一种土壤渗透水分层取样器及其使用方法和收集板与流程

本发明涉及土壤水取样设备领域，主要用于土壤学、环境科学、地球化学等领域，更具体地说，涉及一种土壤渗透水分层取样器及其使用方法和收集板。

背景技术：

为了研究土壤中生态营养离子的生物地球化学循环和污染物迁移规律，通常需要取其渗透水作为研究对象，传统的方法多为手动取样和离心操作，然而这种方法不仅费时、费力，而且取得的渗透水分量少、成本高，很难保证正常实验研究的需要。

现有技术中关于土壤水取样装置的改进方案已有大量公开，例如专利公开号：cn203672661u，公开日：2014年06月25日，发明创造名称为：土壤水取样仪，该申请案公开了一种土壤水取样仪，涉及环境技术领域，该土壤水取样仪包含马达、电泵、多个液压缸、多个压码、多个钢筒、多个底座和多个取样瓶，马达通过电泵驱动多个液压缸，每个液压缸的活塞杆与压码的一端可拆卸连接，压码的另一端与钢筒的上开口端对应设置，钢筒的下开口端装在底座上，底座上开有若干个过滤孔，底座装在对应的取样瓶内且二者卡接；该土壤水取样仪出水速度快，所要求的土壤含水量下限值较低。但是，该申请案的不足之处在于，该土壤水取样仪需要将土壤样品从土壤中取出后再收集土壤水，操作较繁琐，且不能科学收集土壤中某一位置处的渗透水。

综上所述，如何设计一种操作简便且能科学收集土壤中某一位置处渗透水的取样设备，是现有技术中亟需解决的技术问题。

技术实现要素：

1.发明要解决的技术问题

本发明的目的在于克服现有土壤水取样仪操作较繁琐，且不能科学收集土壤中某一位置处渗透水的不足，提供了一种土壤渗透水分层取样器及其使用方法和收集板，其能够科学收集土壤中某一位置处的渗透水且能够完成渗透水的连续自动收集。

2.技术方案

为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：

本发明的土壤渗透水分层取样器，包括渗透液收集部分，还包括渗透液储存部分和动力部分，所述渗透液收集部分通过导管与渗透液储存部分连接，所述动力部分与渗透液储存部分连接；

所述渗透液收集部分包括收集板，该收集板分为三层，上层为其上均布通孔的多孔板，中层为中部设有贯穿孔的环形板，下层为其上均匀嵌有毛细管的毛细板。

作为本发明更进一步的改进，所述渗透液收集部分包括两块收集板，两块收集板相互呈150～180°连接；所述导管与两块收集板的连接处连通。

作为本发明更进一步的改进，所述渗透液储存部分包括收集瓶，该收集瓶的底部安装有阀门；所述收集瓶通过进液管与导管连通，进液管上设有单向空气阀，进液管的进液口延伸进入收集瓶内。

作为本发明更进一步的改进，所述收集瓶内设有自瓶口处向下延伸的玻璃罩，所述玻璃罩罩在进液管进液口的外侧；所述玻璃罩内设有滤膜，且该滤膜位于所述进液口的下侧。

作为本发明更进一步的改进，所述收集瓶的瓶口处设有密封瓶盖，该密封瓶盖内设有螺旋式通道，螺旋式通道的一端与收集瓶内部连通，另一端与动力部分连接。

作为本发明更进一步的改进，所述收集瓶内安装有一阻挡环，该阻挡环采用密度小于g/cm³的材料制成；所述收集瓶上某一位置处设有红外感应探头。

作为本发明更进一步的改进，还包括缓冲瓶，所述螺旋式通道的另一端通过连接管一与所述缓冲瓶内部连通，且连接管一延伸至缓冲瓶内的底部；所述动力部分包括负压泵以及为负压泵供电的电池，所述负压泵通过连接管二与所述缓冲瓶内部连通，且连接管二延伸至缓冲瓶内的顶部，所述连接管二上设有单向空气阀。

作为本发明更进一步的改进，还包括电路部分，所述电路部分包括单片机和土壤湿度感应器，所述负压泵、红外感应探头以及土壤湿度感应器均分别与单片机连接。

本发明的土壤渗透水分层取样器的使用方法，包括以下步骤：

步骤一、将土壤湿度感应器预埋于待测土壤内，将两块收集板插入待测土壤断面的某一位置，且在两块收集板上下铺设土工布；

步骤二、当土壤湿度感应器监测到土壤湿度达到设定标准时，给单片机一个电信号，单片机控制负压泵开始工作；

步骤三、收集瓶中开始收集渗透水，随着渗透水液面的上升阻挡环的位置随之上升，当阻挡环到达红外感应探头所在高度时，红外感应探头感应到阻挡环并产生相应的电信号给单片机，单片机控制负压泵停止工作；

