根系拔出强度测定仪的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种测量根系拔出强度测定仪，包括：土盒固定设在底座上，土盒设有根系拔出口，土盒内设土壤和根系，根系上端与设在土盒外的推动杆上设置的固定胶口连接；拉拔系统通过其支架固定设在底座上，处于土盒侧面，支架与土盒连接，拉拔系统的牵拉绳经力学传感系统与推动杆连接根系处外侧连接；数据采集系统设在底座上，其拔出力采集端与推动杆上端连接，拉拔动力采集端与拉拔系统的转动杆连接，导线与固定胶口处连接；力学传感系统的传输数据线和数据采集系统的数据传输线分别与电脑终端连接。该测定仪可在室内或野外测不同种类根系的拔出强度，且能够完成多根系、不同土壤性质混合土样的拔出试验，数据自动记录，操作简便，结果可靠。
【专利说明】
根系拔出强度测定仪
技术领域
[0001]本发明涉及一种试验装置，尤其涉及一种测量根系拔出强度的测定仪。
【背景技术】
[0002]不同种类根系对土壤抗剪强度的影响是不同的，例如根系在土壤中放置的角度，根系的直径，根系的长度，以及根系的表面情况等，都会对其拔出强度有很大的影响。评价根系的拔出强度对于根系固土研究以及固土机理研究都有很重要的科学意义。不同植物种类会有不同的根系情况，在选择合适的植物稳固坡体的时候，不同根系对土壤内的影响也极为重要。因此探讨不同根系中类对土壤抗剪强度的影响有重大意义。
[0003]而目前还没有一种操作简单方便、实验结果可靠的测量根系与土壤间的这种机械咬合作用的测定装置。
【发明内容】
[0004]基于上述现有技术所存在的问题，本发明提供一种根系拔出强度测定仪，能准确测定根系与土壤间的这种机械咬合作用，测出根系的拔出强度，其操作使用简便、测试结果准确。
[0005]为解决上述技术问题，本发明提供一种根系拔出强度测定仪，包括:
[0006]底座、土盒、拉拔系统、力学传感系统、数据采集系统和电脑终端;其中，
[0007]所述土盒固定设在所述底座上，所述土盒设有根系拔出口，所述土盒内设有土壤和埋在土壤内的根系，所述根系的上端从所述根系拔出口伸出，并与设在所述土盒外的所述推动杆上设置的固定胶口连接；
[0008]所述拉拔系统通过其支架固定设在所述底座上，处于所述土盒的侧面，所述支架与所述土盒固定连接，所述拉拔系统的牵拉绳经所述力学传感系统与所述推动杆连接根系处的外侧位置连接；
[0009]所述数据采集系统设在所述底座上，设有拔出力采集端、拉拔动力采集端和导线，所述拔出力采集端与所述推动杆上端连接，所述拉拔动力采集端与所述拉拔系统的转动杆连接，所述导线与所述推动杆上设置的固定胶口处连接；
[0010]所述力学传感系统的传输数据线和所述数据采集系统的数据传输线分别与所述电脑终端通信连接。
[0011]本发明的有益效果为:该装置可以在室内或是野外测量不同种类的根系的拔出强度，并且能够完成多根系、不同土壤性质混合土样的拔出试验。其中根系的摆放位置，在土壤中的倾斜角度，根系的直径，根系的表面情况以及土壤的类型都是可变的。在完成所有试验的准备工作后，只需打开开关，整个试验过程数据为自动记录，操作简单方便，实验结果可靠。
【附图说明】
[0012]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，对于本领域的普通技术人员来讲，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附图。
