一種土柱入滲過程多指標檢測裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種土柱入滲過程多指標檢測裝置，屬于節水灌溉技術領域。
【背景技術】
[0002]入滲是水滲入土壤的物理現象，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，它與水文轉換、土壤侵蝕、土壤水分、養分、鹽分和重金屬離子迀移等都有密切聯系。入滲以單位時間入滲水深(即入滲強度或入滲率)，或以歷時入滲累積曲線表示。水在土壤中入滲時，土壤的一些物理性質會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，直接反映了土壤水分入滲對土壤的影響。同時土壤入滲能力及入滲參數是確定地面灌溉技術參數的必要依據，對于節水灌溉技術而言，入滲率和入滲深度與時間的關系是評價灌溉效果的一個重要指標，可以給農業水管理提供指導性建議。因此，土壤入滲研究對促進相關學科更好更快發展具有重要意義。
[0003]以往對入滲規律的研究，常用土柱來代替整體土壤進行分析，分析方法分為兩類，一類是野外工作中普遍采用的雙環入滲儀的方法，該方法對試驗環境要求高，精度較低，自動控制效果較差，而且該方法僅能測量土柱入滲與時間的關系，無法測量土柱入滲深度與時間的關系，使得該方法測量結果單一，適用性較差，難以滿足試驗要求。另一類是通過垂直或水平土柱模擬入滲的室內試驗法，該方法在使用過程中的若要測定某一時間的土柱含水率、pH和電導率時，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場地，且連續幾天幾夜不能間斷。因此，該方法測量過程費時、費力、測量效率極其低下。為此，我們通過多學科交叉，引入現代測試技術、機械裝備和自動化技術，尋求一種可以自動測量、多指標檢測、適用性強的試驗裝置是十分必要的。
[0004]目如，涉及多指標的土柱入滲性能檢測裝置的相關專利有:土壤入滲性能實時自動測量系統(200610089698.4)，一種測定非飽和土入滲系數的裝置和方法(201210196089.4)，一種室內柱狀土層降雨入滲自動測定裝置(201210369371.8)，一種可調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時自動測量系統主要針對土壤徑流的測量，對土柱入滲不適用；一種測定非飽和土入滲系數的裝置和方法測定的是非飽和土的入滲系數，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，裝置成本高，同時采用迭代法獲取水分入滲系數，操作比較復雜，自動化程度低；一種室內柱狀土層降雨入滲自動測定裝置僅僅是測定土柱的入滲系數，不能測定其它的指標；一種可調土壤入滲性能檢測和流失量取樣裝置，只適合于室內進行土柱試驗，而且只能對土柱的一側進行入滲性能的檢測。上述提到的裝置和方法，不能滿足既在室內進行土柱入滲性能檢測，又能在室外進行土柱入滲性能檢測，而且這些裝置成本高，操作復雜，檢測指標不夠全面，不能夠較準確地反映水入滲過程中對土柱酸堿度(PH)、鹽度、溫度等相關指標的影響。
【發明內容】
[0005]為了解決上述【背景技術】中提到的問題，本發明提供一種土柱入滲過程多指標檢測裝置，該裝置不僅能在室內進行土柱入滲性能檢測，又能在室外進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行多指標檢測。該裝置在室內或室外進行土柱入滲性能檢測時，能夠對土柱不同方位、不同高度進行檢測，能減小試驗誤差。
[0006]本發明土柱入滲過程多指標檢測裝置包括導桿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、豎直聯軸器13、豎直步進電機支撐座14、豎直步進電機15、上頂座16、水平步進電機17、水平步進電機支撐座
18、水平聯軸器19、水平軸承座20、水平螺桿21、傳感器夾持機構22、水平螺套23、傳感器24、導桿套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，豎直支撐板8上安裝有豎直軸承座I 7、豎直軸承座II 12和豎直步進電機支撐座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，豎直步進電機15安裝在豎直步進電機支撐座14上，豎直螺桿9和豎直步進電機15通過豎直聯軸器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上安裝有水平步進電機支撐座18和兩個水平軸承座20，水平螺桿21兩端分別安裝在兩個水平軸承座20上，水平步進電機17安裝在水平步進電機支撐座18上，水平步進電機17和水平螺桿21通過水平聯軸器19連接；傳感器夾持機構22套裝在水平螺桿21上并位于兩個水平軸承座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構22上，傳感器夾持機構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和導桿套25，導桿套25內安裝有導桿5，導桿5下端安裝在下底座6上，導桿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內部開有貫穿的內螺孔33，內螺孔33中的內螺紋與豎直螺桿9的外螺紋相配合，水平螺套23結構同豎直螺套11。
