器、含水率傳感器、負壓傳感器和相對濕度傳感器。
[0012]還有，所述熱紅外燈包括中空設置的圓盤和均勻布設在圓盤上的多個紅外燈泡，控制所述紅外燈的工作電路包括燈L1、L2、L3、L4、L5、L6、L7、L8和L9，可調節電阻Rl、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8 和 R9，電流傳感器 Al、A2、A3、A4、A5、A6、A7、A8 和 A9，開關 Sffl、SW2、Sff3^ SW4、SW5、SW6、SW7、SW8、SW9 和 SW10，電壓傳感器 Vl 和電源 POWl，其中燈 L1、電阻 R1、電流傳感器Al和開關SWl串聯，其他的編號對應的燈、可調節電阻、電流傳感器和開關串聯，且每個燈的串聯電路之間并聯后與開關SWlO和電壓POWl串聯，同時電壓傳感器Vl與各個燈的串聯電路并聯。
[0013]本實用新型與現有技術相比具有以下優點:
[0014]1、本實用新型中的蒸滲柱，由中間夾裹橡塑海綿的雙層玻璃鋼材料制成，增強了絕熱效果，減少蒸滲柱側向的能量損失，提高干表層形成演化試驗和包氣帶水汽熱運移試驗的準確性；
[0015]2、本實用新型中的熱紅外燈工作時，通過相互獨立的電流調節器、電流傳感器、電壓傳感器，可定量控制和記錄每個熱紅外燈照射的實際功率，造成照射強度不等但照射均勻的地表熱環境，從而易于控制和模擬地表溫度；
[0016]3、本實用新型中在雙層玻璃鋼筒壁鑲嵌的有機玻璃窗口，可以直接觀測干表層厚度及干表層界面的變化過程；熱紅外鍺玻璃窗口可以實現干表層內及干表層以下溫度的近連續變化，實現干表層形成演化觀測的可視化和精細化；在馬氏瓶供水筒的正前方安裝攝像頭，通過攝像頭錄像或截屏，實現馬氏瓶讀數觀測的自動化和連續性；
[0017]4、本實用新型操作簡便，實用性強，推廣應用價值高，通過各個試驗儀器的配合，能夠實現溫度、水分、負壓與相對濕度值的記錄和存儲；根據所測得的水分、負壓、溫度與相對濕度值，可研究不同介質不同水位埋深條件下干表層形成演化過程中各種狀態變量的變化，為干表層形成演化和包氣帶水汽熱運移計算提供一定的依據。
【附圖說明】
[0018]圖1為本實用新型的干表層形成演化試驗觀測裝置的結構示意圖；
[0019]圖2為本實用新型熱紅外燈的仰視圖；
[0020]圖3為本實用新型熱紅外燈的電路圖；
[0021]圖4為本實用新型的馬里奧特裝置的結構示意圖；
[0022]圖中各標號表示為:1-熱紅外燈、101-紅外燈泡、2-蒸滲柱、201-熱紅外鍺玻璃窗口、202-有機玻璃窗口、203-進水管；204_連接管、205-排水管、3-馬里奧特裝置、301-第二調氣閥、302-第一調氣閥、303-第一通氣管、304-供水筒、305-第二通氣管、306-連通閥、307-平衡杯、308-連通管、309-溢流管、310-試驗筒連接管、311-滲透柱連接閥、312-供水管、313-供水閥、314-攝像頭、315-第一計算機、4-負壓數據采集器、401-負壓傳感器、5-相對濕度數據采集器、501-相對濕度傳感器、6-溫度數據采集器、601-溫度傳感器、7-含水率數據采集器、701-含水率傳感器、8-第二計算機；
[0023]下面通過【具體實施方式】和說明書附圖對本實用新型的技術方案做進一步的詳細描述。
【具體實施方式】
[0024]本實用新型的干表層形成演化試驗裝置包括頂端敞口設置且用于裝入試樣的蒸滲柱、懸掛設置在蒸滲柱上方的熱紅外燈、布設在蒸滲柱側壁上的觀測構件、檢測裝置以及馬里奧特裝置，蒸滲柱由外到內依次為第一層玻璃鋼筒、保溫層和第二層玻璃鋼筒，蒸滲柱的內徑指的是第二層玻璃鋼筒的內徑，蒸滲柱的外徑指的的是第一層玻璃鋼筒的外徑，保溫層夾設在兩層玻璃鋼筒之間的空間內，增強了絕熱效果，減少蒸滲柱側向的能量損失，提高干表層形成演化試驗和包氣帶水汽熱運移試驗的準確性。
