專利名稱：土壤徑流遠程實時監(jiān)測系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及農(nóng)業(yè)科技領域，尤其涉及一種土壤徑流遠程實時監(jiān)測系統(tǒng)。
背景技術：
當前，因各種不合理的人類活動所引起的土壤和土地退化問題，已嚴重威脅著世界農(nóng)業(yè)發(fā)展的可持續(xù)性。據(jù)統(tǒng)計，全球土壤退化面積達1965萬平方公里，占地表總面積的 13. 10%。就土壤退化類型來看，土壤侵蝕占退化面積的84%，是造成土壤退化的最主要原因之一。全球土壤侵蝕退化中土壤水蝕影響占56%，其中53%是農(nóng)牧業(yè)不合理的生產(chǎn)環(huán)節(jié)造成的。我國是世界上水土流失最為嚴重的國家和地區(qū)之一，土壤侵蝕及其生態(tài)、環(huán)境影響已成為當今亟待解決的資源問題。目前，田間基本上采用的是集水池法和翻斗法來解決水土流失問題。集水池法投資成本高，且不能實時監(jiān)測徑流速度和徑流量。翻斗法可以間歇性地監(jiān)測無壓、低水頭、小流量的徑流。但兩者均只能對田間固定坡度的降雨徑流過程進行監(jiān)測，無法快速便捷地實現(xiàn)對降雨及土壤下墊面條件的控制，引入的干擾比較大，且還沒有實現(xiàn)對降雨徑流過程實時監(jiān)測及數(shù)據(jù)的遠程傳輸和管理。

發(fā)明內容
(一 )要解決的技術問題本發(fā)明要解決的技術問題是如何提供一種能夠用于進行不同坡度、不同地表狀況及不同土壤下墊面條件下降雨徑流過程監(jiān)測的裝置。( 二 )技術方案為解決上述技術問題，本發(fā)明提供了一種土壤徑流遠程實時監(jiān)測系統(tǒng)，包括人工模擬降雨裝置、試驗臺裝置、測試裝置；所述人工模擬降雨裝置包括水箱、第一安全閥、恒壓泵、第二安全閥、單向閥、電磁閥、流量計、升降架和噴頭；所述升降架包括升降梁、第一定滑輪、第二定滑輪、固定架、絞盤和減速電機；所述試驗臺裝置包括試驗臺、承土器外框、 第一導向斗、第一盛水器、承土器內框、第二導向斗、第二盛水器和濾網(wǎng)；所述測試裝置包括測試系統(tǒng)，所述測試系統(tǒng)包括第一壓力傳感器、第二壓力傳感器、數(shù)據(jù)采集控制器，所述數(shù)據(jù)采集控制器用于采集接收到的數(shù)據(jù)；所述水箱、第一安全閥、恒壓泵、第二安全閥、單向閥、電磁閥、流量計和噴頭順序連接；噴頭安裝在升降梁上；升降梁、第一定滑輪、第二定滑輪、絞盤順序連接，絞盤與減速電機連接，第一定滑輪和第二定滑輪固接在固定架上，固定架與試驗臺固接；承土器內框嵌套在承土器外框底部的通孔處，第一導向斗上部與承土器外框相連，下部靠在第一盛水器內壁上，第二導向斗上部與承土器內框相連，第二導向斗下部穿過第一導向斗斜壁上的通孔并靠在第二盛水器內壁上，濾網(wǎng)內嵌在承土器內框內；第一盛水器和第二盛水器分別放置在第一壓力傳感器、第二壓力傳感器上。其中，所述測試系統(tǒng)還包括數(shù)據(jù)采集控制器，所述數(shù)據(jù)采集控制器用于采集接收到的數(shù)據(jù)；所述第一壓力傳感器、第二壓力傳感器的輸出端均與數(shù)據(jù)采集控制器相連，電磁閥的控制端和流量計的輸出端均與數(shù)據(jù)采集控制器相連。其中，所述測試系統(tǒng)還包括與所述數(shù)據(jù)采集控制器連接的無線路由器。其中，所述測試系統(tǒng)還包括第一電源模塊、第二電源模塊；第一電源模塊用于為數(shù)據(jù)采集控制器供電，所述第二電源模塊用于為第一壓力傳感器、第二壓力傳感器和電磁閥 {共 O其中，所述承土器外框底部的通孔與承土器內框直徑相同。