一种可调的土壤入渗性能检测和流失量取样装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种可调的土壤入渗性能检测和流失量取样装置，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、盐分和重金属离子迁移等都有密切联系。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。入渗率随时间而变化的过程称入渗曲线。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壤入渗与时间的关系，无法测量土壤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壤含水率、PH和电导率时，需要把土柱中的土样取出浸提后才能完成测定，存在工作效率低下和测量精度较低等缺陷，更值得一提的是在做土壤入渗性能(穿透曲线)试验时，需要定时从土柱下端收集渗出的水样，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、自动接样、实现测量结果能反映多指标的试验装置是十分必要的。
[0004]目前，涉及自动的多指标的土壤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)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，对于土柱的测量不适用；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壤的入渗系数，不能测定其它的指标。上述提到的装置和方法，没有出现能测定土壤入渗过程中，土壤多个物理性质与土壤入渗之间关系的装置和方法，同时也没有出现在土壤入渗过程中对流失的水分分批收集取样的装置和方法。
【发明内容】
[0005]为了解决上述【背景技术】中提到的问题，本发明提供一种可调的土壤入渗性能检测和流失量取样装置，该装置能够根据水分的入渗位置，采用传感器集成块，自动的测定水分在土柱入渗过程，并能根据入渗过程移动传感器集成块。能够测定入渗过程中的土壤的多种物理性质的变化。同时能对入渗的流失量在底部按照一定的时间间隔进行收集，方便对流失量水分与进入土柱的水分进行做对比分析试验，从而得到入渗过程中土壤中各种离子的流失量。
[0006]本发明的技术方案是:包括皮带传送轴支座1、皮带传送轴2、链条3、伺服电机III 4、皮带支撑座5、渗漏仪底座6、皮带9、盛液瓶10、渗漏仪支撑套11、渗漏仪15、齿条16、传感器移动套17、注水腔19 ；
所述皮带传送轴支座1、伺服电机III 4和皮带支撑座5固定在地面上，皮带传送轴2安装在皮带传送轴支座I上部，皮带传动轴2和伺服电机III 4通过链条3连接；皮带9 一端安装在皮带支撑座5的上端，另一端安装在皮带传动轴2的上端，盛液瓶10均匀的放置在皮带9上；渗漏仪底座6固定在地面上，渗漏仪支撑套11安装在渗漏仪底座6上部，集水腔34安装在渗漏仪支撑套11内，渗漏仪15安装在集水腔34顶部，渗漏仪15的外圆周面上设有齿条16，齿条16上装有传感器移动套17，注水腔19安装在渗漏仪15上部；传感器32通过传感器安装座27安装在传感器移动套17内，伺服电机II 37安装在传感器移动套17 —侧，用于移动传感器位置；伺服电机I 36固定在传感器移动套17的上端面上，伺服电机I 36轴上设有凸轮38，用于控制传感器进出渗漏仪；
所述渗漏仪20为中空圆柱体，中空圆柱体上部设有渗漏仪上法兰20，下部设有渗漏仪下法兰22，中空圆柱体上从上到下开有5排以上的传感器出入孔I 21，每排设有三个等直径孔，任意相邻两排的孔的间距相同，齿条16安装在传感器出入孔I 21的一侧。
[0007]所述注水腔19为中空圆柱体，其顶部轴向设有注水口 30，径向对称设有辅助注水孔7，注水腔19底部均匀开有上均布孔31，注水腔19下端部设有法兰，该法兰和渗漏仪15的渗漏仪上法兰20通过螺栓连接。