[0008]所述豎直軸承座I 7和豎直軸承座II 12內設有推力球軸承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，另一端安裝在豎直支撐座II 12上的推力球軸承內。
[0009]所述傳感器夾持機構22上開有傳感器安裝孔42、水平螺桿安裝孔43，傳感器24設置在傳感器安裝孔42中，傳感器夾持機構22通過水平螺桿安裝孔43套裝在水平螺桿21上。
[0010]所述導桿套25為空心圓柱體，圓柱體的內圓周面上相對的兩側軸向開有槽，槽內設有滾珠47，滾珠47與導桿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]本發明中豎直步進電機15、水平步進電機17和步進電機I的控制按照常規的控制器(單片機開發板等)進行控制和傳動，傳感器24檢測的數值可以通過常規的數據存儲器來進行存儲，方便后期分析處理。
[0013]所述傳感器24為常規市售的用于檢測濕度、酸堿度(pH)、溫度、鹽度等的傳感器，可以根據檢測需要設置或更換傳感器的類型。
[0014]在室外進行原狀土土土柱壤入滲過程相關參數的檢測中，在檢測土壤周圍挖一個以上的深坑，將上述裝置固定在挖好的深坑中；在開始檢測時，首先啟動水平步進電機17，步進電機17的電機軸開始轉動，步進電機17的電機軸轉動帶動水平聯軸器19轉動，水平聯軸器19的轉動帶動水平螺桿21的轉動，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與傳感器夾持機構22固定連接，傳感器夾持機構22的下端面與水平支撐板10的上端面相貼合，所以傳感器夾持機構22和水平螺套23在水平螺桿21轉動下，在水平支撐板10的上端面上沿著螺桿軸向運動，傳感器夾持機構22和水平螺套23在水平支撐板10的上端面的軸向運動帶動傳感器24在水平支撐板10的運動，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進入待檢測土柱中，傳感器24進入土柱后，可以進行土柱入滲過程中的濕度、酸堿度(PH)、溫度、鹽度等參數的檢測，傳感器24檢測到的數值傳輸給數據存儲器，方便后期處理數據。檢測完一定數量的參數之后，水平步進電機17在控制器的作用下，電機軸反轉，從而帶動水平螺桿21反轉，從而帶動傳感器24從土柱中出來，傳感器24插針進入土柱后，在插針上會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，完成一個高度的檢測；
然后豎直步進電機15在控制器的控制下轉動，豎直步進電機15的電機軸帶動豎直聯軸器13的轉動，豎直聯軸器13的轉動帶動豎直螺桿9的轉動，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的一側與豎直支撐板8的端面相貼合，所以豎直螺桿9的旋轉帶動豎直螺套11和水平支撐板10在豎直方向上向下運動，固定在水平支撐板10另一側的導桿套25也會沿著導桿5向下運動，直到水平支撐板10帶動傳感器24在豎直方向上向下運動，直到傳感器24運動到下一高度處，此時傳感器24的插針將插入土柱中，重復上述的水平位置檢測過程，就能實現這一高度的土柱入滲相關參數的檢測；
需要使用上述裝置檢測該土柱不同方位的入滲參數時，需要在該待測土壤周圍不同方位挖設深坑，用于放置上述設備，從而完成不同方位的檢測。
[0015]本發明在上述設備的基礎上提供了一種在室內進行土柱入滲性能檢測的土柱入滲過程多指標檢測裝置，其還包括步進電機1、土柱下底蓋2、盛土容器3、土柱支座4，步進電機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，步進電機I通過軸承28與土柱下底蓋2連接并帶動其轉動，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上的軸承安裝孔內圓周面緊密配合。
[0016]所述土柱下底蓋2底部設有空心軸29，空心軸29外圓周面與安裝在土柱支座4內部的軸承28內圈相配合，步進電機I的轉軸安裝在土柱下底蓋2底部的空心軸29內。
[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；根據測量需要在盛土容器