一种土壤气体阻力测量系统及方法与流程

1.本发明涉及农业水利工程土壤气阻研究领域，具体涉及一种土壤气体阻力测量系统及方法。


背景技术：

2.自然土壤由固、液、气三项组成，在降雨或者灌溉情况下，土壤中空气和水分的变化是一个此消彼长的博弈过程。水分进入土壤时，部分空气会被禁锢在土壤中，在大水漫灌条件下，由于表层积水，土壤中气体不能及时排出或者排泄缓慢，水分的进入势必挤占土壤空气所占的空间，这部分禁锢在土壤中空气被水分挤压会产生一个反作用力(气体阻力)，阻碍水分的下渗。其表现为暴雨期内雨强较大，空气阻力阻碍水分入渗，降雨很难渗入土壤，导致暴雨径流量或侵蚀量加大等。实质上水分进入土壤的形态以及入渗的快慢是积水深度h0(water
‑
pondingdepth)、进气吸力h
we
(water
‑
entry value)以及气体阻力h
af
(air pressure)共同作用的结果。当h0‑
h
we
‑
h
af
<0时水分以非稳态流入渗的形式进入土壤，反之以稳态流形式入渗。忽略气体阻力对水分入渗的影响，会导致水文过程模拟不精确。因此，研究土壤气体阻力在空间和时间上的分布情况是研究水分土壤在土壤中运动的前提。
3.目前对土壤气体阻力的测量主要采用连通器液压管测压法、张力计测压法以及指针压力表测压法等，但无论是连通器液压管测压法、张力计测压法还是指针压力表测压法，目视读数造成的测量误差较大，且三种方法均需要人工读数，无论是读数还是数据的电子化整理，人力和时间成本的消耗较大。同时由于人工读数，数据采样时间间隔较大(短则数分钟，长则数十分钟或者小时)，对数据的采集不能做到实时监测，由于采样时间步长较大，采集的数据不能较为真实的反映土壤气阻的变化过程，还有可能遗漏气阻发生突变的关键数据。


技术实现要素：

4.本发明实施例提供一种土壤气体阻力测量系统及方法，以克服上述技术问题，此外，该系统还能满足长时间测量多路气阻压力数据的要求。
5.为了解决上述问题，本发明实施例公开了一种土壤气体阻力测量系统，包括：
6.马氏瓶，与土柱连接，用于根据预设的水头向所述土柱供水；
7.称重传感器，用于计量所述马氏瓶的质量数据；
8.所述土柱，内部自下而上分层填装有试验土壤，所述土柱的管壁自下而上设置有多个测压管，所述测压管在所述土柱中的位置与预设试验方案中土壤气阻测量点在所述土柱中的位置一一对应；
9.差压计，与所述测压管连接，用于测量所述测压管对应位置处的试验土壤的气阻压力数据，所述差压计与所述测压管的数量一一对应；
10.称重传感器无纸记录仪，与所述称重传感器连接，用于基于所述称重传感器传输的所述质量数据，记录所述马氏瓶的质量变化数据；
11.气阻无纸记录仪，与至少一个所述差压计连接，用于记录与其连接的所述差压计传输的气阻压力数据。
12.在本发明一实施例中，还包括：
13.整流
‑
变压器，与交流电源和至少一个所述差压计分别连接，用于将交流电转换为所述差压计所需直流电；其中，所述交流电源为市电或备用电源。
14.在本发明一实施例中，还包括：
15.实时数据显示器，与所述称重传感器无纸记录仪和所述气阻无纸记录仪分别连接，用于显示所述称重传感器无纸记录仪传输的所述质量变化数据和所述气阻无纸记录仪传输的所述气阻压力数据；
16.和/或，数据存储器，与所述称重传感器无纸记录仪和所述气阻无纸记录仪分别连接，用于存储所述质量变化数据和所述气阻压力数据。
17.在本发明一实施例中，所述测压管包括测压硬管和测压软管，所述测压硬管的一端与所述土柱管壁连通并固定，另一端与所述测压软管的一端连接，所述测压软管的另一端与所述差压计连接；
18.其中，所述测压硬管的孔径朝远离所述土柱管壁的方向缩小。
19.在本发明一实施例中，所述测压硬管内填充透气不透水的填充材料。
20.在本发明一实施例中，所述整流
‑
变压器包括：
21.多路电源接线端子，每路所述电源接线端子的正负极分别与一个所述差压计的正负极对应连接；