[0013]图1为本发明实施例提供的根系拔出强度测定仪的结构示意简图；
[0014]图1中各标号对应的部件为:1-动力装置;2-搅动装置;3-数据采集系统;4-力学传感系统;5-土盒;6-底座;7-电脑终端;8-支架；
[0015]图2为本发明实施例提供的根系拔出强度测定仪的动力装置结构图；
[0016]图2中各标号对应的部件为:11-传动杆、12-电机、13-穿孔挡板、14-固定座、15-承重架；
[0017]图3为本发明实施例提供的根系拔出强度测定仪的搅动装置结构图；
[0018]图3中各标号对应的部件为:21-固定基座、22-Z形基座、23-C型架、24-固定轮、25-缠绕管、26-牵拉绳、15-承重架、27-转动杆；
[0019]图4为本发明实施例提供的根系拔出强度测定仪的数据采集系统结构图；
[0020]图4中各标号对应的部件为:31-导线卡口、32-导线、33-数据采集器上盖、34-数据采集器、11-传动杆、35-固定安装座、36-数据传输线、37-推动杆；
[0021]图5为本发明实施例提供的根系拔出强度测定仪的力学传感系统结构图；
[0022]图5中各标号对应的部件为:15_承重架、26-牵拉绳、37-推动杆、41-传输数据线、42-敏感元件、43-三线转换器、44-横梁；
[0023]图6为本发明实施例提供的根系拔出强度测定仪的土盒结构图；
[0024]图6中各标号对应的部件为:5-土盒、6-底座、32-导线、37-推动杆、43-三线转换器、44-横梁、51-固定胶门、52-推拉挡板、53-根系样本、54-土壤样本；
[0025]图7为本发明实施例提供的根系拔出强度测定仪的支架与底座结构图；
[0026]图7中各标号对应的部件为:23-C型架、13-穿孔挡板、44-横梁、52-推拉挡板、5-土盒、15-承重架、6-底座。
【具体实施方式】
[0027]下面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，都属于本发明的保护范围。
[0028]如图1至图7所示，本发明实施例提供一种测量根系拔出强度的测定仪，包括:
[0029]底座6、土盒5、拉拔系统、力学传感系统4、数据采集系统3和电脑终端7;其中，
[0030]土盒5固定设在底座6上，土盒5设有根系拔出口，土盒5内设有土壤和埋在土壤内的根系，根系的上端从根系拔出口伸出，并与设在土盒5外的推动杆上设置的固定胶口连接；
[0031 ]拉拔系统通过其支架固定设在底座6上，处于土盒5的侧面，支架与土盒5固定连接，拉拔系统的牵拉绳经力学传感系统4与推动杆连接根系处的外侧位置连接；
[0032]数据采集系统3设在底座6上，设有拔出力采集端、拉拔动力采集端和导线，拔出力采集端与推动杆上端连接，拉拔动力采集端与拉拔系统的转动杆连接，导线与推动杆上设置的固定胶口处连接；
[0033]力学传感系统4的传输数据线和数据采集系统3的数据传输线分别与电脑终端通信连接。
[0034]上述测定仪中，拉拔系统由动力装置、支架和搅动装置构成；
[0035]动力装置包括:电机、传动机构、传动杆、穿孔挡板和底座；电机水平设置，电机设有传动杆通孔，传动杆通孔位于电机的中轴线，或位于电机中轴线的垂直上方或垂直下方，传动杆穿过电机的传动杆通孔，电机的后端设置穿孔挡板，转动杆后端从穿孔挡板的通孔穿出与数据采集系统3的拉拔动力采集端连接，电机的后端与穿孔挡板自由接触，电机的转轴前端连接传动机构，传动机构的输出转轴垂直于电机的转轴，电机底部设置底座；
[0036]支架包括:C型架、承重架、固定基座和Z型基座；
