一种植物根系分布及根系挤压力监测系统的制作方法

本实用新型涉及植物根系监测系统技术领域，具体来说，涉及一种植物根系分布及根系挤压力监测系统。

背景技术：

管道运输业已成为世界五大运输业之一，由于管道深埋在地下，随着时间的推移，外界干扰的影响，管道会发生腐蚀、穿孔、泄露等问题，那么植物根系生长过程中是否会对管道产生影响也是目前根系研究的热点内容之一。在以往的研究中，多是以树干基部为圆心，根据树木冠幅大小确定半径，挖出一个立方体，直观的观察植物根系的分布状况，这种方法的缺点在于工程量太大不易实施，而且极有可能损坏植物根系；此外，不能做到定时监测植物根系的生长状况以及定量分析根系生长过程产生的挤压力。

技术实现要素：

为解决现有技术中存在的问题，本实用新型的目的是提供一种植物根系分布及根系挤压力监测系统，实现了监测的长期性和连续性，同时能尽可能的避免植物根系遭到破坏，准确反映根系分布及生长所产生的挤压力。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种植物根系分布及根系挤压力监测系统，包括图像采集装置、挤压力采集装置、控制器和计算机，图像采集装置的信号输出端与所述控制器的第一信号输入端相连，所述挤压力采集装置的信号输出端与所述控制器的第二信号输入端相连，所述控制器的输出端与所述计算机的输入端相连。

图像采集装置采集目标植物的根系的根系分布情况并将采集到的图像信息发送至控制器，挤压力采集装置采集植物根系生长过程产生的挤压力并把采集到的力信息发送至控制器，控制器将信号处理并传送至计算机，计算机上装有根系分析软件，所述根系分析软件采用市售的WinRHZO Tron MF 2012型根系分析软件。该软件通过采集到的图像信息进行实时分析，以从图像信息中获取表征目标植物的根系形态变化，可以分析不同时间下同一位置处的各个扫描图像，也可以分析同一时间下不同位置处的各个扫描图像。

图像采集装置包括微根管和线性扫描头，所述微根管有多根且均匀设置在目标植物的根系周围，所述微根管沿目标植物的根系生长方向倾斜设置，所述线性扫描头设置在微根管内，所述线性扫描头的一端与控制器电性连接。

微根管是一种透明的树脂管，其主要为线性扫描头提供扫描空间和扫描环境，微根管轴线沿目标植物的根系生长倾斜设置能尽可能增大微根管的观测面积，在其内利用线性扫描头进行观测时能获取更多的信息。所述线性扫描头选用市售的高分辨率柱形CCD线性扫描头，其能够进行扫描作业并将获取的扫描图像传递至外部的控制器。

挤压力采集装置包括第一活塞筒和第二活塞筒，所述第一活塞筒内设置有与之相配的第一活塞，所述第一活塞一端固定连接有第一活塞杆，所述第一活塞杆伸出至第一活塞筒外部，所述第一活塞杆的伸出端固定连接有测压板，所述第二活塞筒内设置有与之相配的第二活塞，所述第二活塞固定连接有丝杆，所述丝杆一端伸出至第二活塞外部，所述丝杆的伸出端转动连接有加压手轮，所述第一活塞筒远离第一活塞杆的一端通过第一导管与所述第二活塞筒远离丝杆的一端连通，所述第一导管呈“L”字形，所述第一活塞筒轴线与第二活塞筒的轴线相互垂直；所述第一导管设置有第一连通孔，所述第一连通孔连接有第二导管，所述第二导管轴线与所述第二活塞筒轴线平行，所述第二导管沿轴线依次设置有第二连通孔和第三连通孔，所述第二连通孔连接有第一测量管，所述第一测量管轴线与所述第一活塞筒轴线平行，所述第一测量管内设置有与之相配的压力传感器，压力传感器为圆柱形，与第一测量管内壁紧密连接形成密封结构，所述压力传感器与所述控制器电连接；所述第三连通孔连接有油杯，所述油杯轴线与所述第一活塞筒轴线平行。

第一柱塞筒设置在目标植物根系下方的土层内，其上的测压板位于根系的生长轨迹上。第二柱塞筒、第一测量管和油杯位于土层外部。可在距离目标植物主干0.8-1.3m的区域内挖掘壕沟，使其根系暴露在壕沟内。壕沟分作A、B两区域，再将测压板置于A区域且位于根系的正下方，之后将A区域逐层填土至地面，而第二柱塞筒、第一测量管和油杯位于B区域，B区域不作填土，方便后续操作。后续操作为，向油杯内注油(油作为传压介质)。油最先至第二柱塞筒内，此时沿丝杆的轴向转动加压手轮向油加压，将油压入第一柱塞筒和第一测量管内。由于测压板上覆盖有土层，土层的重力与油的自重以及压力传感器对油的反作用力平衡，平衡时第一测量管内压力传感器的读数为初始读数。当根系生长至测压板并产生挤压力时，测压板在挤压力作用下挤压第一活塞杆，第一活塞杆与第一活塞沿第一活塞筒轴线滑动并挤压传压介质油。由于第二导管与第一导管连通，故油将压力传递至第二导管的第一测量管内，压力作用在压力传感器。此时压力传感器将压力信号传送至控制器，控制器将压力信号传送至计算机并由计算机存储。本实用新型的监测系统能同时对植物根系的生长情况和生长压力值进行监控，通过图像采集装置、挤压力采集装置长期对植物根系进行监测，实现了监测的长期性和连续性，同时能尽可能的避免植物根系遭到破坏，准确反映根系分布及生长所产生的挤压力。