22.交流电接线端子，与所述交流电源连接，用于提供交流电；
23.直流电接线端子，与所述多路电源接线端子连接，用于提供所述差压计所需直流电的额定电压；
24.整流
‑
变压器本体，与所述交流电接线端子和所述直流电接线端子连接，用于将交流电转换为直流电；
25.电压调节开关，与所述整流
‑
变压器本体连接，用于调节所述额定电压。
26.在本发明一实施例中，所述气阻无纸记录仪包括：
27.多路气阻信号输入端子，每路所述气阻信号输入端子与一个所述差压计连接；
28.显示面板，用于显示多路所述气阻压力数据；
29.数据输出接口，与所述实时数据显示器或所述数据存储器连接。
30.在本发明一实施例中，还包括：
31.支架，所述支架包括竖杆、承重平板以及马氏瓶卡槽，所述竖杆与所述承重平板垂直固定；其中，
32.所述马氏瓶卡槽和所述称重传感器无纸记录仪安装在所述竖杆上；
33.所述称重传感器安装在所述马氏瓶卡槽内，所述马氏瓶放置在所述马氏瓶卡槽内且位于所述称重传感器上；
34.所述土柱放置在所述承重平板上。
35.在本发明一实施例中，所述马氏瓶包括：
36.马氏瓶本体，设置有瓶口；
37.弹性密封塞，安装于所述瓶口中且对所述瓶口具有径向压力；
38.进气细管，上端为进气口，下端为出气口且贯穿所述弹性密封塞的端面置于所述马氏瓶本体内，所述进气口与所述马氏瓶本体内腔相通；
39.出水口阀门，与所述土柱上端的进水口连通。
40.为了解决上述问题，本发明实施例还公开了一种土壤气体阻力测量方法，所述方法应用于本发明实施例所述的系统，所述方法包括：
41.依据预设的水头，调整马氏瓶上的出气口与土柱中试验土壤表面之间的高度差；
42.在所述水头下，所述马氏瓶向所述土柱供水，同时开展土壤气阻试验；
43.在所述土壤气阻试验中，获取所述马氏瓶的质量变化数据，同时获取所述土柱上多个测压管对应位置处的试验土壤的气阻压力数据；
44.记录所述质量变化数据以及在所述质量变化数据下获得的所述气阻压力数据。
45.本发明实施例包括以下优点：
46.在本发明实施例中，马氏瓶根据预设的水头向土柱供水，在供水过程中，采用称重传感器计量所述马氏瓶的质量数据，称重传感器无纸记录仪基于所述称重传感器传输的所述质量数据，记录所述马氏瓶的质量变化数据，同时对土柱内的试验土壤开展土壤气阻试验；根据预设试验方案，事前在土柱内部自下而上分层填装试验土壤，土柱的管壁自下而上设置有多个测压管，所述测压管在土柱中的位置与预设试验方案中土壤气阻测量点在土柱中的位置一一对应；通过将多个差压计与多个测压管一一连接，以此可以在土壤气阻试验过程中，同时测得土柱上的多个测压管对应位置处的试验土壤的气阻压力数据，具有自动化程度高、数据采样时间间隔小的特点；接着将多个差压计所测得的气阻压力数据传输至同一个气阻无纸记录仪进行记录，能实现多路气阻压力数据的自动记录，避免了现有技术中因人工读数造成的人力和时间成本消耗过大等问题；
47.本发明实施例将多个差压计与同一个整流
‑
变压器连接，整流
‑
变压器与市电或备用电源连接，以此整流
‑
变压器可以将交流电转换为差压计所需的直流电，同时满足多个差压计在土壤气阻试验中的供电需求，保障土壤气阻试验的长时间持续开展；
48.本发明实施例通过将称重传感器无纸记录仪和气阻无纸记录仪同时与实时数据显示器连接，可在土壤气阻试验过程中将气阻压力数据和质量变化数据在同一屏幕上实时显示，便于试验人员随时了解土壤的水分入渗和气阻压力情况，相比将差压计直连电脑的方式，降低了对电脑性能、数量的要求，以此减少了电脑的数量和降低了数据传输信号中断的风险；
49.本发明实施例通过将称重传感器无纸记录仪和气阻无纸记录仪同时与数据存储器连接，可实现对数据的实时保存，也能避免断电时数据的丢失，还能有效降低称重传感器无纸记录仪和气阻无纸记录仪在长时间试验过程中的存储压力。
附图说明