步骤四、通过收集瓶底部的阀门将渗透水排出，阻挡环的位置随之下降；

步骤五、循环重复步骤三、步骤四，完成渗透水的连续自动收集。

本发明的土壤渗透水分层取样器的收集板，该收集板分为三层，上层为其上均布通孔的多孔板，中层为中部设有贯穿孔的环形板，下层为其上均匀嵌有毛细管的毛细板。

3.有益效果

采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下显著效果：

(1)本发明的土壤渗透水分层取样器，其采用的收集板分为三层，上层为其上均布通孔的多孔板，中层为中部设有贯穿孔的环形板，下层为其上均匀嵌有毛细管的毛细板，位于收集板上部的渗透水在重力的作用下通过上层的多孔板落入收集板内并被排走，而位于收集板下部的渗透水则通过下层毛细板上大量均布的毛细管来收集，其主要利用了毛细管的毛细现象；需要指出的时，本发明的土壤渗透水分层取样器能够同时收集待测土壤某一位置处上、下两侧的渗透水，从而能够科学收集土壤中某一位置处的渗透水，该土壤渗透水分层取样器将对土壤学、环境科学、地球化学等领域开展相关研究具有重要意义。

(2)本发明的土壤渗透水分层取样器，只有当土壤湿度感应器监测到土壤湿度达到设定标准，同时收集瓶中水位处于正常水位，单片机才会控制负压泵工作，因此，能够完成渗透水的连续自动收集，不仅简单易用，实现了定时定量采集土壤中的渗透水，还避免了繁重的人工采样，实现了自动化的土壤水定时在线取样。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为实施例1的土壤渗透水分层取样器的立体结构示意图；

图2为实施例1中收集板的结构示意图；

图3为实施例1中毛细板的结构示意图；

图4为实施例1中渗透液储存装置的结构示意图；

图5为实施例1的土壤渗透水分层取样器的使用方法的流程图。

示意图中的标号说明：

1、渗透液收集部分；101、多孔板；102、环形板；103、毛细板；104、毛细管；2、导管；3、渗透液储存部分；301、单向空气阀；302、密封瓶盖；303、红外感应探头；304、阀门；305、玻璃罩；306、滤膜；307、阻挡环；4、动力部分；5、电路部分。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为进一步了解本发明的内容，结合附图和实施例对本发明作详细描述。

实施例1

结合图1-4，本实施例的土壤渗透水分层取样器，包括渗透液收集部分1、渗透液储存部分3和动力部分4，渗透液收集部分1通过导管2与渗透液储存部分3连接，动力部分4与渗透液储存部分3连接；具体的，渗透液收集部分1包括采用有机玻璃制成的收集板，该收集板分为三层，上层为其上均布通孔的多孔板101，其厚度为1mm，中层为中部设有贯穿孔的环形板102，其厚度为3mm，下层为其上均匀嵌有毛细管104的毛细板103，其中毛细板103的其厚度为0.5mm，毛细管104的长度为1.5mm，外径为1mm。本实施例中，渗透液收集部分1包括两块收集板，两块收集板相互呈150°连接并且两块收集板的侧面均封死，通过两块收集板相互呈150°连接的设计，位于收集板上部的渗透水能够顺流落入两块收集板内；导管2与两块收集板的连接处连通。使用时，将两块收集板插入待测土壤断面的某一位置，且在两块收集板上下铺设土工布，利用土工布只透水不透土的特性能够防止管道堵塞。