[0037]承重架竖直固定设在C型架开口处，该承重架上端与动力装置的穿孔挡板底端固定连接；
[0038]固定基座和Z型基座并列设在C型架的上端，与动力装置的电机的底座固定连接；
[0039]C型架上、下端均设有竖直安装搅动装置的转动杆的转动杆通孔；
[0040]承重架中间部位设有供搅动装置的牵拉绳穿过的穿绳通孔；
[0041 ]搅动装置包括:转动杆、缠绕管、牵拉绳、两个固定轮；
[0042]转动杆通过支架的转动杆通孔竖直设在支架的C型架内，转动杆上端与动力装置的传动机构的输出转轴连接，能在动力装置驱动下转动;两个固定轮和缠绕管均穿设固定在转动杆上，两个固定轮处于缠绕管的两端，牵拉绳一端固定于缠绕管，并按转动杆的转动方向缠绕在缠绕管上，牵拉绳另一端从承重架的穿绳通孔穿出并经力学传感系统4与推动杆连接根系处的外侧位置连接。
[0043]上述测定仪中，动力装置的电机采用功率为180W，固定转速36转/分钟，调速范围为:3-36转/分钟，每转一圈提供的固定水平位移为2mm的电动机。
[0044]上述测定仪中，支架经上下设置的两道横梁与土盒5固定连接。
[0045]上述测定仪中，力学传感系统4由敏感元件、三线转换器和数据传输线组成，敏感元件一端连接拉拔系统的牵拉绳，敏感元件另一端经三线转换器与推动杆连接根系处的外侧位置连接；
[0046]数据传输线与敏感元件电气连接。
[0047]上述测定仪中，敏感元件由贴片热敏电阻构成，横向排列6组安置在盒体内，两端固定有连接牵拉绳和三线转换器的U形钢钉。
[0048]上述测定仪中，数据采集系统3由数据采集器和支撑设备组成；
[0049]数据采集器外部安装保护壳，保护壳的上端设有连接导线的圆孔，圆孔处设有导线卡口，保护壳侧部设有连接数据传输线的方形开口 ；保护壳外设有连接推动杆上端的固定安装座。
[0050]本发明测量根系与土壤间的机械咬合作用测定仪，通过动力装置与搅动装置配合提供均匀可控的搅动力，并通过数据采集系统完成对微小形变与应力变化的测量，数据来源于力学传感系统以及大型土盒的根系固定段，收集的信号经过数据采集系统解译并发动到电脑终端，完成根系拔出强度的测定。大型土盒完成整个试验的布设，包括土样的收集以及待测根系的摆放。其下端固定在底座上，土盒侧面设置的推拉挡板上连接两个横梁与设置搅动装置的支架相连。同时拔出力数据由固定段导线传至数据采集系统。力学传感系统作为搅动装置和大型土盒的桥梁，发挥着重要的作用。其上的敏感元件可以探测到应力的变化。同时将数据上传至电脑终端。所有的部分都是建立在支架与底座上的。它为整个系统提供承载与稳定，保证试验的可靠运行。本发明可以再室内或是野外测量不同种类的根系的拔出强度，并且能够完成多根系、不同土壤性质混合土样的拔出试验。其中根系的摆放位置，在土壤中的倾斜角度，根系的直径，根系的表面情况以及土壤的类型都是可变的。在完成所有试验的准备工作后，只需打开开关，整个试验过程数据为自动记录，操作简单方便，实验结果可靠。
[0051 ]下面结合具体实施例对本发明作进一步说明
[0052]如图1至图7所示，该测定仪包括以下几部分:
[0053](I)支架和底座:其中支架由316L钢板拼接成C型架(即拼接支架)，钢板厚度为30mm，C型架宽度为150mm，三段长度分别为400mm、350mm和400mm<X型架开口一端与承重架接触，通过螺钉固定。承重架与土盒通过上下设置的两道横梁连接。通过螺钉固定在底座上。底座材料为榆木板，厚度40mm，长2500mm，宽1200mm。