50.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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的附图。
51.图1是本发明一实施例土壤气体阻力测量系统的结构示意图；
52.图2是本发明一实施例土柱的结构示意图；
53.图3a是本发明一实施例测压硬管的结构示意图；
54.图3b是本发明一实施例测压软管的结构示意图；
55.图4是本发明一实施例示出了马氏瓶安装在支架上的结构示意图；
56.图5a是本发明一实施例称重传感器无纸记录仪正面的结构示意图；
57.图5b是本发明一实施例称重传感器无纸记录仪背面的结构示意图；
58.图6是本发明一实施例差压计的结构示意图；
59.图7a是本发明一实施例气阻无纸记录仪正面的结构示意图；
60.图7b是本发明一实施例气阻无纸记录仪背面的结构示意图；
61.图8是本发明一实施例整流
‑
变压器的结构示意图；
62.图9是本发明一实施例土壤气体阻力测量系统的电器组网示意图；
63.图10是本发明一实施例气阻压力数据的实时压力图像示意图；
64.图11是本发明一实施例土壤气体阻力测量方法的步骤流程图。
65.附图标记说明：
[0066]1‑
马氏瓶；2
‑
土柱，201
‑
供水管；3
‑
称重传感器；4
‑
测压管，401
‑
测压硬管，402
‑
测压软管；5
‑
差压计；6
‑
称重传感器无纸记录仪，601
‑
角度调节杆；7
‑
气阻无纸记录仪，701
‑
气阻信号输入端子，702
‑
显示面板，703
‑
数据输出接口；8
‑
整流
‑
变压器，801
‑
电源接线端子，802
‑
交流电接线端子，803
‑
直流电接线端子，804
‑
电压调节开关；9
‑
实时数据显示器；10
‑
数据存储器；11
‑
竖杆；12
‑
承重平板；13
‑
马氏瓶卡槽。
具体实施方式
[0067]
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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。
[0068]
针对目前土壤气体阻力研究所存在的技术问题，参照图1，示出了本发明一实施例土壤气体阻力测量系统的结构示意图，该土壤气体阻力测量系统包括：
[0069]
马氏瓶1，与土柱2连接，用于根据预设的水头向土柱2供水；
[0070]
称重传感器3，用于计量马氏瓶1的质量数据；
[0071]
土柱2，内部自下而上分层填装有试验土壤，土柱2的管壁自下而上设置有多个测压管4，测压管4在土柱2中的位置与预设试验方案中土壤气阻测量点在土柱2中的位置一一对应；
[0072]
差压计5，与测压管4连接，用于测量测压管4对应位置处的试验土壤的气阻压力数据，差压计5与测压管4的数量一一对应；
[0073]
称重传感器无纸记录仪6，与称重传感器3连接，用于基于称重传感器3传输的质量数据，记录马氏瓶1的质量变化数据；
[0074]
气阻无纸记录仪7，与至少一个差压计5连接，用于记录与其连接的差压计5传输的气阻压力数据。
[0075]
其中，马氏瓶1是一种基于连通器原理，使得容器内外压强一致，从而实现马氏瓶1
内水头恒定及自动补水的装置。具体而言，该马氏瓶1可包括：马氏瓶本体(图未标记)，设置有瓶口；弹性密封塞(图未标记)，安装于所述瓶口中且对所述瓶口具有径向压力；进气细管(图未标记)，上端为进气口，下端为出气口且贯穿所述弹性密封塞的端面置于所述马氏瓶本体内，所述进气口与所述马氏瓶本体内腔相通；出水口阀门(图未标记)，与所述土柱2上端的进水口连通。在本发明实施例中，通过调节出气口的高度，即通过上下拉动进气细管，即可实现水分入渗水头的调节，使得马氏瓶1可以按照预设的水头向土柱2供水。关于如何调整马氏瓶1与土柱2之间的入渗水头，可参照已有技术，在此不多赘述。
[0076]
