一种土柱入渗性能检测装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种土柱入渗性能检测装置，具体为土柱入渗湿润锋运移和相关指标的检测装置，属于节水灌溉技术领域。
【背景技术】
[0002]入渗是水渗入土壤的物理现象，是由土壤水力特性、水分状况以及供水条件等因素综合作用的陆地表面水分交换过程，它与水文转换、土壤侵蚀、土壤水分、养分、盐分和重金属离子迀移等都有密切联系。入渗以单位时间入渗水深（即入渗强度或入渗率)，或以历时入渗累积曲线表示。水在土壤中入渗时，土壤的一些物理性质会随着水分的入渗而改变，比如土壤的水分含量、酸碱度（pH值)、盐度、温度等，这些物理指标，直接反映了土壤水分入渗对土壤的影响。同时土壤入渗能力及入渗参数是确定地面灌溉技术参数的必要依据，对于节水灌溉技术而言，入渗率和入渗深度与时间的关系是评价灌溉效果的一个重要指标，可以给农业水管理提供指导性建议。因此，土壤入渗研究对促进相关学科更好更快发展具有重要意义。
[0003]以往对入渗规律的研究，常用土柱来代替整体土壤进行分析，分析方法分为两类，一类是野外工作中普遍采用的双环入渗仪的方法，该方法对试验环境要求高，精度较低，自动控制效果较差，而且该方法仅能测量土柱入渗与时间的关系，无法测量土柱入渗深度与时间的关系，使得该方法测量结果单一，适用性较差，难以满足试验要求。另一类是通过垂直或水平土柱模拟入渗的室内试验法，该方法在使用过程中的若要测定某一时间的土柱含水率、pH和电导率时，需要把土柱中的土样取出后才能完成测定，存在工作效率低下和测量精度较低等缺陷，工作人员不能离开试验场地，且连续几天几夜不能间断。因此，该方法测量过程费时、费力、测量效率极其低下。为此，我们通过多学科交叉，引入现代测试技术、机械装备和自动化技术，寻求一种可以直接测量湿润锋运移、多指标检测、适用性强的试验装置是十分必要的。
[0004]目前，涉及土壤入渗湿润锋运移和相关指标检测装置和方法的相关专利有：土壤入渗性能实时自动测量系统（200610089698. 4)，一种测定非饱和土入渗系数的装置和方法(201210196089. 4)，一种可调土壤入渗性能检测和流失量取样装置（2014108400981 )，土壤水分、溶质运移参数自动测定装置（200510124583. X)等。其中土壤入渗性能实时自动测量系统主要针对土壤径流的测量，对土柱入渗不适用；一种测定非饱和土入渗系数的装置和方法测定的是非饱和土的入渗系数，但是该装置如果需要较高的测量精度，需要较多的水分传感器和水分张力计，装置成本高，同时采用迭代法获取水分入渗系数，操作比较复杂，自动化程度低；一种可调土壤入渗性能检测和流失量取样装置，只适合于室内进行土柱试验，而且只能对土柱的一侧进行入渗性能的检测。土壤水分、溶质运移参数自动测定装置湿润锋的运移通过计算获得，准确度不够高。上述提到的装置和方法，不能满足既在室内进行土柱入渗性能检测，又能在室外进行土柱入渗性能检测，而且这些装置不能直接检测土柱入渗的湿润锋运移，操作复杂，检测指标不够全面，不能够较准确地反映水入渗过程中对土柱酸碱度（PH)、盐度、温度等相关指标的影响。
【发明内容】
[0005]为了解决上述【背景技术】中提到的问题，本发明提供一种土柱入渗性能检测装置，其为土柱入渗湿润锋运移和相关指标检测装置，该装置可以通过CCD相机检测土柱的湿润锋运移，该装置不仅能在室内进行土柱入渗性能检测，又能在室外进行土柱入渗性能检测；可以安装不同类型的传感器，在土柱入渗过程中进行多指标检测；该装置在室内或室外进行土柱入渗性能检测时，能够对土柱不同方位、不同高度进行检测，能减小试验误差。
[0006]本发明土柱入渗性能检测装置包括底座3、水平旋转调节机构、进出土柱调节机构、高度调节机构，水平旋转调节机构设置在底座3上，进出土柱调节机构设置在水平旋转调节机构上，高度调节机构设置在进出土柱调节机构上；
其中所述水平旋转调节机构包括水平旋转齿轮I 11、步进电机12、水平旋转滑块13、水平旋转滑轨14、水平旋转齿轮II 15，水平旋转滑轨14、水平旋转齿轮II 15固定在底座3上，水平旋转滑轨14位于水平旋转齿轮II 15内侧，水平旋转滑块13设置在水平旋转滑轨14上并与其相配合，步进电机12安装在水平旋转滑块13的一侧，步进电机12与水平旋转齿轮I 11连接并驱动其运动，水平旋转齿轮I 11与水平旋转齿轮II 15相配合；