[0054](2)拉拔系统的动力装置:该动力装置主要由提供动力的电机组成，电机型号为6IK180RGU，功率为180W，固定转速36转/分钟，调速范围为:3_36转/分钟，每转一圈提供的固定水平位移为2mm。传动杆为304不锈钢钢管，钢管直径为50mm，壁厚10mm，钢管长度为2000mm。穿孔挡板材料为Q235钢板，钢板尺寸为150mmX 150mm。承重架为HL钢制脚架，厚度为3mm，宽度为50mm，径向宽度为600mm，高度为1000mm。底座为含有四颗固定螺丝的固定钢板。左边的为316L钢板，尺寸为150mm X 75mm，厚度为15mm，螺丝为304十字沉头自攻螺钉，尺寸为2.2mm X 60mm。右边的为304钢板，尺寸为50mm X 50mm，厚度为5mm，螺丝为304十字沉头自攻螺钉，尺寸为2.2mm X 30mm。电机底部通过底座与支架(具体与C型架)相连，电机右侧的穿孔挡板，孔径大小Φ 52mm，电机直接与穿孔挡板自由接触。电机上设有传动杆通孔，传动杆通孔位于电机的中轴线，或位于电机中轴线的垂直上方或垂直下方，以传动杆通孔位于电机中轴线，这样传动杆通过电机中轴线，是自由穿过电机中心的杆，不随电机转轴转动，可以对电机移动限位，传动杆连接数据采集系统，该传动杆可保证在电机带动转动杆转动时发生的位移是水平的，搅动装置的转动杆连接电机转轴上连接的传动机构(可采用径向齿轮机构)。承重架通过螺钉与底座相连。其中左侧固定基座有穿孔，孔径大小Φ 42mm，搅动装置的转动杆由此孔与电机的传动机构的输出转轴相连。
[0055](3)拉拔系统的搅动装置:该搅动装置主要由转动杆、缠绕管和两个固定轮构成。转动杆为304不锈钢钢管，钢管直径为40mm，壁厚20mm，钢管长度为600mm。转动杆通过缠绕管、两个固定轮以及固定基座与电机相连。支架由316L钢板拼接而成，钢板厚度为30mm，宽度为150mm，拼接支架三段长度分别为400mm、350mm和400mm。支架一端与承重架接触，通过螺钉固定。除此之外，支架顶部安装有固定基座和Z形基座两种基座。其中固定基座为316L钢板，尺寸为150mm X 75mm，厚度为15mm，螺丝为304十字沉头自攻螺钉，尺寸为2.2mm X60mm，固定基座距离支架高度为100mm。右边的Z形基座为304钢板，尺寸为50mm X 50mm，厚度为5mm，螺丝为304十字沉头自攻螺钉，尺寸为2.2mm X 30mm，Z形基座高度为110mm，其下端同样用6颗304十字沉头自攻螺钉固定在支架上，钢钉尺寸为2.2mm X 30mm。固定轮和缠绕管的用途为收集钢索。固定轮材料为圆弧齿同步带轮轮齿组成，型号为5M，齿槽圆弧半径为1.56m。内径为40mm，高度为25mm。分别固定在缠绕管两端。缠绕管材料为304不锈钢钢管，钢管直径为46mm，壁厚5mm，钢管长度为300mm。缠绕管内缠有密封塑料布，保证其与转动杆不产生滑动。作为牵拉绳的钢索通过承重架的圆孔，其一端固定在上面的固定轮上。钢索采用304不锈钢丝绳，钢索尺寸为2.5mm，7 X 7。长度为200mm。其另外一端固定在三线转换器上。
[0056](4)数据采集系统:主要由数据采集器和支撑设备组成。数据采集器型号为M3TB24，可同时提供多管道数据的收集与传送。数据采集器外部安装保护壳，材料为1mm厚的PVC板，尺寸为200mmX 200mm X 200mm。上数据采集器上盖处开有尺寸为Φ 1mm的圆孔，用来连接导线。侧部开有15mmX 15mm的方形开口，通过数据传输线与电脑终端相连。该系统是固定在推动杆上，推动杆材料为304不锈钢条，钢条厚度为20mm，宽度为150mm。一端通过固定安装座与数据采集系统相连，固定安装座材料为316L不锈钢板。通过四个尺寸为2.2mmX30mm的304十字沉头自攻螺钉固定在PVC板上。传动杆右左侧尺寸为Φ 50mm与PVC板相连，连接口处涂有AB万能强力胶。保证传动杆与数据采集系统相连。