优选的，第二导管上设置有第四连通孔，所述第四连通孔连接有第二测量管，所述第二测量管连接有与之相配的压力表。通过设置压力表可以使传压介质将压力直观的显示在压力表上，测量人员可直观的通过压力表看见与记录。

优选的，第二导管上设置有第五连通孔，所述第五连通孔连接有乳胶管，所述乳胶管上设置有阀门，所述乳胶管连接有液位管，所述液位管为透明玻璃管且通过支架固定，所述液位管轴线与所述第一活塞筒轴线平行，所述液位管端部设置有开口，所述开口设置有与之相配的端口盖。当目标植物的根系生长产生挤压力时，打开阀门，传压介质受压进入液位管内，再打开端口盖，使之与大气相通，从而测量测压板处所受到的压力，待液面稳定后读取凹液面高度，将其换算便得到测压板处所受到的压力值。测量人员可直观的通过液位管对测压板的压力进行记录。

优选的，液位管上设置有刻度。读数方便，方便了测压板处所受到的压力值的换算。

优选的，微根管的轴线与地面之间的夹角为45°-60°。微根管轴倾斜设置能尽可能增大微根管的观测面积，在其内利用线性扫描头进行观测时能获取更多的信息。

优选的，所述微根管的轴线与地面之间的夹角为60°。60°设置的微根管，其内的线性扫描头能尽可能大范围监测到植物根系的垂直及水平分布。

本实用新型的有益效果是：

(1)本实用新型的监测系统能同时对植物根系的生长情况和生长压力值进行监控，通过图像采集装置、挤压力采集装置长期对植物根系进行监测，实现了监测的长期性和连续性，同时能尽可能的避免植物根系遭到破坏，准确反映根系分布及生长所产生的挤压力。

(2)通过设置压力表可以使传压介质将压力直观的显示在压力表上，测量人员可直观的通过压力表看见与记录。

(3)测量人员可直观的通过液位管对测压板的压力进行记录。

(4)微根管轴倾斜设置能尽可能增大微根管的观测面积，在其内利用线性扫描头进行观测时能获取更多的信息。

附图说明

图1是本实用新型植物根系分布及根系挤压力监测系统的原理框图；

图2是本实用新型实施例的挤压力采集装置的整体结构示意图。

附图标记说明：

1、图像采集装置；2、挤压力采集装置；21、第一活塞筒；211、第一活塞、212、第一活塞杆；213、测压板；22、第二活塞筒；221、第二活塞；222、丝杆；223、加压手轮；23、第一导管；231、第一连通孔；24、第二导管；241、第二连通孔；242、第三连通孔；243、第一测量管；244、压力传感器；245、油杯；246、第四连通孔；247、第二测量管；248、压力表；249、第五连通孔；250、乳胶管；251、阀门；252、液位管；253、端口盖；3、控制器；4、计算机。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的实施例进行详细说明。

实施例1：

如图1和图2所示，一种植物根系分布及根系挤压力监测系统，包括图像采集装置1、挤压力采集装置2、控制器3和计算机4，图像采集装置1的信号输出端与所述控制器3的第一信号输入端相连，所述挤压力采集装置2的信号输出端与所述控制器3的第二信号输入端相连，所述控制器3的输出端与所述计算机4的输入端相连。

图像采集装置1采集目标植物的根系的根系分布情况并将采集到的图像信息发送至控制器3，挤压力采集装置2采集植物根系生长过程产生的挤压力并把采集到的力信息发送至控制器3，控制器3将信号处理并传送至计算机4，计算机4上装有根系分析软件，所述根系分析软件采用市售的WinRHZO Tron MF 2012型根系分析软件。该软件通过采集到的图像信息进行实时分析，以从图像信息中获取表征目标植物的根系形态变化，可以分析不同时间下同一位置处的各个扫描图像，也可以分析同一时间下不同位置处的各个扫描图像。

图像采集装置1包括微根管和线性扫描头，所述微根管有多根且均匀设置在目标植物的根系周围，所述微根管沿目标植物的根系生长方向倾斜设置，所述线性扫描头设置在微根管内，所述线性扫描头的一端与控制器3电性连接。

微根管是一种透明的树脂管，其主要为线性扫描头提供扫描空间和扫描环境，微根管轴线沿目标植物的根系生长倾斜设置能尽可能增大微根管的观测面积，在其内利用线性扫描头进行观测时能获取更多的信息。所述线性扫描头选用市售的高分辨率柱形CCD线性扫描头，其能够进行扫描作业并将获取的扫描图像传递至外部的控制器3。