其中，所述承土器內框壁上均勻分布有過濾孔。其中，所述第一導向斗和第二導向斗為偏心導向。其中，所述第一電源模塊、第二電源模塊為交直流變壓器或者蓄電池。其中，升降梁、第一定滑輪、第二定滑輪、絞盤通過鋼絲繩順序連接，其中鋼絲繩的自由端連接升降梁，固定端連接絞盤。(三)有益效果本發(fā)明承土器內框壁上均勻分布有過濾孔能夠保證徑流發(fā)生時水分能夠充分通過第一導向斗流入第一盛水器；同時第二導向斗上部與承土器內框相連能夠保證噴頭噴出而未噴到土壤樣本上的水量流入第二盛水器，從而精確實現(xiàn)模擬降雨。另外，本發(fā)明可實現(xiàn)遠程在線監(jiān)控土壤降雨徑流過程的動態(tài)現(xiàn)象，使得試驗環(huán)境得以精確控制，能方便地進行不同坡度、不同地表狀況下及不同土壤下墊面條件下降雨徑流過程的監(jiān)測和水蝕機理的研究，成本較低，數(shù)據(jù)可靠。


圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)結構示意圖；圖2是圖1中標記A處的零件爆炸圖；圖3是本發(fā)明的測試系統(tǒng)結構及其與其它部分的連接框圖。圖中1、水箱，2、第一安全閥，3、恒壓泵，4、第二安全閥，5、單向閥，6、電磁閥，7、流量計，8、噴頭，9、升降梁，10、第一定滑輪，11、固定架，12、第二定滑輪，13、鋼絲繩，14、絞盤， 15、減速電機，16、桌式試驗臺，17、濾網(wǎng)，18、承土器內框，19、第二導向斗，20、第二盛水器， 21、第一壓力傳感器，22、第二壓力傳感器，23、第一盛水器，24、第一導向斗，25、承土器外框，26、第一電源模塊，27、數(shù)據(jù)采集控制器，28、無線路由器，29、筆記本電腦，31、第二電源模塊。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例，對本發(fā)明的具體實施方式
作進一步詳細說明。以下實施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。參見圖1、2、3，本發(fā)明的土壤徑流遠程實時監(jiān)測系統(tǒng)由人工模擬降雨裝置、試驗臺裝置、測試裝置組成。所述人工模擬降雨裝置包括水箱1、第一安全閥2、恒壓泵3、第二安全閥4、單向閥5、電磁閥6、流量計7、升降架和噴頭8。其中所述升降架由升降梁9、鋼絲繩 13、第一定滑輪10、第二定滑輪12、固定架11、絞盤14和減速電機15組成，所述噴頭8為標準型多功能噴頭。所述試驗臺裝置包括桌式試驗臺16、承土器外框25、第一導向斗M、第一盛水器23、承土器內框18、第二導向斗19、第二盛水器20和濾網(wǎng)17組成，其中所述承土器外框25底部開設與承土器內框18相同直徑的通孔，且和承土器內框18配套使用，具體形狀不限，但同一套外觀形狀必須一致，所述承土器內框18壁上均勻分布有過濾孔，所述第一導向斗M和第二導向斗19為偏心導向，且第一導向斗M斜壁上開設一通孔。所述測試裝置由測試系統(tǒng)、筆記本電腦四組成，其中所述測試系統(tǒng)由第一壓力傳感器21、第二壓力傳感器22、第一電源模塊沈、第二電源模塊31、數(shù)據(jù)采集控制器27和無線路由器觀組成，所述第一、第二電源模塊可以是交直流變壓器，也可是小型蓄電池，所述數(shù)據(jù)采集控制器的CPU為80188 (X86)，配有12位多通道模擬量輸入/出模塊、數(shù)字量輸入/出模塊。