渗透液储存部分3包括采用有机玻璃材料的收集瓶和缓冲瓶，收集瓶、缓冲瓶的外部包裹有聚氨基甲酸酯保温材料，收集瓶主要用于收集渗透液，缓冲瓶对收集瓶起到缓冲和密封作用，该收集瓶的底部安装有一个直径为1cm的阀门304；收集瓶通过进液管与导管2连通，进液管上设有单向空气阀301，进液管的进液口延伸进入收集瓶内。收集瓶内设有自瓶口处向下延伸的玻璃罩305，玻璃罩305罩在进液管进液口的外侧，保证了抽压时液体按照规定路线流动，玻璃罩305直径为5cm；玻璃罩305内设有滤膜306，且该滤膜306位于进液口的下侧，滤膜306上微孔的直径为0.45微米，一般微生物直径在0.5微米，长度约0.5到5微米，该滤膜306可以滤掉渗透液中的微生物，使到达收集瓶的渗透液中基本不含微生物，保证了渗透液不变质。收集瓶的瓶口处设有密封瓶盖302，该密封瓶盖302内设有螺旋式通道，螺旋式通道的一端与收集瓶内部连通，另一端通过连接管一与缓冲瓶内部连通，且连接管一延伸至缓冲瓶内的底部，螺旋式通道能够有效阻止外界的物质进入收集瓶内，确保收集瓶内收集的渗透液纯净，同时螺旋式通道的设计一方面能够有效防止收集瓶内的渗透液蒸发(由于螺旋式通道的行程较长且行程曲折，蒸发的水蒸气难以直接通过螺旋式通道排出)，另一方面，在收集瓶长期储存渗透液时，螺旋式通道内聚集了由水蒸气冷凝而成的液体，起到了“液封”的作用；动力部分4包括负压泵以及为负压泵供电的电池，该电池为太阳能电池板及其组件，且采用1000*1000*30立方毫米，光电转化率为15％，输出功率为100w的太阳能电池板，负压泵通过连接管二与缓冲瓶内部连通，且连接管二延伸至缓冲瓶内的顶部，连接管二上设有单向空气阀301。收集瓶内安装有一阻挡环307，该阻挡环307采用密度小于1g/cm³的材料制成(即阻挡环307采用能够浮在水面的材料)；收集瓶上某一位置处设有红外感应探头303，本实施例中，红外感应探头303位于收集瓶上600ml的位置处，红外感应探头303与阻挡环307是配合使用的，当收集瓶液面上升时，浮在液面上的阻挡环307随之上升，当阻挡环307到达红外感应探头303所在高度时，红外感应探头303感应到阻挡环307并产生相应的电信号。本实施例的土壤渗透水分层取样器还包括电路部分5，电路部分5包括单片机和土壤湿度感应器，负压泵、红外感应探头303以及土壤湿度感应器均分别与单片机连接。本实施例中，土壤湿度感应器预埋于待测土壤内。

结合图5，本实施例的土壤渗透水分层取样器的使用方法，包括以下步骤：

步骤一、将土壤湿度感应器预埋于待测土壤内，将两块收集板插入待测土壤断面的某一位置，且在两块收集板上下铺设土工布；

步骤二、当土壤湿度感应器监测到土壤湿度达到设定标准时，给单片机一个电信号，单片机控制负压泵开始工作；

步骤三、收集瓶中开始收集渗透水，随着渗透水液面的上升阻挡环307的位置随之上升，当阻挡环307到达红外感应探头303所在高度时，红外感应探头303感应到阻挡环307并产生相应的电信号给单片机，单片机控制负压泵停止工作；

步骤四、通过收集瓶底部的阀门304将渗透水排出，阻挡环307的位置随之下降；

步骤五、循环重复步骤三、步骤四，完成渗透水的连续自动收集。

为了研究土壤中生态营养离子的生物地球化学循环和污染物迁移规律，通常需要取其渗透水作为研究对象，传统的方法多为手动取样和离心操作，然而这种方法不仅费时、费力，而且取得的渗透水分量少、成本高，很难保证正常实验研究的需要。同时，虽然现有的土壤水取样方法及仪器多种多样，但上述取样方法及仪器存在一个共同的缺点：难以科学收集土壤中某一位置处的渗透水，而本实施例的土壤渗透水分层取样器，其采用的收集板分为三层，上层为其上均布通孔的多孔板101，中层为中部设有贯穿孔的环形板102，下层为其上均匀嵌有毛细管104的毛细板103，位于收集板上部的渗透水在重力的作用下通过上层的多孔板101落入收集板内并被排走，而位于收集板下部的渗透水则通过下层毛细板103上大量均布的毛细管104来收集，其主要利用了毛细管104的毛细现象。需要指出的时，本实施例的土壤渗透水分层取样器能够同时收集待测土壤某一位置处上、下两侧的渗透水，从而能够科学收集土壤中某一位置处的渗透水，该土壤渗透水分层取样器将对土壤学、环境科学、地球化学等领域开展相关研究具有重要意义。

本实施例的土壤渗透水分层取样器，在土壤湿度感应器监测到土壤湿度达到设定标准时才开始工作，可在土壤中水分含量较大的时候开始收集渗透水，提高了收集效果，同时通过红外感应探头303和阻挡环307的配合使用，有效防止了渗透水一次性收集过多而出现的问题；其中，只有当土壤湿度感应器监测到土壤湿度达到设定标准，同时收集瓶中水位处于正常水位，单片机才会控制负压泵工作，因此，能够完成渗透水的连续自动收集，不仅简单易用，实现了定时定量采集土壤中的渗透水，还避免了繁重的人工采样，实现了自动化的土壤水定时在线取样。

实施例2

本实施例的土壤渗透水分层取样器，其结构与实施例1基本相同，其不同之处在于：两块收集板相互呈180°连接。

实施例3

本实施例的土壤渗透水分层取样器，其结构与实施例1基本相同，其不同之处在于：两块收集板相互呈165°连接。

以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。