[0025]以下通過實施例和具體的工作過程對本裝置做具體說明。
[0026]實施例一:
[0027]如圖1、圖2、圖3和圖4所示，本實施例的干表層形成演化試驗裝置包括頂端敞口設置且用于裝入試樣的蒸滲柱2、懸掛設置在蒸滲柱2上方的熱紅外燈1、布設在蒸滲柱2側壁上的觀測構件、檢測裝置以及馬里奧特裝置3 ;
[0028]如圖1所示，本實施例中蒸滲柱2包括有底無蓋的夾裹橡塑海綿的雙層玻璃鋼筒和半球形底座，蒸滲柱的高為2.4m，蒸滲柱內徑為0.62m，外徑為0.67m，蒸滲柱2兩層玻璃鋼筒的壁厚均為10mm，中間所夾的橡塑海綿厚為30mm ;蒸滲柱2的底座設置有用于連接馬里奧特裝置3的連接管204、用于排水的排水管205及進水的進水管203 ；
[0029]觀測構件包括一個有機玻璃窗口 202和一個熱紅外鍺玻璃窗口 201，如圖1所示，本實施例中，觀測構件包括位于蒸滲柱頂部50mm以下的并列設置的有機玻璃窗口 202和熱紅外鍺玻璃窗口 201，窗口直接與試樣相接觸；有機玻璃窗口 202的高為600mm、寬80mm ;熱紅外鍺玻璃窗口 201的高為560mm、寬為60mm，為了防止窗口處的熱量散失，在有機玻璃窗口 202和熱紅外窗口 201處均設置45mm厚的橡塑海綿，然后加蓋玻璃鋼材質的蓋子密封，僅在需要觀測或成像時取下蓋子，完成觀測或成像后即蓋上蓋子；
[0030]熱紅外燈I包括中空設置的圓盤、均勻布設在圓盤上的多個紅外燈泡101，熱紅外燈I的圓盤直徑與蒸滲柱2的外徑相等，9個紅外燈泡101的工作狀態通過圖3中的工作電路進彳丁控制；
[0031]工作電路包括燈L1、L2、L3、L4、L5、L6、L7、L8 和 L9，可調節電阻 R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8 和 R9，電流傳感器 Al、A2、A3、A4、A5、A6、A7、A8 和 A9，開關 SffU SW2、SW3、Sff4^Sff5, Sff6, Sff7, Sff8, SW9和SW10，電壓傳感器Vl和電源P0W1，其中燈L1、電阻R1、電流傳感器Al和開關SWl串聯，其他的編號對應的燈、可調節電阻、電流傳感器和開關串聯，且每個燈的串聯電路之間并聯后與開關SWlO和電壓POWl串聯，同時電壓傳感器Vl與各個燈的串聯電路并聯；采用此電路控制熱紅外燈，可以較準確地控制熱紅外燈泡101的實際功率，保證地表溫度分布的均勻性；
[0032]馬里奧特裝置3包括第二調氣閥301、第一調氣閥302、第一通氣管303、供水筒304、第二通氣管305、連通閥306、平衡杯307、連通管308、309溢流管、試驗筒連接管310、滲透柱連接閥311、供水管312、供水閥313、攝像頭314和第一計算機315，如圖4所示，馬里奧特裝置3的供水筒刻度正前方安裝一個可調焦的攝像頭314，通過錄像或截屏方式自動連續或按照一定時間間隔記錄供水筒304上的刻度讀數，攝像頭314與第一計算機315連接進行測量數據的記錄，提高了讀數觀測的自動化和連續性；
[0033]檢測裝置包括負壓數據采集器4和與其連接的負壓傳感器401、相對濕度數據采集器5和與其連接的相對濕度傳感器501、溫度數據采集器6和與其連接的溫度傳感器601、含水率數據采集器7和含水率傳感器701與第二計算機8，負壓傳感器401與相對濕度傳感器501并列且多行設置在蒸滲柱2的側壁內，多行的負壓傳感器401與相對濕度傳感器501由上到下行距逐漸加大，由蒸滲柱2側壁深入蒸滲柱2設