試驗測試前，將水箱1、第一安全閥2、恒壓泵3、第二安全閥4、單向閥5、電磁閥6、 流量計7、和噴頭8順序連接，噴頭8安裝在升降架的升降梁9上，升降梁9、第一定滑輪10、 第二定滑輪12、絞盤14通過鋼絲繩13順序連接，其中鋼絲繩13的自由端連接升降梁9，固定端連接絞盤14，絞盤14與減速電機15連接，第一定滑輪10和第二定滑輪12固接在固定架11上，固定架11與桌式試驗臺16固接；承土器內框18嵌套在承土器外框25底部的通孔處，第一導向斗M上部與承土器外框25相連，下部緊靠第一盛水器23內壁，第二導向斗19上部與承土器內框18相連，第二導向斗19下部要穿過第一導向斗M斜壁上的通孔緊靠在第二盛水器20內壁，濾網(wǎng)17內嵌在承土器內框18內；第一壓力傳感器21、第二壓力傳感器22分別承載第一盛水器20和第二盛水器23，第一壓力傳感器21的輸出端21’、 第二壓力傳感器22的輸出端22’均與數(shù)據(jù)采集控制器27相連，電磁閥6的控制端6’和流量計7的輸出端V均與數(shù)據(jù)采集控制器27相連，傳感器21、22和電磁閥6可共用第二電源模塊31，第一電源模塊沈單獨為數(shù)據(jù)采集控制器27供電，數(shù)據(jù)采集控制器27輸出通過普通網(wǎng)線與無線路由器觀相連，內置程序設置為通電自運行狀態(tài)。根據(jù)試驗要求，通過調節(jié)升降架固定好噴頭8位置，以獲得期望的模擬降雨量，在承土器內框18和承土器外框25之間填充要試驗的樣品，并按要求設置坡度及相應的地表狀況。測試中，筆記本電腦四發(fā)出開始指令，電磁閥6通電打開，開始模擬降雨，由第一壓力傳感器21、第二壓力傳感器22分別實時記錄相應盛水器中質量的變化，流量計7記錄所模擬降雨的總量，然后分別傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集控制器27，相應的數(shù)據(jù)經(jīng)無線路由器觀傳輸至安裝在筆記本電腦四上，當徑流達到穩(wěn)定時，由筆記本電腦四下達指令經(jīng)數(shù)據(jù)采集控制器 27來斷開電磁閥6，切斷供水，模擬降雨停止。由以上實施例可以看出，本發(fā)明在室內利用人工模擬降雨，不僅能實現(xiàn)遠程實時監(jiān)測水蝕現(xiàn)象的動態(tài)變化，而且能方便地進行不同坡度、不同地表狀況及不同土壤下墊面條件下降雨徑流過程的監(jiān)測和水蝕機理的研究，試驗土壤的地表狀況可任意設置，坡度可調范圍為0-30°。其不僅成本低，而且能夠為土壤侵蝕機理研究提供有效依據(jù)。以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明技術原理的前提下，還可以做出若干改進和變型，這些改進和變型也應視為本發(fā)明的保護范圍。
權利要求
1.一種土壤徑流遠程實時監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，包括人工模擬降雨裝置、試驗臺裝置、測試裝置；所述人工模擬降雨裝置包括水箱(1)、第一安全閥O)、恒壓泵(3)、第二安全閥G)、單向閥(5)、電磁閥(6)、流量計(7)、升降架和噴頭(8)；所述升降架包括升降梁(9)、第一定滑輪(10)、第二定滑輪(12)、固定架(11)、絞盤(14)和減速電機(15)；所述試驗臺裝置包括試驗臺、承土器外框(25)、第一導向斗(M)、第一盛水器(23)、承土器內框 (18)、第二導向斗(19)、第二盛水器00)和濾網(wǎng)(17)；所述測試裝置包括測試系統(tǒng)，所述測試系統(tǒng)包括第一壓力傳感器(21)、第二壓力傳感器02)；所述水箱(1)、第一安全閥O)、恒壓泵(3)、第二安全閥G)、單向閥(5)、電磁閥(6)、 流量計(7)和噴頭(8)順序連接；噴頭(8)安裝在升降梁(9)上；升降梁(9)、第一定滑輪(10)、第二定滑輪(12)、絞盤(14)順序連接，絞盤(14)與減速電機(15)連接，第一定滑輪 (10)和第二定滑輪(1 固接在固定架(11)上，固定架(11)與試驗臺固接；承土器內框 (18)嵌套在承土器外框0 底部的通孔處，第一導向斗04)上部與承土器外框05)相連，下部靠在第一盛水器內壁上，第二導向斗(19)上部與承土器內框(18)相連，第二導向斗(19)下部穿過第一導向斗04)斜壁上的通孔并靠在第二盛水器OO)內壁上，濾網(wǎng) (17)內嵌在承土器內框(18)內；第一盛水器OO)和第二盛水器分別放置在第一壓力傳感器(21)、第二壓力傳感器0 上。