当然，对于开展溶液含有化学物质的水分入渗试验具有搅拌均匀的优点，防止高浓度溶液中的物质(如盐分)在马氏瓶1的底部沉降，本发明实施例在具体实施时，也可在马氏瓶本体内设置多孔透气组件(图未示出)，该多孔透气组件可以为多孔出气平板或带有多个出气孔的金属出气块。需要说明的是，当多孔透气组件为多孔出气平板时，本发明的进气细管应采用硬质管；当多孔透气组件为金属出气块时，进气细管应包括两段，分别为相互连接的进气硬管和进气软管，其中进气硬管与弹性密封塞连接，进气软管与金属出气块连接，配套的，马氏瓶本体外还应设置一个用于移动该金属出气块的磁体。关于多孔出气平板和金属出气块的结构，以及其各自配套的水头调节原理，可参照已有技术，本发明实施例在此不做赘述。
[0077]
土柱2，可选采用有机玻璃土柱2，可便于观测土柱2内湿润峰的变化。按照预设的试验方案，土柱2内部自下而上分层填装有试验土壤，在同一个土壤气阻试验中，土柱内所填装的不同层的试验土壤可以完全相同，也可以不同。当土柱内所填装的试验土壤完全相同时，可以开展均质土壤条件下的土壤气阻试验；当土柱内所填装的试验土壤不同时，不同层所填装的试验土壤可以具有不同的物理条件，如填装的可以是容重、初始含水率、土壤质地等物理条件不同的试验土壤，以对具有不同物理条件的试验土壤开展土壤气阻试验。
[0078]
在本发明实施例中，土柱2沿竖直方向自下而上设置有多个测压管4，每个测压管4均与土柱2内部相通。具体的，土柱2沿竖直方向自下而上开设有多个小孔(图未示出)，相邻小孔之间具有间隙，测压管4可以插入小孔中，以对土柱2内部的试验土壤的气阻压力进行测量。测压管4应与小孔的孔壁固定，以保证安装过程中的气密性。测压管4在土柱2中的位置与预设试验方案中土壤气阻测量点在土柱2中的位置一一对应，以对相应试验土壤在预设的水头下的气阻压力数据进行测量。在本发明实施例中，土壤气阻测量点至少指土柱2上的部分小孔，即在预设的试验方案中，可以指定土柱2上的每个小孔均为一个土壤气阻测量点，也可以将土柱2上的部分连续小孔指定为土壤气阻测量点，当然，也可以根据所填装的土壤的厚度，指定特定的小孔为土壤气阻测量点。需要说明的是，在土壤气阻试验中，未被指定为土壤气阻测量点的小孔应采用密封塞堵住。参照图2，示出了本发明一实施例土柱2的结构示意图。
[0079]
在本发明一实施例中，所述测压管4包括测压硬管401和测压软管402，所述测压硬管401的一端与所述土柱2管壁连通并固定，另一端与所述测压软管402的一端连接，所述测压软管402的另一端与所述差压计5连接；其中，所述测压硬管401的孔径朝远离所述土柱2管壁的方向缩小。本发明实施例将测压硬管401设计为一个孔径一端大、另一端小的结构，将测压硬管401管径较粗的一端与土柱2的小孔连接，可以提高两者连接的紧固性。由于当土壤饱和后，如果测压软管402下垂，饱和层土壤中的自由水会进入测压软管402，这时候所
测得的气阻压力实际上是水压+气阻压力，此时的气阻压力大于实际的气阻压力，因此，为避免自由水进入测压软管402导致数据失真的问题，本发明实施例的测压硬管401内必须填充有透气不透水的填充材料。该填充材料可以为渗透阻力极大的超渗滤膜或纳米滤膜。测压硬管401可以采用有机玻璃管，其与土柱2管壁通过两液混合硬化胶(ab胶)或热熔胶固定，测压硬管401与测压软管402的连接处也可以通过ab胶或热熔胶固定。参照图3a和图3b，分别示出了本发明一实施例测压硬管的结构示意图和本发明一实施例测压软管的结构示意图。
[0080]
为便于开展土壤气阻试验，本发明实施例的系统还包括支架，支架包括竖杆11、承重平板12以及马氏瓶卡槽13，竖杆11与承重平板12垂直固定；其中，马氏瓶卡槽13和称重传感器无纸记录仪6安装在竖杆11上，称重传感器3安装在马氏瓶卡槽13内，马氏瓶1放置在马氏瓶卡槽13内且位于所述称重传感器3上；土柱2放置在承重平板12上，土柱2上端的进水口与马氏瓶1上的出水口阀门通过供水管201连通。参照图4，本发明一实施例示出了马氏瓶1安装在支架上的结构示意图。土柱2和马氏瓶1均安装在支架上后结构示意图参照图1。其中，竖杆上设置有把手，承重平板12底部设置有万向轮，以便于推动支架移动，随时随地开展试验。
