一种田间水深测量设备及其应用方法与流程

1.本发明涉及水位监测技术领域，具体涉及一种田间水深测量设备及其应用方法。


背景技术：

2.测量水稻或水生作物的田间净用水量是农业用水量统计、农业用水效率测算以及作物用水定额制定的基础性工作。水田的净用水量实测主要是对灌水前后的水层进行观测。
3.目前，田间的水层专用观测设备较少。由于需要观测的田块较多，为了节省开支并便于操作与实现，水田水层的观测大部分采用三角尺或卷尺进行。这种观测方法较为粗放，且受人为操作与人为读数的误差影响较大。
4.另外，业内对少数田块或者试验田块的水层常采用一些自动化的水层观测设备来进行观测。常用的自动化水层观测设备主要包括：电子水尺、浮子水位计、超声波水位计、压力式水位计、跟踪式水位计和激光水位计等。然而，采用这些自动化的田间水层观测设备存在造价高、需要技术人员使用和维护，不便于大规模的推广应用。
5.因此，发明一种携带方便、操作简单、读数准确且造价低廉，便于大面积推广使用的田间水深测量设备，对于农业用水统计等水利行业的水资源管理、灌区建设与管理等工作有着重要的意义。


技术实现要素：

6.本发明目的在于提供一种田间水深测量设备及其应用方法，具体技术方案如下：
7.在第一方面，本发明提供了一种田间水深测量设备，包括测管、清泥基准部件、浮子和液位监测传感构件；
8.在所述测管的下端管壁上设置多排进水孔；在所述测管内设置分割板，所述分割板置于多排进水孔之间；
9.所述浮子与液位监测传感构件连接，且二者均设置在分割板的上方；
10.所述清泥基准部件包括基准板、导向丝杆、清泥刮板和松紧调节组件；所述基准板滑动套设在测管的外部；在所述基准板的两侧分别设置导向丝杆；在所述测管的两侧对应导向丝杆的位置上开设导向槽；所述清泥刮板设置在所述测管内，且位于分割板的下方，所述清泥刮板的两端穿过导向槽与导向丝杆固定连接；所述松紧调节组件包括两组用于调节基准板沿导向丝杆在测管外壁滑动的松紧调节单元，在每个导向丝杆与基准板的连接处均设置一组松紧调节单元。
11.在部分实施方案中，所述液位监测传感构件包括主容珊格板、容栅传感器和弹性密封套；所述主容珊格板设置在弹性密封套内，其一端贯穿弹性密封套与浮子连接，而另一端贯穿弹性密封套与容栅传感器连接。
12.在部分实施方案中，所述容栅传感器包括副容珊格板和控制面板；所述副容珊格板与主容珊格板偶合连接；在所述控制面板上设有分别与副容珊格板连接的液晶显示屏、
计数器、电源键、清零键、显示键和电池仓。
13.在部分实施方案中，在所述测管内还设置挡水板，所述挡水板置于主容珊格板与浮子之间；
14.在所述浮子上设有用于连接主容珊格板的第一连接杆；在所述挡水板上设置用于第一连接杆贯穿的通孔。
15.在部分实施方案中，所述田间水深测量设备，还包括用于为浮子复位的复位构件，所述复位构件包括第二连接杆、复位杆、复位手柄和导向环；所述导向环设置在测管的外壁上；所述复位杆沿测管的长度方向设置，且穿过导向环；所述复位杆靠近浮子的一端与第二连接杆连接，而远离浮子的一端与复位手柄连接；所述第二连接杆与第一连接杆连接。
16.在部分实施方案中，在所述测管的下端端部的内壁上还设置用于形成楔形面的内倒角，所述内倒角为30
°
～60
°
的倒角；
17.所述导向槽连通至测管的底部，在所述内倒角的楔形面上还设置用于防止清泥刮板脱出测管的限位调节件；所述限位调节件包括限位螺丝。
18.在部分实施方案中，在所述浮子与测管接触的面上均设有凸起。
19.在部分实施方案中，所述田间水深测量设备，还包括密封校平组件和拉手组件，所述密封封校平组件包括密封层和水准仪，所述密封层设置在测管的顶部，所述水准仪设置在密封层上；在所述水准仪上设置保护盖，所述保护盖可旋转开合；
20.所述拉手组件包括两个对称设置在测管外壁上的拉手环。
21.在部分实施方案中，所述田间水深测量设备，还包括设置在测管内的传感保护部件，所述传感保护部件包括碳素绳、支撑杆和滑盖，所述碳素绳的一端与容栅传感器连接，而另一端与支撑杆连接，所述滑盖设置在容栅传感器的上方，且与支撑杆远离碳素绳的一端连接。
22.在第二方面，本发明提供了一种所述田间水深测量设备的应用方法，包括以下步骤：