2.如權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述測試系統(tǒng)還包括數(shù)據(jù)采集控制器(27)， 用于采集接收到的數(shù)據(jù)；所述第一壓力傳感器(21)、第二壓力傳感器0 的輸出端均與數(shù)據(jù)采集控制器(XT)相連，電磁閥(6)的控制端(6’ )和流量計(7)的輸出端(7’ )均與數(shù)據(jù)采集控制器(XT)相連。
3.如權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述測試系統(tǒng)還包括與所述數(shù)據(jù)采集控制器(XT)連接的無線路由器08)。
4.如權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述測試系統(tǒng)還包括第一電源模塊( )、第二電源模塊(31)；第一電源模塊06)用于為數(shù)據(jù)采集控制器(XT)供電，所述第二電源模塊(31)用于為第一壓力傳感器(21)、第二壓力傳感器02)和電磁閥(6)供電。
5.如權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述承土器外框05)底部的通孔與承土器內框(18)直徑相同。
6.如權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述承土器內框(18)壁上均勻分布有過濾孔。
7.如權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第一導向斗04)和第二導向斗(19)為偏心導向。
8.如權利要求4所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述電源模塊1( )、電源模塊II(31)為交直流變壓器或者蓄電池。
9.如權利要求1 8任一項所述的系統(tǒng)，其特征在于，升降梁(9)、第一定滑輪(10)、第二定滑輪(12)、絞盤(14)通過鋼絲繩(1 順序連接，其中鋼絲繩(1 的自由端連接升降梁(9)，固定端連接絞盤(14)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種土壤徑流遠程實時監(jiān)測系統(tǒng)，屬于農(nóng)業(yè)科技領域，包括人工模擬降雨裝置、試驗臺裝置、測試裝置。其中人工模擬降雨裝置包括水箱、安全閥、恒壓泵、單向閥、電磁閥、流量計、升降架和噴頭；試驗臺裝置包括桌式試驗臺、承土器、導向斗、盛水器和濾網(wǎng)；測試裝置包括測試系統(tǒng)等。本發(fā)明能方便地進行不同坡度、不同地表狀況下及不同土壤下墊面條件下降雨徑流過程的監(jiān)測和水蝕機理的研究，可實現(xiàn)遠程在線監(jiān)測土壤徑流的動態(tài)現(xiàn)象。
文檔編號G01N33/24GK102253180SQ201110109499
公開日2011年11月23日 申請日期2011年4月26日 優(yōu)先權日2011年4月26日
發(fā)明者喬曉東, 何進, 朱惠斌, 李慧, 李洪文, 王慶杰 申請人:中國農(nóng)業(yè)大學