挤压力采集装置2包括第一活塞筒21和第二活塞筒22，所述第一活塞筒21内设置有与之相配的第一活塞211，所述第一活塞211一端固定连接有第一活塞211杆，所述第一活塞211杆伸出至第一活塞筒21外部，所述第一活塞211杆的伸出端固定连接有测压板213，所述第二活塞筒22内设置有与之相配的第二活塞221，所述第二活塞221固定连接有丝杆222，所述丝杆222一端伸出至第二活塞221外部，所述丝杆222的伸出端转动连接有加压手轮223，所述第一活塞筒21远离第一活塞211杆的一端通过第一导管23与所述第二活塞筒22远离丝杆222的一端连通，所述第一导管23呈“L”字形，所述第一活塞筒21轴线与第二活塞筒22的轴线相互垂直；所述第一导管23设置有第一连通孔231，所述第一连通孔231连接有第二导管24，所述第二导管24轴线与所述第二活塞筒22轴线平行，所述第二导管24沿轴线依次设置有第二连通孔241和第三连通孔242，所述第二连通孔241连接有第一测量管243，所述第一测量管243轴线与所述第一活塞筒21轴线平行，所述第一测量管243内设置有与之相配的压力传感器244，压力传感器244为圆柱形，与第一测量管243内壁紧密连接形成密封结构，所述压力传感器244与所述控制器3电连接；所述第三连通孔242连接有油杯245，所述油杯245轴线与所述第一活塞筒21轴线平行。

第一柱塞筒设置在目标植物根系下方的土层内，其上的测压板213位于根系的生长轨迹上。第二柱塞筒、第一测量管243和油杯245位于土层外部。可在距离目标植物主干0.8-1.3m的区域内挖掘壕沟，使其根系暴露在壕沟内。壕沟分作A、B两区域，再将测压板213置于A区域且位于根系的正下方，之后将A区域逐层填土至地面，而第二柱塞筒、第一测量管243和油杯245位于B区域，B区域不作填土，方便后续操作。后续操作为，向油杯245内注油(油作为传压介质)。油最先至第二柱塞筒内，此时沿丝杆222的轴向转动加压手轮223向油加压，将油压入第一柱塞筒和第一测量管243内。由于测压板213上覆盖有土层，土层的重力与油的自重以及压力传感器244对油的反作用力平衡，平衡时第一测量管243内压力传感器244的读数为初始读数。当根系生长至测压板213并产生挤压力时，测压板213在挤压力作用下挤压第一活塞211杆，第一活塞211杆与第一活塞211沿第一活塞筒21轴线滑动并挤压传压介质油。由于第二导管24与第一导管23连通，故油将压力传递至第二导管24的第一测量管243内，压力作用在压力传感器244。此时压力传感器244将压力信号传送至控制器3，控制器3将压力信号传送至计算机4并由计算机4存储。本实用新型的监测系统能同时对植物根系的生长情况和生长压力值进行监控，通过图像采集装置1、挤压力采集装置2长期对植物根系进行监测，实现了监测的长期性和连续性，同时能尽可能的避免植物根系遭到破坏，准确反映根系分布及生长所产生的挤压力。

实施例2：

如图2所示，本实施例在实施例1的基础上，第二导管24上设置有第四连通孔246，所述第四连通孔246连接有第二测量管247，所述第二测量管247连接有与之相配的压力表248。通过设置压力表248可以使传压介质将压力直观的显示在压力表248上，测量人员可直观的通过压力表248看见与记录。

实施例3：

如图2所示，本实施例在实施例1的基础上，第二导管24上设置有第五连通孔249，所述第五连通孔249连接有乳胶管250，所述乳胶管250上设置有阀门251，所述乳胶管250连接有液位管252，所述液位管252为透明玻璃管且通过支架固定，所述液位管252轴线与所述第一活塞筒21轴线平行，所述液位管252端部设置有开口，所述开口设置有与之相配的端口盖253。当目标植物的根系生长产生挤压力时，打开阀门251，传压介质受压进入液位管252内，再打开端口盖253，使之与大气相通，从而测量测压板213处所受到的压力，待液面稳定后读取凹液面高度，将其换算便得到测压板213处所受到的压力值。测量人员可直观的通过液位管252对测压板213的压力进行记录。

实施例4：

如图1所示，本实施例在实施例3的基础上，液位管252上设置有刻度。读数方便，方便了测压板213处所受到的压力值的换算。

实施例5：

如图2所示，本实施例在实施例1的基础上，微根管的轴线与地面之间的夹角为45°-60°。微根管轴倾斜设置能尽可能增大微根管的观测面积，在其内利用线性扫描头进行观测时能获取更多的信息。

实施例6：

如图2所示，本实施例在实施例5的基础上，所述微根管的轴线与地面之间的夹角为60°。60°设置的微根管，其内的线性扫描头能尽可能大范围监测到植物根系的垂直及水平分布。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。