23.步骤s1、开井安装
24.首先，作业人员双手握持所述田间水深测量设备的拉手环，将所述测管的下端口对准田间选好的安装位置，往复转动测管并保持测管垂直向下压入，直至所述基准板平贴水田泥层表面，停止下压并向上拔出测管；
25.其次，将所述田间水深测量设备偏移安装位置，通过按压导向丝杆联动清泥刮板沿导向槽运动，进而推动清泥刮板下压挤出测管内压入的泥土，使测管清泥干净；
26.最后，将测管垂直放入安装位置的孔内至基准板重新平稳贴合泥层表面，此时，打开保护盖，微调所述田间水深测量设备至水准仪中的水泡居中，即完成安装；
27.步骤s2、设置基准零位
28.在完成步骤s1开井安装后，开启所述容栅传感器的电源键，安装位置的孔内水由测管上的进水孔进入测管内，使浮子受到浮力作用从分隔板上浮至高度稳定后，可从液晶显示屏上读取初始液位数据，记为基准零位；
29.若浮子所受浮力不能使浮子上浮时，则通过调松两组松紧调节单元，来调节基准板沿导向丝杆在测管外壁向上滑动，进而调高基准板的位置，随后，调紧两组松紧调节单元以固定基准板；
30.然后，再次进行步骤s1开井安装，待开井安装完成后，开启所述容栅传感器的电源键，浮子上浮至高度稳定后，从液晶显示屏上显示的读数，即为需要的基准零位；
31.步骤s3、田间水深测量
32.当田间水层水位变化后，将所述田间水深测量设备观测到的液位数据减去基准零位数值，即为当前水位变化值；
33.在对田间水层水位监测时，若出现浮子阻滞或卡死时，则通过拉动复位构件使浮子复位，便于完成后续水位监测工作；
34.步骤s4、清洗维护
35.关闭所述容栅传感器的电源键，将使用后的所述田间水深测量设备的测管下端置于清水中，往复按压清泥基准部件，将其沾附的泥渣清洗出测管；往复拉动复位构件，将浮子及浮子所在测管内的升降通道的内壁清洗干净；
36.若往复按压清泥基准部件无法使泥渣清洗干净，则拆卸限位调节件，使清泥基准部件从测管脱出进行充分清洗，待泥渣清洗干净后，将清泥基准部件装回测管内，以备后用。
37.应用本发明的技术方案，至少具有以下有益效果：
38.(1)本发明中所述田间水深测量设备，通过设置分隔板将测管分为上部水位测量区域和下部清泥区域；同时，分隔板可作为浮子的承载板，用于为浮子在最低位时提供承载力；分隔板还可作为清泥基准部件中清泥刮板运动的最高位，确保泥渣不进入水位测量区域。所述清泥基准部件在协助测管开井安装时，需进行清泥作业，具体的，通过按压导向丝杆联动清泥刮板沿导向槽运动，实现将测管内的泥土沿测管及两导向槽三处挤出，大大的降低了泥土与测管内壁间的附着力，提高了清泥效果，也便于提高水位测量精度。同时，相比于洛阳铲，本发明采用所述清泥基准部件适用于多种粘附力强的泥土，且清泥省力、干净且快速。在清泥后，田间水沿进水孔进入测管内，通过浮子浮动作用于液位监测传感构件，进而完成田间水深测量。本发明结构简单、携带方便、造价低廉且便于大面积推广使用。
39.(2)本发明中中所述田间水深测量设备的应用方法，步骤精简、操作方便且读数均为电子读数，避免人工读数产生的误差，大大提高了测量精度。
40.除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
41.构成本技术的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
42.图1是本发明实施例1中的一种田间水深测量设备的结构示意图；
43.图2是图1的仰视图；
44.图3是图1中所述田间水深测量设备在完成步骤s1过程的结构示意图；
45.其中，1、测管，1.1、进水孔，1.2、分割板，1.3、挡水板，1.4、导向槽，2、浮子，3、基准板，4、导向丝杆，5、清泥刮板，6、松紧调节单元，7、主容珊格板，8、容栅传感器，8.1、副容珊格板，8.2、控制面板，9、弹性密封套，10、第一连接杆，11、第二连接杆，12、复位杆，13、复位手柄，14、导向环，15、限位调节件，16、拉手环，17、碳素绳，18、支撑杆，19、滑盖。
具体实施方式
46.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所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