[0081]
由于马氏瓶1是一种基于连通器原理以对土柱2自动补水的装置，所以随着马氏瓶1中的水通过供水管201流入土柱2中，马氏瓶1所减少的质量等于土柱2所增加的质量。本发明实施例通过将称重传感器3安装在马氏瓶卡槽13内，可实现对马氏瓶1的称重；称重传感器3将采集到的质量数据实时传输给称重传感器无纸记录仪6，由此称重传感器无纸记录仪6可基于称重传感器3在不同时间传输的质量数据，确定马氏瓶1因水位变化所减少的质量，并对该质量变化数据进行记录，从而实现了对马氏瓶1的出流水量的实时监测、自动记录；相比现有技术，有效节省了人力，能完整、准确地记录马氏瓶1的出流水量情况。
[0082]
具体的，称重传感器3包括托盘面板、信号线，当称重传感器3安装在马氏瓶卡槽13内底部时，可在马氏瓶卡槽13上开一个穿线孔，将信号线穿过穿线孔与竖杆11上的称重传感器无纸记录仪6连接。
[0083]
称重传感器无纸记录仪6正面设置有数字输入面板、数字输出面板和功能键，背面设置有电源插孔和/或供电仓。参照图5a，示出了本发明一实施例称重传感器无纸记录仪6正面的结构示意图，参照图5b，示出了本发明一实施例称重传感器无纸记录仪6背面的结构示意图。其中，数字输入面板用于用户对时间、日期以及所述功能键对应的参数(例如：量程、校正系数、采样间隔、文件命名等)进行设置；数字输出面板用于显示马氏瓶1的质量变化数据，以供用户实时观测；功能键包括采样间隔、修正系数、数据格式和数据保存的按键。例如，用户通过操作“采样间隔”这一功能键，可根据试验时间周期合理设定数据采样间隔，比如1s、2s、5s、10s、20s、30s、1min等；用户通过操作“修正系数”这一功能键，可找出合理的比例关系，对数据进行校正；用户通过操作“数据格式”这一功能键，可选择默认保存的数据格式，例如txt或excel格式；用户通过“数据保存”这一功能键，可通过称重传感器无纸记录仪6上的数据输出接口对试验数据进行读取。电源插孔可通过电源线与市电连接，用于为称重传感器无纸记录仪6提供长时间稳定的电源。供电仓用于安装可充电的蓄电池或一次性电池，便于用户户外使用。实际操作中，对于短期试验，用户可选择便携式电池供电，而对于长时间试验，用户则可以选择电源插孔。可选的，如图5a和图5b所示，称重传感器无纸记录
仪6上还设置有角度调节杆601，角度调节杆601的一端与竖杆11固定，另一端与称重传感器无纸记录仪6的背面铰接。用户通过调节角度调节杆601，可将称重传感器无纸记录仪6调整至视觉舒适的数据观测角度。
[0084]
差压计5，具有采用间隔小的特点，可以解决目前的气阻采样时间步长较大的问题，能较为真实的反映土壤的气阻变化过程。参照图6，为本发明一实施例差压计5的结构示意图，差压计5包括进气口正极接口、进气口负极接口、显示面板、功能键面板、电源正负极以及usb信号输出接口。由于在开展土壤气阻实验时，一个差压计5与一个测压管4连接，因此测压管4只能与差压计5的进气口正极接口或进气口负极接口连接，当测压软管402与进气口正极接口相连时，气阻压力(气阻压力数据)为正值；当测压软管402与进气口负极接口相连时，气阻压力为负值(其绝对值为气阻压力实际值)。本发明实施例的差压计5正面设有多个功能键按钮，在试验前，当差压计5的两个进气口(正负进气口)与外界大气连通，而差压计5两个接口的压差不为零时，用户可按下面板正面的“置零”按钮进行校正调零。用户可通过按下面板上的“单位”按钮，选择不同的压强单位作为表征气阻压力大小的物理量，例如毫米水柱mmh2o、厘米水柱cmh2o、千帕kpa、兆帕mpa、巴bar等。当试验所在场所光线较暗的时候，用户可按下面板上的灯光键，以使差压计5显示面板上的内置灯光打开，方便用户读数。