[0057](5)力学传感系统:主要由敏感元件和作为牵拉绳的钢索组成。其中敏感元件由贴片热敏电阻0805 6.8K 5%B值:3950K±3%构成，横向排列6组安置在盒内。两端固定有U形钢钉。敏感元件两端钢索通过U形钢钉和三线转换器与承重架和推动杆相连。敏感元件上端通过传输数据线与电脑终端相连。其中三线转换器将固定于推动杆的两股钢索汇成一股，固定在推动杆上的作为牵拉绳的钢索材料为304不锈钢，不锈钢丝绳尺寸为1.0mm,7 X 7，长度为250mm。
[0058](6)大型土盒(参见图6):主要由土盒和推动杆组成，其内装有土壤样本和根系样本。土盒材料为木质花样板，厚度为30mm，尺寸为800mm X 500mm X 500mm。左端连接有推拉挡板，材料为304不锈钢板，尺寸为500mm X 500mm，厚度为10mm。土盒通过螺钉固定在底座上。推拉挡板中间有裁空，尺寸为460mmX 200mm.上下两端联有横梁，材料为5号角钢，尺寸为50mmX50mm，长度为700mm。横梁通过螺钉固定在推拉挡板上。推动杆上并排放有6个固定胶口，固定胶口材料为方形钢，钢板厚度10mm，焊有圆孔，根系样本通过圆孔用不透水胶布捆绑，同时每个胶口绑有宽皮筋，并通过导线与数据采集系统相连。推动杆材料为304不锈钢条，钢条厚度为20mm，宽度为150mm。
[0059](7)电脑终端:主要由显示屏以及主机组成，型号为Dell G32602G独立显卡，4G内存，500G容量，接收、纪录及处理测定数据，得出测定结果。
[0060]本发明的测定仪可以在室内或是野外测量不同种类的根系的拔出强度，并且能够完成多根系、不同土壤性质混合土样的拔出试验。其中根系的摆放位置，在土壤中的倾斜角度，根系的直径，根系的表面情况以及土壤的类型都是可变的。在完成所有试验的准备工作后，只需打开开关，整个试验过程数据可自动记录，操作简单方便，实验结果可靠。该测定仪可以用于:(I)单独根系不同直径的拔出强度比较；(2)单独根系不同长度的拔出强度比较；
(3)单独根系不同表面条件的拔出强度比较；(4)不同根系数量的抗拉强度比较；(5)不同根系倾斜角度的抗拉强度比较;(6)根系与根系间不同距离的抗拉强度比较。
[0061]以上所述，仅为本发明较佳的【具体实施方式】，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
【主权项】
1.一种测量根系拔出强度测定仪，其特征在于，包括: 底座(6)、土盒(5)、拉拔系统、力学传感系统(4)、数据采集系统(3)和电脑终端(7);其中， 所述土盒(5)固定设在所述底座(6)上，所述土盒(5)设有根系拔出口，所述土盒(5)内设有土壤和埋在土壤内的根系，所述根系的上端从所述根系拔出口伸出，并与设在所述土盒(5)外的所述推动杆上设置的固定胶口连接； 所述拉拔系统通过其支架固定设在所述底座(6)上，处于所述土盒(5)的侧面，所述支架与所述土盒(5)固定连接，所述拉拔系统的牵拉绳经所述力学传感系统(4)与所述推动杆连接根系处的外侧位置连接； 所述数据采集系统(3)设在所述底座(6)上，设有拔出力采集端、拉拔动力采集端和导线，所述拔出力采集端与所述推动杆上端连接，所述拉拔动力采集端与所述拉拔系统的转动杆连接，所述导线与所述推动杆上设置的固定胶口处连接； 所述力学传感系统(4)的传输数据线和所述数据采集系统(3)的数据传输线分别与所述电脑终端通信连接。