47.实施例1：
48.参见图1-3，一种田间水深测量设备，包括测管1(具体为不锈钢材质)、清泥基准部件、浮子2和液位监测传感构件；
49.在所述测管1的下端管壁上设置多排进水孔1.1；在所述测管1内设置分割板1.2，所述分割板1.2置于多排进水孔1.1之间；
50.所述浮子2与液位监测传感构件连接，且二者均设置在分割板1.2的上方；
51.参见图1-2，所述清泥基准部件包括基准板3、导向丝杆4、清泥刮板5和松紧调节组件；所述基准板3滑动套设在测管1的外部；在所述基准板3的两侧分别对称设置导向丝杆4；在所述测管1的两侧对应导向丝杆4的位置上开设导向槽1.4；所述清泥刮板5设置在所述测管1内，且位于分割板1.2的下方，所述清泥刮板5的两端穿过导向槽1.4与导向丝杆4固定连接；所述松紧调节组件包括两组用于调节基准板3沿导向丝杆4在测管1外壁滑动的松紧调节单元6，在每个导向丝杆4与基准板3的连接处均设置一组松紧调节单元6。具体的，在每个导向丝杆4上均套设一组所述松紧调节单元6，每组所述松紧调节单元6均包括一对螺母，且该对螺母包括设置在基准板3上方的上螺母和设置在基准板3下方的下螺母。若要调节基准板3沿导向丝杆4在测管1外壁滑动，则通过调松两组松紧调节单元6中的上螺母或下螺母；若要使基准板3位置固定，则通过调紧两组松紧调节单元6中的下螺母或上螺母。
52.参见图2-3，所述基准板3为环形板，所述测管1为圆形长管，所述基准板3的内径大于测管1的外径，保证基准板3可在测管1上滑动，在开井安装时，将测管1下压入泥土后至基准板3贴合泥层表面，下压阻力会陡增，很难再下压，据此可清晰判断和明确所述田间水深测量设备安装深度已达到基准位。所述基准板3需要设置适当大的外径，具体为120mm，以便增加基准板3与泥层表面的接触面积从而提高基准面的代表性和准确性，同时适当增加基准板3的厚度(具体为3mm)，以便增加所述田间水深测量设备下部的重量，有效降低测管1的重心，使其不易傾斜或翻倒、保证开井、安装、测量作业总过程能平稳进行。
53.参见图1，所述液位监测传感构件包括主容珊格板7、容栅传感器8和弹性密封套9(具体为硅橡胶密封套)；所述主容珊格板7设置在弹性密封套9内，其一端贯穿弹性密封套9与浮子2连接，而另一端贯穿弹性密封套9与容栅传感器8连接。所述主容珊格板7在贯穿弹性密封套9的位置均采用密封胶实现弹性密封套9与主容珊格板7间的密封。
54.所述容栅传感器8包括副容珊格板8.1和控制面板8.2；所述副容珊格板8.1与主容珊格板7偶合连接；在所述控制面板8.2上设有分别与副容珊格板8.1连接的液晶显示屏、计数器、电源键、清零键、显示键和电池仓。
55.在所述测管1内还设置挡水板1.3，所述挡水板1.3置于主容珊格板7与浮子2之间；
56.在所述浮子2上设有用于连接主容珊格板7的第一连接杆10；在所述挡水板1.3上设置用于第一连接杆10贯穿的通孔。
57.所述田间水深测量设备还包括用于为浮子2复位的复位构件，所述复位构件包括
第二连接杆11、复位杆12、复位手柄13和导向环14；所述导向环14设置在测管1的外壁上；所述复位杆12沿测管1的长度方向设置，且穿过导向环14；所述复位杆12靠近浮子2的一端与第二连接杆11连接，而远离浮子2的一端与复位手柄13连接；所述第二连接杆11与第一连接杆10连接。
58.在所述测管1的下端端部的内壁上还设置用于形成楔形面的内倒角，所述内倒角的角度为45
°
，便于使测管1轻松插入田间泥层；
59.参见图2，所述导向槽1.4连通至测管1的底部，在所述内倒角的楔形面上还设置用于防止清泥刮板5脱出测管1的限位调节件15；所述限位调节件15为限位螺丝。所述导向槽1.4不仅便于在清泥作业时为清泥刮板5提供导向作用，而且还与限位调节件15组合用于防止清泥刮板5脱出测管1，同时，在限位调节件15拆除后，还便于清泥基准部件沿导向槽1.4脱出测管1，便于清洗。
60.在所述浮子2与测管1接触的面上均设有凸起，便于增大浮子2的体积，进而增大浮子2浮力，同时，因凸起的存在使得浮子2与测管1内壁的接触面积减小，降低了浮子2与测管1内壁间的摩擦力，便于浮子2浮动。