[0085]
实际中，当仅需测量一路气阻压力数据的时候，本发明可直接将usb数据线一端插入差压计5底部的usb信号输出接口，一端插入电脑usb接口直接测量。但由于采用usb接口的通讯方式受电脑usb接口电压和接口数量(电脑串口数量)的影响，一台电脑一般最多接2路信号(一台电脑如果外接多路信号(如3个及3个以上)会出现通信异常(信号中断现象)，性能较差的计算机只能外接1路信号)，而一般水分入渗试验往往需要对不同点位的试验土壤的气阻压力进行测量，则需要安装多个甚至数十个差压计5，这就需要多台甚至数十台电脑协同工作，这对试验空间和试验成本提出了更高的要求。
[0086]
因此，本发明对市面上已有的数显无纸记录仪进行了改进，得到了气阻无纸记录仪7。参照图7a，示出了本发明一实施例气阻无纸记录仪7正面的结构示意图，参照图7b，示出了本发明一实施例气阻无纸记录仪7背面的结构示意图。本发明实施例通过将气阻无纸记录仪7与多个差压计5连接，可同时接收所连接的所有差压计5传输的气阻压力数据。具体而言，该气阻无纸记录仪7包括：多路气阻信号输入端子701，每路气阻信号输入端子701与一个差压计5连接；显示面板702，用于显示多路气阻压力数据；数据输出接口703，与实时数据显示器9或数据存储器10连接。
[0087]
连接时，采用信号线将每路气阻信号输入端子701与差压计5一一连接，对应图6所示的差压计5，信号线的一端应为usb接头，以与差压计5的usb信号输出接口连接；信号线的另一端可为2线制(或者3线制)，以与每路气阻信号输入端子701的正负极分别连接。其中，当为3线制时，其中一条线为接地公共端。如图7b所示，每路气阻信号输入端子701上设置有接线孔，与其连接的信号线应为圆柱形接头。实现时，需要保证多路气阻信号输入端子701的正负极之间互相绝缘，且相同电性端子之间也绝缘。如图7a所示，显示面板702包括数据输出显示面板、功能键面板，其中，数据输出显示面板可以以数值或者曲线图/柱状图的形式实时显示气阻压力数据；功能键面板基本功能与称重传感器无纸记录仪6相同，只是测量的物理量和输入信号路数不同(称重传感器无纸记录仪6为单路信号输入，接线方式较为简
单，而气阻压力数显无纸记录仪为多路信号采集，接线方式较为复杂)。
[0088]
差压计5背面设有电池卡槽，用于安装直流电池，可满足一般的试验需求，但当进行长时间连续测量时，目前的差压计5由于采用小功率电池供电的方式，其连续工作不会超过72小时，无法再满足长时间气阻测量的要求。且由于电池电压的下降会导致通信中断，进而导致数据无法保存。因此，本发明实施例的系统还提供有整流
‑
变压器8，整流
‑
变压器8与交流电源和至少一个差压计5分别连接，用于将交流电转换为差压计5所需直流电；其中，该交流电源为市电或备用电源。
[0089]
本发明实施例通过将整流
‑
变压器8与多个差压计5同时连接，可同时满足多个差压计5以及长时间连续测量时的试验需求，降低了因电池电压的下降导致通信中断的概率。参照图8，为本发明一实施例整流
‑
变压器的结构示意图,该整流
‑
变压器8包括：多路电源接线端子801，每路电源接线端子801的正负极分别与一个差压计5的正负极对应连接；交流电接线端子802，与交流电源连接，用于提供交流电；直流电接线端子803，直流电接线端子803与多路电源接线端子801同时连接，用于提供差压计5所需直流电的额定电压；整流
‑
变压器本体，与交流电接线端子802和直流电接线端子803连接，用于将交流电转换为直流电；电压调节开关804，与整流
‑
变压器本体连接，用于调节差压计5所需直流电的额定电压。
[0090]
