置，從蒸滲柱外層的玻璃鋼筒壁算起，深入的距離為30cm，從介質表面以下1mm處開始安裝負壓傳感器401與相對濕度傳感器 501，然后按照 40mm、50mm、50mm、50mm、10Omm、200mm、200mm.200m.300mm 的行間距安裝其它深度的負壓和相對濕度傳感器；溫度傳感器601和含水率傳感器701對稱設置在負壓傳感器401與相對濕度傳感器501的另一側，且設置方式相同；
[0034]溫度傳感器601、含水率傳感器701、負壓傳感器401、相對濕度傳感器501測量孔的數量相等，均為10個；本實用新型可以測量包氣帶中水分、溫度、負壓與相對濕度值。
[0035]本實用新型的工作過程是:
[0036]一、不同潛水位埋深下潛水面蒸發量的測定
[0037]1、將蒸滲柱2底端的連接管204與馬里奧特裝置3中的試驗筒連接管310連接，關閉蒸滲柱2底部的排水管205，然后向蒸滲柱2內分層裝填試樣，每層裝樣大約3-5cm，然后打開底部的進水管203開始充水，直至試樣表層出現水膜，隨后從排水管205排水，排水時將水流速放慢再重復一次；繼續按每次3-5cm填裝試樣再連續兩次充排水，直至將試樣裝至蒸滲柱2頂端以下5cm處；然后將水充滿試樣柱，再緩慢排水，通過不斷充排水，保證介質均勻且密實。每次充排水后測定介質的干容重，若測得干容重與野外干容重測定值相差較大，則繼續充排水，直至二者基本一致；
[0038]2、如圖1所示，利用PVC管在蒸滲柱2的固定位置打孔，將溫度傳感器601、含水率傳感器701和負壓傳感器401用制作的工具送入孔中，再回填試樣，用玻璃膠密封；緩慢充水飽和，再排水，反復多次，使儀器與試驗介質充分親和；飽和過程中，若儀器安裝位置出現漏水，及時封堵。將溫度傳感器601、含水率傳感器701和負壓傳感器401分別與對應的數據采集器相連，并與第二計算機8相接；
[0039]3、如圖1和圖4所示，關閉蒸滲柱進水管203、排水管205、連通閥306和蒸滲柱連接閥311。按照指定地下水位埋深，調節馬氏瓶在固定水位高度，順序打開連通閥306和蒸滲柱連接閥311，多余的水從溢流管309流出，用量筒計量溢出水量。直到12小時內沒有水從溢流管溢出，說明平衡杯307、第二通氣管305和蒸滲柱2里的水位一致；
[0040]4、如圖1所示，根據地下水位埋深，安裝相對濕度傳感器501，由于相對濕度傳感器501探頭不可接觸大量液態水，安裝個數及深度隨水位埋深的增加依次增加，將相對濕度傳感器501與相對濕度數據采集器5相連接，并與第二計算機8相接；
[0041]5、在實驗開始前，設置溫度傳感器601、含水率傳感器701、負壓傳感器401、相對濕度傳感器501、電流傳感器A(A1-A9)、電壓傳感器Vl的數據采集頻率，將數據采集起始時間設在熱紅外燈的光源照射之前，記錄初始狀態的數據，設置攝像頭314自動截屏的頻率或錄像的起始時間；
[0042]6、如圖2和圖3所示，打開熱紅外燈I的總開關SWlO和串聯電路開關SW1-SW9，通過電流調節器R(R1_R9)調節每個燈的電流，改變每個燈的輸出功率，通過嘗試，使熱紅外燈泡101中的周邊8個燈泡和中心的燈泡進行匹配，直至調整到試樣表面中心和四周的溫度分布比較均勻為止，即可進行指定地表溫度的潛水面蒸發量觀測試驗；
[0043]7、隨著熱紅外燈照射時間的延續，包氣帶水分發生蒸發，引起蒸滲柱2的潛水面下降，打破了平衡杯307、第二通氣管305和蒸滲柱2的水位的平衡狀態，為補充潛水面的蒸發損失，使供水筒304的讀數下降，相鄰兩個時刻，供水筒304讀數下降之差乘以供水筒304的內橫截面積，即為相鄰兩時刻間潛水面的蒸發量；
[0044]8、在24小時內，溫度傳感器601、含水率傳感器701、負壓傳感器401、相對濕度傳感器501所記錄的數據基本不變或者呈現穩定的周期性變化，供水筒304水位讀數穩定時，該水位埋深的試驗結束，停止數據采集，關閉熱紅外燈1、連通閥306和蒸滲柱連接閥311 ;
[0045]9、降低馬里奧特裝置3的高度，調節蒸滲柱2內的水位埋深，重復上述步驟，開始下一水位的試驗。
[0046]二、干表層形成演化過程的試驗觀測
[0047]1、同“一、不同潛水位埋深下潛水面蒸發量的測定”的“步驟1-5” ；
[0048]2、如圖2和圖3所示，打開熱紅外燈的總開關SWlO和串聯電路開關SW1-SW9，通過電流調節器R(R1_R9)調節每個燈的電流，改變每個燈的輸出功率，進行指定地表溫度下的干表層形成演化過程試驗；
[0049]3、隨著熱紅外燈I照射時間的延續，包氣帶水分發生蒸發，引起蒸滲柱2的潛水面下降，使供水筒304的讀數下降，通過供水筒304對面的攝像頭314記錄指定時間間隔的讀數之差；
