一种土柱入渗过程多指标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过程多指标检测装置，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，寻求一种可以自动测量、多指标检测、适用性强的试验装置是十分必要的。
[0004]目如，涉及多指标的土柱入渗性能检测装置的相关专利有: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)，一种室内柱状土层降雨入渗自动测定装置(201210369371.8)，一种可调土壤入渗性能检测和流失量取样装置(2014108400981)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；一种室内柱状土层降雨入渗自动测定装置仅仅是测定土柱的入渗系数，不能测定其它的指标；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。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，而且这些装置成本高，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过程多指标检测装置，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。该装置可以安装不同类型单一的传感器，又能安装不同类型的传感器集成块，可以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]本发明土柱入渗过程多指标检测装置包括导杆5、下底座6、竖直轴承座I 7、竖直支撑板8、竖直螺杆9、水平支撑板10、竖直螺套11、竖直轴承座II 12、竖直联轴器13、竖直步进电机支撑座14、竖直步进电机15、上顶座16、水平步进电机17、水平步进电机支撑座
18、水平联轴器19、水平轴承座20、水平螺杆21、传感器夹持机构22、水平螺套23、传感器24、导杆套25、刮土器26 ；
所述竖直支撑板8下端安装在下底座6的一侧，竖直支撑板8上安装有竖直轴承座I 7、竖直轴承座II 12和竖直步进电机支撑座14，竖直螺杆9 一端安装在竖直轴承座I 7上，另一端安装在竖直轴承座II 12上，竖直步进电机15安装在竖直步进电机支撑座14上，竖直螺杆9和竖直步进电机15通过竖直联轴器13连接，竖直螺套11套装在竖直螺杆9上并固定在水平支撑板10的一端端面上；水平支撑板10上安装有水平步进电机支撑座18和两个水平轴承座20，水平螺杆21两端分别安装在两个水平轴承座20上，水平步进电机17安装在水平步进电机支撑座18上，水平步进电机17和水平螺杆21通过水平联轴器19连接；传感器夹持机构22套装在水平螺杆21上并位于两个水平轴承座20间，水平螺套23套装在水平螺杆21上并固定在传感器夹持机构22上，传感器夹持机构22上安装有传感器24 ;水平支撑板10的另一端安装有刮土器26和导杆套25，导杆套25内安装有导杆5，导杆5下端安装在下底座6上，导杆5上端安装在上顶座16 —端，上顶座16的另一端安装在竖直支撑板8的顶部。
[0007]所述竖直螺套11内部开有贯穿的内螺孔33，内螺孔33中的内螺纹与竖直螺杆9的外螺纹相配合，水平螺套23结构同竖直螺套11。
[0008]所述竖直轴承座I 7和竖直轴承座II 12内设有推力球轴承32，竖直螺杆9的一端安装在竖直轴承座I 7的推力球轴承32内，另一端安装在竖直支撑座II 12上的推力球轴承内。
[0009]所述传感器夹持机构22上开有传感器安装孔42、水平螺杆安装孔43，传感器24设置在传感器安装孔42中，传感器夹持机构22通过水平螺杆安装孔43套装在水平螺杆21上。
[0010]所述导杆套25为空心圆柱体，圆柱体的内圆周面上相对的两侧轴向开有槽，槽内设有滚珠47，滚珠47与导杆5的外圆周面相配合。
[0011]所述刮土器26为一薄片，刮土器26上部开有传感器插针出入孔48，传感器插针出入孔48与传感器24的插针相配合。
[0012]本发明中竖直步进电机15、水平步进电机17和步进电机I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，传感器24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。
[0013]所述传感器24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。
[0014]在室外进行原状土土土柱壤入渗过程相关参数的检测中，在检测土壤周围挖一个以上的深坑，将上述装置固定在挖好的深坑中；在开始检测时，首先启动水平步进电机17，步进电机17的电机轴开始转动，步进电机17的电机轴转动带动水平联轴器19转动，水平联轴器19的转动带动水平螺杆21的转动，水平螺杆21与水平螺套23是通过螺旋副连接配合，水平螺套23与传感器夹持机构22固定连接，传感器夹持机构22的下端面与水平支撑板10的上端面相贴合，所以传感器夹持机构22和水平螺套23在水平螺杆21转动下，在水平支撑板10的上端面上沿着螺杆轴向运动，传感器夹持机构22和水平螺套23在水平支撑板10的上端面的轴向运动带动传感器24在水平支撑板10的运动，传感器24的插针首先通过刮土器26上面的传感器插针出入孔48进入待检测土柱中，传感器24进入土柱后，可以进行土柱入渗过程中的湿度、酸碱度(PH)、温度、盐度等参数的检测，传感器24检测到的数值传输给数据存储器，方便后期处理数据。检测完一定数量的参数之后，水平步进电机17在控制器的作用下，电机轴反转，从而带动水平螺杆21反转，从而带动传感器24从土柱中出来，传感器24插针进入土柱后，在插针上会携带土柱颗粒和水分，在传感器24从土柱中出来的过程中，传感器24插针先进过刮土器26上的传感器插针出入孔48，将传感器插针携带的土壤颗粒和水分清除掉，完成一个高度的检测；
然后竖直步进电机15在控制器的控制下转动，竖直步进电机15的电机轴带动竖直联轴器13的转动，竖直联轴器13的转动带动竖直螺杆9的转动，竖直螺杆9与竖直螺套11通过螺旋副连接配合，竖直螺套11与水平支撑板10固定连接，水平支撑板10的一侧与竖直支撑板8的端面相贴合，所以竖直螺杆9的旋转带动竖直螺套11和水平支撑板10在竖直方向上向下运动，固定在水平支撑板10另一侧的导杆套25也会沿着导杆5向下运动，直到水平支撑板10带动传感器24在竖直方向上向下运动，直到传感器24运动到下一高度处，此时传感器24的插针将插入土柱中，重复上述的水平位置检测过程，就能实现这一高度的土柱入渗相关参数的检测；
需要使用上述装置检测该土柱不同方位的入渗参数时，需要在该待测土壤周围不同方位挖设深坑，用于放置上述设备，从而完成不同方位的检测。
[0015]本发明在上述设备的基础上提供了一种在室内进行土柱入渗性能检测的土柱入渗过程多指标检测装置，其还包括步进电机1、土柱下底盖2、盛土容器3、土柱支座4，步进电机I安装在土柱支座4下部，土柱下底盖2安装在土柱支座4上，步进电机I通过轴承28与土柱下底盖2连接并带动其转动，盛土容器3安装在土柱下底盖2上；
所述土柱支座4上开有贯穿的轴承安装孔，轴承28的外圆周面与土柱支座4上的轴承安装孔内圆周面紧密配合。
[0016]所述土柱下底盖2底部设有空心轴29，空心轴29外圆周面与安装在土柱支座4内部的轴承28内圈相配合，步进电机I的转轴安装在土柱下底盖2底部的空心轴29内。
[0017]所述盛土容器3为透明的敞口圆柱体，其上开有径向贯穿孔30，径向贯穿孔30与传感器24的插针相匹配；根据测量需要在盛土容器