其中，直流电接线端子803与多路电源接线端子801分别连接，如图8所示，直流电接线端子803也包括正负极，直流电接线端子803的正负极与每一路电源接线端子801的正负级通过导线对应连接，以此就将一路直流电源转换为多路直流电源，可同时为多个差压计5提供电压相同且稳定的直流电。由于差压计5型号不同，所需直流电压也可能不同，用户可通过调节电压调节开关804，将经过转换后的电压调整至差压计5所需的额定电压。电压调节开关804可设计为旋钮结构，便于调节，电压调节开关804四周标记有直流电不同的额定电压，将电压调节开关804的指示箭头旋转到相应的额定电压标记处，即表示当前已调节至该额定电压。由于多个差压计5同时工作会产生一定热量，本发明实施例的整流
‑
变压器8顶部还设有散热风扇，散热风扇将整流
‑
变压器8产生的热量及时排走，降低了由于整流
‑
变压器8过热造成的潜在火灾事故发生的风险。例如，差压计5所需的直流电压为5v或9v，通过旋转电压调节开关804，整流
‑
变压器8可将220v的市电转换为5v的直流电，然后供给5v的差压计5使用。
[0091]
结合上述内容，参照图9，示出了本发明一实施例土壤气体阻力测量系统的电器组网示意图，该系统还包括：
[0092]
实时数据显示器9，与称重传感器无纸记录仪6和气阻无纸记录仪7分别连接，用于实时显示称重传感器无纸记录仪6传输的质量变化数据和气阻无纸记录仪7传输的气阻压力数据；
[0093]
和/或，数据存储器10，与称重传感器无纸记录仪6和气阻无纸记录仪7分别连接，用于存储质量变化数据和气阻压力数据。
[0094]
其中，实时数据显示器9可以为台式电脑、笔记本电脑或独立显示器等等，数据存储器10也可为独立的存储器，也可以特指电脑的本地存储器。本发明实施例通过将称重传感器无纸记录仪6和气阻无纸记录仪7同时与实时数据显示器连接，可在土壤气阻试验过程中将气阻压力数据和质量变化数据在同一屏幕上实时显示，便于试验人员随时了解土壤的水分入渗和气阻压力情况；通过将称重传感器无纸记录仪6和气阻无纸记录仪7同时与数据
存储器10连接，可实现对数据的实时保存，也能避免断电时的数据丢失，还能有效降低称重传感器无纸记录仪6和气阻无纸记录仪7在长时间试验过程中的存储压力。具体连接时，将称重传感器无纸记录仪6上的数据输出接口以及气阻无纸记录仪7上的数据输出接口703分别通过信号线与实时数据显示器9和/或数据存储器10上的数据读入接口连接。当数据输出接口703与数据读入接口均为usb接口时，信号线的两头均为usb接头，信号线的一端与无纸记录仪(称重传感器无纸记录仪6或气阻无纸记录仪7)连接，另一端可为2线制，以同时与实时数据显示器9和数据存储器10连接。参照图10，为本发明一实施例气阻压力数据的实时压力图像示意图，该实时压力图像在实时数据显示器9实时显示。需要说明的是，图9虽然只列举了3个差压计5，但这仅是一个示例，本发明对气阻无纸记录仪7所连接的差压计5的数量不作限定。
[0095]
实际中，在采用差压计5与电脑直连的时候，为了预防电脑意外关机造成的数据未及时保存情况的出现，用户必须在电脑“控制面板
”‑“
系统和安全
”‑“
电源选项
”‑“
更改计算机睡眠时间
‑“
使计算机进入睡眠状态”选项中将其设置为“永不”。另外电脑系统中往往会出现一些系统插件自动升级后电脑自动重启，这也会造成数据的无法及时保存，导致试验失败，为了避免这种情况的出现，用户在无人值守测量的时候，还需要对电脑做断网处理。相比之下，由于本发明的气阻无纸记录仪7是对市面上已有的数显无纸记录仪改进而来，采用本发明的气阻无纸记录仪7作为电脑和差压计5之间的连接桥梁不会出现上述问题。
[0096]
综上，本发明所构建的土壤气体阻力测量系统可以对多层均质试验土壤或具体不同物理条件的试验土壤开展土壤气阻试验，同时获得多路气阻压力数据，通过多个差压计5与气阻无纸记录仪7配合可以对获得的多路气阻压力数据自动记录，具有自动化程度高、数据采样时间间隔小的特点，能达到实时监测土壤气阻压力的目的。
[0097]