[0050]4、按照指定頻率，打開有機玻璃窗口 202和熱紅外鍺玻璃窗口 201的蓋子，分別用數碼相機和熱紅外相機對干沙層形成過程進行可見光成像和熱紅外成像，從有機玻璃窗口202記錄干層厚度，然后蓋上有機玻璃窗口和熱紅外鍺玻璃窗口的蓋子，減少熱量損失；
[0051]5、在24小時內，溫度傳感器601、含水率傳感器701、負壓傳感器401、相對濕度傳感器501所記錄的數據基本不變或者呈現穩定的周期性變化，干沙層厚度不再增加，供水筒304水位讀數穩定或呈周期性變化時，該水位埋深的試驗結束，停止數據采集，關閉電源和閥門；
[0052]6、降低馬里奧特裝置3的高度，調節蒸滲柱2內的水位埋深，重復上述步驟，開始下一水位埋深的試驗；
[0053]7、建立包氣帶負壓、溫度、水汽壓(利用相對濕度轉換而來)的水汽熱耦合數學模型，即可深入研究干表層的形成演化過程和包氣帶水汽熱耦合運移規律。
[0054]以上所述，僅是本實用新型的較佳實施例，并非對本實用新型作任何限制，凡是根據本實用新型技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、變更以及等效結構變化，均仍屬于本實用新型技術方案的保護范圍內。
【主權項】
1.一種干表層形成演化試驗觀測裝置，其特征在于，包括蒸滲柱(2)、懸掛設置在蒸滲柱(2)上方的熱紅外燈(I)，插設在蒸滲柱(2)上的檢測裝置，嵌設在蒸滲柱(2)側壁上的觀測構件及與蒸滲柱(2)連通的馬里奧特裝置(3); 所述的蒸滲柱(2)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。2.如權利要求1所述的干表層形成演化試驗觀測裝置，其特征在于，所述的保溫層為橡塑海綿層。3.如權利要求1或2所述的干表層形成演化試驗觀測裝置，其特征在于，所述的蒸滲柱(2)高為2.3?2.5m，蒸滲柱(2)的內徑為0.60?0.65m，外徑為0.65?0.70m，蒸滲柱(2)的第一層玻璃鋼筒的壁厚為9?11mm，蒸滲柱的第二層玻璃鋼筒的壁厚為9?11mm，保溫層的厚度為20?40mmo4.如權利要求1或2所述的干表層形成演化試驗觀測裝置，其特征在于，所述的觀測構件包括嵌設在蒸滲柱(2)上的有機玻璃窗口(202)和熱紅外鍺玻璃窗口(201)，有機玻璃窗口(202)的高為500?700mm，有機玻璃窗口(202)的寬為70?90mm ;熱紅外鍺玻璃窗口(201)的高為480?640mm，熱紅外鍺玻璃窗口(201)的寬為50?70mm。5.如權利要求4所述的干表層形成演化試驗觀測裝置，其特征在于，在有機玻璃窗口(202)和熱紅外鍺窗口(201)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。6.如權利要求1或2所述的干表層形成演化試驗觀測裝置，其特征在于，所述的檢測裝置包括溫度傳感器￠01)、含水率傳感器(701)、負壓傳感器(401)和相對濕度傳感器(501)，溫度傳感器(601)和含水率傳感器(701)與負壓傳感器(401)和相對濕度傳感器(501)兩兩同行相對沿蒸滲柱(2)周向埋設在蒸滲柱⑵內，蒸滲柱⑵的頂端到低端設置多行的檢測裝置，且由頂端到低端的檢測裝置的行間距逐漸變寬。7.如權利要求1或2所述的干表層形成演化試驗觀測裝置，其特征在于，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 A1、A2、A3、A4、A5、A6、A7、A8 和 A9，開關 SffU SW2、SW3、SM、SW5、SW6、SW7、Sff8^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，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。
【專利摘要】本實用新型涉及一種干表層形成演化試驗觀測裝置，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、布設在蒸滲柱上的狀態觀測子系統、成像子系統以及馬氏瓶讀數自動記錄子系統；本實用新型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；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。
【IPC分類】G09B25/00
【公開號】CN204904695
【申請號】CN201520609400
【發明人】楊澤元, 李文莉, 楊佳慧, 張艷娜, 史曉瓊, 許登科
【申請人】長安大學
【公開日】2015年12月23日
【申請日】2015年8月13日