所述进出土柱调节机构包括支座4、齿条5、伺服电机6、探头进出齿轮7、探头进出滑轨8、限位支座9、探头进出滑块10，支座4安装在水平旋转滑块13上，支座4上设置有齿条5、限位支座9和探头进出滑轨8，限位支座9设置在探头进出滑轨8的两端，探头进出齿轮7设置在齿条5 —侧并与其相配合，探头进出齿轮7与伺服电机6连接并由其驱动，伺服电机6与探头进出滑块10连接，探头进出滑块10设置在探头进出滑轨8上并与其相配合；所述高度调节机构包括导杆16、螺杆17、C⑶相机18、传感器19、上支座20、螺杆电机21，导杆16的两端分别安装在探头进出滑块10和上支座20上，螺杆17两端分别通过轴承安装在探头进出滑块10和上支座20上，，CXD相机18和传感器19套装在导杆16和螺杆17上，螺杆17穿过上支座20与螺杆电机21相连。
[0007]所述水平旋转滑轨14为两侧设有半圆形水平旋转滑轨槽23的环状轨道，水平旋转滑块13内侧设有半圆形水平旋转滑块槽24，水平旋转滑块槽24与水平旋转滑轨槽23通过滚珠相配合。
[0008]所述探头进出滑轨8两侧设有半圆形的探头进出滑轨槽31，探头进出滑块10内侧的半圆形探头进出滑块槽30与探头进出滑轨槽31通过滚珠相配合，探头进出滑块10两侧设有限位开关27，限位开关27与限位支座9相配合。
[0009]所述底座3为中空环状底座。
[0010]所述齿条5、探头进出齿轮7、水平旋转齿轮I 11和水平旋转齿轮II 15均为标准件。
[0011]本发明中伺服电机6、步进电机12和螺杆电机21的控制按照常规的控制器(单片机开发板等）进行控制和传动，CCD相机和传感器19检测的数值可以通过常规的数据存储器来进行存储，方便后期分析处理。
[0012]所述传感器19为常规市售的用于检测湿度、酸碱度（pH)、温度、盐度等的传感器，可以根据检测需要设置或更换传感器的类型。
[0013]在室外进行原状土土柱入渗湿润锋运移和相关指标的检测中，在检测土壤周围挖一个环形的深坑，原状土呈圆柱体状，将上述装置底座3的中心孔穿过原状土，并固定在挖好的环形深坑中；在开始检测时，首先在圆柱形原状土上标记好初始检测位置，启动步进电机12，步进电机12输出轴旋转，步进电机12输出轴旋转带动与其相连的水平旋转齿轮I 11，水平旋转齿轮I 11与水平旋转齿轮II 15相配合，水平旋转齿轮II 15固定不动，则水平旋转齿轮I 11运动，同时水平旋转齿轮I 11通过步进电机12与水平旋转滑块13相连，水平旋转齿轮I 11的运动带动与其相连的水平旋转滑块13的运动，同时水平旋转滑块13与水平旋转滑轨14相配合，所以水平旋转滑块13会沿着水平旋转滑轨14做圆周运动，CCD相机18和传感器19通过导杆16和螺杆17安装在支座4上，支座4安装在水平旋转滑块13上，所以水平旋转滑块13的圆周运动也带动CCD相机18和传感器19在水平面内做圆周运动，在常规控制器的作用下，CCD相机18和传感器19在水平面内旋转到检测初始位置后停止转动。
[0014]然后启动螺杆电机21，螺杆电机21输出轴开始转动，螺杆电机21输出轴转动带动与其相连的螺杆17在水平面内的旋转，导杆16固定不动，传感器19和CCD相机18 —侧与导杆相配合，另一侧与螺杆17螺旋副配合，所以螺杆17在水平面内的旋转带动CCD相机18和传感器19沿着螺杆17的轴线方向运动，在常规控制器的驱动作用下，使CCD相机18和传感器19运动到要求的位置。此时，CCD相机18开始检测原状土的入渗过程湿润锋的运移，CCD相机18的检测是连续的过程，检测到的数据传输给上位机进行处理和分析，检测一定的时间后，开始检测土柱的相关指标，常规控制器驱动伺服电机6，伺服电机6开始工作，伺服电机6输出轴转动带动与其相连的探头进出齿轮7旋转，探头进出齿轮7与齿条5相配合，齿条5固定在水平支座4上，所以探头进出齿轮7沿着齿条5做直线运动，同时探头进出齿轮7通过伺服电机6与探头进出滑块10相连，探头进出滑块10会随着探头进出齿轮7做直线运动，但是探头进出滑块10与探头进出滑轨8相配合，齿条5和探头进出滑轨8平行，所以探头进出滑块10会沿着齿条5和探头进出滑轨8做直线运动，导杆16和螺杆17安装在探头进出滑块10上，CXD相机18