针对本发明的技术问题，参照图11，示出了本发明一实施例土壤气体阻力测量方法的步骤流程图，该方法应用于本发明实施例所述的土壤气体阻力测量系统，该方法可以包括以下步骤：
[0098]
步骤s1：依据预设的水头，调整马氏瓶1上的出气口与土柱2中试验土壤表面之间的高度差；
[0099]
步骤s2：在所述水头下，马氏瓶1向土柱2供水，同时开展土壤气阻试验；
[0100]
步骤s3：在该土壤气阻试验中，获取马氏瓶1的质量变化数据，同时获取土柱2上多个测压管4对应位置处的试验土壤的气阻压力数据；
[0101]
步骤s4：记录所述质量变化数据以及在所述质量变化数据下获得的气阻压力数据。
[0102]
在开展具体的测量前，事先将本发明实施例土壤气体阻力测量系统进行组装，流程如下：
[0103]
第一步，根据试验研究内容，将试验土壤按照试验方案分层填入有机玻璃土柱2；
[0104]
第二步，将所装填好的土柱2放在承重平板12上，检查马氏瓶1的气密性并调整马氏瓶1的高度，将马氏瓶1内部的出气口与试验土壤表面的高度差调整至预设水头；
[0105]
第三步，利用测压软管402的一端与土柱2的外接测压硬管401连接，另一端与差压计5的进气管相连(当测压软管402与接差压计+端相连时，气阻压力数据为正值；当测压软管402与接差压计
‑
端相连时，气阻压力数据为负值，绝对值为气阻压力实际值)；
[0106]
第四步，按照图9的电器原理以及上述注意事项，将图9中的相关设备依次连接起来。
[0107]
第五步，将本发明实施例土壤气体阻力测量系统组装好后，在电脑中打开称重传感器无纸记录仪6和气阻无纸记录仪7的数据测量软件，检查各端口与电脑数据通讯情况，保证各路信号正常。
[0108]
当差压计5较多的时候，测试系统电源线、数据线也较多，为了方便用户在后期对数据的读取时候，知道哪个差压计5对应土柱2上哪个土壤气阻测量点，以及知道气阻无纸记录仪7的哪个信号通道对应哪个差压计5，或者差压计5与电脑通讯中断情况下，用户能够迅速排查出问题差压计5所在线路，本发明实施例在试验开始前可以建立如下表1示例所述备忘录。
[0109]
表1试验备忘录
[0110][0111]
接着，在马氏瓶1以及测压管4气密性良好，电路通讯畅通时，打开马氏瓶1出水口处的出水口阀门，水分从试验土壤表面开始下渗，试验土壤空隙中空气受到水分挤压，气体压力发生变化，通过称重传感器无纸记录仪6记录马氏瓶1的质量变化数据，并通过气阻无纸记录仪7记录在所述质量变化数据下获得的相应测压管4对应位置处的试验土壤的气阻压力数据，并将该质量变化数据和相应的气阻压力数据上传至实时数据显示器9和/或数据存储器10中。
[0112]
需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。
[0113]
还需要说明的是，在本文中，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，诸如“第一”和“第二”之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序，也不能理解为指示或暗示相对重要性。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的相同要素。
[0114]
以上对本发明所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发
明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明，在具体实施方式及应用范围上均会有不同形式的改变之处，这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举，而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。