2.根据权利要求1所述的测量根系拔出强度测定仪，其特征在于，所述拉拔系统由动力装置、所述支架和搅动装置构成； 所述动力装置包括:电机、传动机构、传动杆、穿孔挡板和底座;所述电机水平设置，所述电机设有传动杆通孔，所述传动杆通孔位于所述电机的中轴线，或位于电机中轴线的垂直上方或垂直下方，所述传动杆穿过所述电机的传动杆通孔，所述电机的后端设置所述穿孔挡板，所述转动杆后端从所述穿孔挡板的通孔穿出与所述数据采集系统(3)的拉拔动力采集端连接，所述电机的后端与所述穿孔挡板自由接触，所述电机的转轴前端连接所述传动机构，所述传动机构的输出转轴垂直于所述电机的转轴，所述电机底部设置底座； 所述支架包括:C型架、承重架、固定基座和Z型基座； 所述承重架竖直固定设在所述C型架开口处，该承重架上端与所述动力装置的穿孔挡板底端固定连接； 所述固定基座和Z型基座并列设在所述C型架的上端，与所述动力装置的电机的底座固定连接； 所述C型架上、下端均设有竖直安装搅动装置的转动杆的转动杆通孔； 所述承重架中间部位设有供所述搅动装置的牵拉绳穿过的穿绳通孔； 所述搅动装置包括:转动杆、缠绕管、牵拉绳、两个固定轮； 所述转动杆通过所述支架的转动杆通孔竖直设在所述支架的C型架内，所述转动杆上端与所述动力装置的传动机构的输出转轴连接，能在所述动力装置驱动下转动;所述两个固定轮和缠绕管均穿设固定在所述转动杆上，所述两个固定轮处于所述缠绕管的两端，所述牵拉绳一端固定于所述缠绕管，并按所述转动杆的转动方向缠绕在所述缠绕管上，所述牵拉绳另一端从所述承重架的穿绳通孔穿出并经所述力学传感系统(4)与所述推动杆连接根系处的外侧位置连接。3.根据权利要求2所述的测量根系拔出强度测定仪，其特征在于，所述动力装置的电机采用功率为180W，固定转速36转/分钟，调速范围为:3-36转/分钟，每转一圈提供的固定水平位移为2mm的电动机。4.根据权利要求1或2所述的测量根系拔出强度测定仪，其特征在于，所述支架经上下设置的两道横梁与所述土盒(5)固定连接。5.根据权利要求1或2所述的测量根系拔出强度测定仪，其特征在于，所述力学传感系统(4)由敏感元件、三线转换器和数据传输线组成，所述敏感元件一端连接所述拉拔系统的牵拉绳，所述敏感元件另一端经所述三线转换器与所述所述推动杆连接根系处的外侧位置连接； 所述数据传输线与所述敏感元件电气连接。6.根据权利要求1或2所述的测量根系拔出强度测定仪，其特征在于，所述敏感元件由贴片热敏电阻构成，横向排列6组安置在盒体内，两端固定有连接牵拉绳和三线转换器的U形钢钉。7.根据权利要求1或2所述的测量根系拔出强度测定仪，其特征在于，所述数据采集系统(3)由数据采集器和支撑设备组成； 所述数据采集器外部安装保护壳，所述保护壳的上端设有连接导线的圆孔，圆孔处设有导线卡口，保护壳侧部设有连接数据传输线的方形开口 ； 所述保护壳外设有连接所述推动杆上端的固定座。
【文档编号】G01N19/04GK105842157SQ201610150865
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年3月16日
【发明人】王云琦, 李云鹏, 朱锦奇, 王玉杰, 李通
【申请人】北京林业大学