61.所述浮子2采用不锈钢材质的薄钢片制作，不易变形和被腐蚀，且受到的重力相对较小，便于提高浮动效果。
62.所述田间水深测量设备还包括密封校平组件和拉手组件，所述密封封校平组件包括密封层和水准仪，所述密封层设置在测管1的顶部，完全阻隔上方进水或观测时突遇雨水淋湿容栅传感器8等电子部件；所述水准仪设置在密封层上；在所述水准仪上设置保护盖，所述保护盖可旋转开合，具体的，所述保护盖的一端与测管1的顶部通过活页连接，而另一端与测管1的顶部通过蝶形螺丝连接，通过拧动蝶形螺丝将保护盖打开或锁紧闭合在测管1上；
63.所述拉手组件包括两个对称设置在测管1外壁上的拉手环16(具体为尼龙拉手环)，便于提起所述田间水深测量设备，同时，也便于避免下部泥水倒流。
64.参见图1，所述田间水深测量设备还包括设置在测管1内的传感保护部件，所述传感保护部件包括碳素绳17、支撑杆18和滑盖19，所述碳素绳17的一端与容栅传感器8连接，而另一端与支撑杆18连接，所述滑盖19设置在容栅传感器8的上方，且与支撑杆18远离碳素绳17的一端连接。设置所述传感保护部件便于所述田间水深测量设备在倾斜或翻到时，滑盖19失去支撑自动向下滑动闭合，保护容栅传感器8等电子部件与泥水隔开。
65.一种采用所述田间水深测量设备的应用方法，包括以下步骤：
66.步骤s1、开井安装
67.参见图3，首先，作业人员双手握持所述田间水深测量设备的拉手环16，将所述测管1的下端口对准田间选好的安装位置，往复转动测管1并保持测管1垂直向下压入，直至所述基准板3平贴水田泥层表面，停止下压并向上拔出测管1；
68.其次，将所述田间水深测量设备偏移安装位置，通过按压导向丝杆4联动清泥刮板5沿导向槽1.4运动，进而推动清泥刮板5下压挤出测管1内压入的泥土，使测管1清泥干净；
69.最后，将测管1垂直放入安装位置的孔内至基准板3重新平稳贴合泥层表面，此时，打开保护盖，微调所述田间水深测量设备至水准仪中的水泡居中，即完成安装；
70.步骤s2、设置基准零位
71.在完成步骤s1开井安装后，开启所述容栅传感器8的电源键，安装位置的孔内水由测管1上的进水孔1.1进入测管1内，使浮子2受到浮力作用从分隔板上浮至高度稳定后，可从液晶显示屏上读取初始液位数据，记为基准零位；
72.若浮子2所受浮力不能使浮子上浮时，则通过调松两组松紧调节单元6，来调节基准板3沿导向丝杆4在测管1外壁向上滑动，进而调高基准板3的位置，亦即增加了基准板3与清泥刮板5的间距，从而增加开井的深度，达到增加对浮子2的浮力、保证浮子2上浮与水位上升的随动性、灵敏性以准确反映水位变化；
73.然后，再次进行步骤s1开井安装，待开井安装完成后，开启所述容栅传感器8的电源键，浮子2上浮高度稳定后，液晶显示屏上显示的读数，即为需要的基准零位；
74.步骤s3、田间水深测量
75.当田间水层水位变化后，将所述田间水深测量设备观测到的液位数据减去基准零位数值，即为当前水位变化值；
76.具体的，当田间水层水位上升时，浮子2受到的浮力推动浮子2上升，并推动第一连接杆联动主容栅格板上升，主容栅格板与容栅传感器8内的副容栅格板偶合时，通过光电脉冲计数原理，主容栅格板、副容栅格板间的相对位移转变为脉冲信号，并通过计数器和液晶显示屏将水层位移量用数字(即为当前水位变化值)清晰的显示出来；
77.在对田间水层水位监测时，若出现浮子2阻滞或卡死时，则通过拉动复位构件使浮子2复位，便于完成后续水位监测工作；同时，也可通过拉动复位构件对于同一水位数据进行重复监测，便于提高水位监测精度；
78.步骤s4、清洗维护
79.关闭所述容栅传感器8的电源键，将使用后的所述田间水深测量设备的测管1下端置于清水中，往复按压清泥基准部件，将其沾附的泥渣清洗出测管1；往复拉动复位构件，将浮子2及浮子2所在测管1内的升降通道的内壁清洗干净；
80.若往复按压清泥基准部件无法使泥渣清洗干净，则拆卸限位调节件15，使清泥基准部件从测管1脱出进行充分清洗，待泥渣清洗干净后，将清泥基准部件装回测管1内，以备后用。
81.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。