[0008]所述集水腔34为中空圆柱体，其上部设有法拉盘，法拉盘上均匀设有下均布孔33，集水腔34底部轴向设有出水孔35，集水腔34上部的法兰和渗漏仪15上的渗漏仪下法兰22通过螺栓连接。
[0009]所述齿条16安装在渗漏仪15的外圆周面上，齿条16的长度与渗漏仪15的轴向长度相同，齿条16的两侧设有滑轨，传感器移动套17通过滑轨安装在齿条16上，滑轨长度与齿条16的长度相同。
[0010]所述传感器移动套17为中空扇形体,中空部分也为扇形体,扇形体径向的外圆周面和内圆周面上分别设有线路孔23和传感器出入孔II 25，传感器移动套17 —侧开有电机安装孔24和齿条滑轨槽13，伺服电机II 37通过轴安装在电机安装孔24内，轴的另一端安装有齿轮14，齿轮14与齿条16相配合，齿条滑轨槽13与滑轨相配合，在传感器移动套17中安装有预紧弹簧安装柱26，预紧弹簧安装柱26上装有弹簧29，弹簧29的一端与传感器移动套17的内端面接触，另一端与传感器安装座27内侧相接触。
[0011]所述传感器安装座27为扇形体,扇形体上端面设有一凸台,扇形体内侧安装有一排以上的传感器安装柱28，每排设有三个，在每个传感器安装柱28上分别设有若干相同类型的传感器32，传感器安装柱28的安装位置与传感器出入孔II 25相对应，并且与渗漏仪15上的传感器出入孔I相配合，传感器安装座27上的凸台与凸轮38相配合，每排三个传感器安装柱28上安装的传感器的类型是不同的，另一排的每个传感器的类型和数量和这一排相同，传感器安装座27完全嵌套在传感器移动套17的中空扇形体内部。
[0012]所述在集水腔34和渗漏仪的渗漏仪下法兰22间设置有下硅胶垫12。
[0013]所述在注水腔19的底部法兰和渗漏仪的渗漏仪上法兰20间设置有上硅胶垫18。
[0014]渗漏仪15外圆周面上设有的传感器出入孔I 21、传感器出入孔II 25与传感器安装柱28相配合，任意相邻两排传感器出入孔I 21的间距与两排线路孔23、两排传感器出入孔II 25、两排传感器安装柱28的间距均相同。
[0015]所述伺服电机III 4、传感器32、伺服电机I 36、伺服电机II 37可与常规可编程控制器相连；可根据实际的要求进行编程，从而控制它们的动作。
[0016]本发明的工作原理是:
当要对某种土壤进行入渗性能和流失量检测时，先在渗漏仪15中装入一定条件的土壤，将注水腔19和集水腔34通过上硅胶垫18、下硅胶垫12分别安装在渗漏仪15上部和底部，渗漏仪通过集水腔34安装在固定在地面上的渗漏仪底座6上的渗漏仪支撑套11内，通过注水腔19上面的注水口 30向注水腔中注入蒸馏水，注水腔19两侧设有两个辅助注水口7，这两个孔一个用于向注水腔19中注入试验离子，另一个用于排出多余的液体。当需要测定某些离子在土壤中的入渗流失特性时，使用注水腔19两侧的辅助注水口 7。当水和离子溶液进入注水腔19后,在注水腔19内部混合均匀,然后通过其底部的上均布孔31均匀的流到渗漏仪15的土壤表面，开始入渗。
[0017]设置在渗漏仪15外圆周面上齿条16固定不动，与齿条16相配合的传感器移动套17与传感器安装座27开始处于渗漏仪15的顶端。此时，在弹簧29的预紧弹力的作用下，使得传感器安装座27的外圆周面紧贴传感器移动套17，传感器安装座27在传感器移动套17中距离渗漏仪15的距离较大，从而使得传感器安装柱28和传感器32也远离渗漏仪15，此时传感器32没有插入渗漏仪15，此时传感器32不能检测。启动安装在传感器移动套17上的伺服电机I 36，该电机可以带动凸轮38的运动，凸轮38的运动，可以使得与之配合的传感器安装座27在传感器移动套17内径向移动，从而带动传感器安装柱28和传感器32也径向运动，直到传感器32进入入渗漏仪15中的土壤一定深度后，停止伺服电机I 36的作用，此时传感器32对土壤具有检测作用。安装在传感器安装座27上的传感器32有上下两排，每排各有三种类型传感器，三种类型的传感器中，至少有一个是水分传感器，其余的两