【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及水文地質監測，更具體的說是涉及一種土壤雙向凝結水懸臂式自動監測系統。
技術介紹
1、凝結水是指當地面溫度和表層地溫達到露點時，在地面和表層土壤中，大氣水汽和土壤孔隙水汽由汽態水凝結而成液態水，該凝結水是土壤水的組成部分。劇烈的晝夜溫差和空氣相對濕度等自然條件是影響其生成量的重要因素。在干旱和極干旱條件下，比如在水資源極其匱乏的干旱區，任何補充性的水資源都可能對其生態系統產生積極的影響。凝結水作為穩定持續的水資源，水量雖然微小，但對于維持干旱、半干旱地區生態系統的穩定性具有非常重要的作用。凝結水是干旱環境中某些植物、昆蟲、小型動物、生物土壤結皮的重要水分來源，可以提高植物種子的萌發率，有效地減少因土壤蒸發導致的水分損失。另外，凝結水作為一種濕氣的來源，在維持沙丘穩定性方面也起著重要的作用。
2、目前凝結水以人工觀測為主，而凝結水主要形成在夜間和清晨，夜間野外人工觀測難度大，甚至在西北高海拔無人區，沒有食物和水源，沒有通訊信號或信號微弱，時常有保護動物和野獸出沒，不具備人工觀測條件，導致無法獲取長期的、連續的野外觀測數據，且誤差較大。即便，目前已經在不同地區開展了對凝結水的人工觀測實驗，雖然取得了一些成果，但大都觀測時間短，僅證明了凝結水的存在與測量生成時間等結果。因受觀測時間及觀測頻率等諸多條件限制，這些觀測均難以反映該監測地區的凝結水循環規律及涵養能力，導致對凝結水的高效利用研究進展相對緩慢。
3、因此，在現有凝結水人工觀測的基礎上，如何提供一種適合無需人工操作的凝結水測量裝置及實時監測系統
技術實現思路
1、有鑒于此，本專利技術提供了一種土壤雙向凝結水懸臂式自動監測系統，可實現24小時自動觀測空氣凝結量和土壤中的水汽凝結量，并支持遠程控制。
2、為了實現上述目的，本專利技術采用如下技術方案：
3、一種土壤雙向凝結水懸臂式自動監測系統，可安裝在地面上，包括：
4、試筒，所述試筒內裝有原位土且可埋設于近地表以測量近地空氣和地表下層土壤中的水汽凝結量；
5、升降機構，所述升降機構的固定部可垂直固定在所述地面上；
6、稱重機構，所述稱重機構包括懸臂平臺和天平，所述懸臂平臺的一側端面與所述升降機構的升降部傳動連接以形成懸臂式升降結構；所述懸臂平臺的中部開設有通孔，所述天平卡接在所述懸臂平臺的頂面，所述天平的底面固定有掛鉤，所述掛鉤貫穿所述通孔并懸掛所述試筒以對其進行稱重；
7、智控機構，所述智控機構固定在所述地面上并電性連接所述升降機構的驅動電機和所述天平，所述智控機構通訊連接遠程終端以實現數據采集和遠程通信。
8、上述技術方案的有益效果是，試筒埋設在地表淺層，能夠同時測量近地空氣和地表下層土壤中的水汽凝結量，實現雙向測量；天平能夠對試筒重量進行測量，通過初始重量和測量重量之間的差值能夠得到凝結水的數量；懸臂平臺沿升降機構的升降驅動部上下移動，能夠拉動試筒沿地表上下移動，可以將試筒吊離地表，進行試筒的清洗和原位土的更換；通過智控機構能夠實現室內遠程監控，無需人為值守。
9、優選的，所述升降機構包括固定架、升降電機、滾珠絲杠及升降塊，所述固定架可垂直固定在所述地面上，所述升降電機固定在所述固定架的頂面；所述滾珠絲杠轉動連接在所述固定架的一側且其一端與所述升降電機傳動連接；所述升降塊上設有螺紋孔且與所述滾珠絲杠螺紋傳動連接；所述懸臂平的一端與所述升降塊遠離所述滾珠絲杠的一側端面栓接。利用滾珠絲杠將旋轉運動轉換問螺母的直線運動，升降塊套設在滾珠絲杠的螺母上能夠隨螺母上下移動，懸臂平臺與升降塊固定形成一個懸臂式的升降結構，天平固定在懸臂平臺上對試筒進行稱重。
10、優選的，還包括天平保護罩；所述懸臂平臺的頂面固定有內外雙層布置的四根角鋼，其中內層布置的四根所述角鋼與所述天平的四角卡接，所述天平保護罩卡接在內外層的四根所述角鋼之間。通過角鋼卡接天平和天平保護罩來確保其穩定性，天平保護罩能夠防止天平被雨水沖蝕而影響其測量精度。
11、優選的，所述固定架的側壁垂直固定有上下間隔布置的兩塊支撐板，所述滾珠絲杠轉動連接在兩塊所述支撐板相對的兩面板之間，所述升降電機固定在位于上層的所述支撐板的頂面。通過兩塊支撐板將滾珠絲杠設在固定架的一側。
12、優選的，還包括滑軌，所述滑軌固定在所述固定架的一側壁且位于兩塊所述支撐板之間，所述升降塊的一側端滑動連接在所述滑軌上。滾珠絲杠通過兩塊支撐板與升降電機傳動連接，滾珠絲杠作為升降塊的動力源，利用滑軌輔助升降塊的上下滑動，確保懸臂升降結構滑動過程中的穩定性。
13、優選的，還包括固定架保護罩，所述固定架保護罩扣合所述固定架，所述固定架保護罩朝向所述懸臂平臺的一側開設有滑槽，所述升降塊可沿所述滑槽上下滑動。固定架保護罩能夠防止升降機構被雨水干擾。
14、優選的，所述智控機構包括立桿、智控箱、蓄電池、光伏板和監控相機，所述立桿垂直固定在所述地面上，所述智控箱固定在所述立桿的一側；所述蓄電池埋設在所述地面并電性連接所述智控箱；所述光伏板固定在所述立桿的頂面并電性連接所述蓄電池以對其充電；所述監控相機固定在所述立桿朝向所述試筒的一側以監測所述試筒和所述天平。利用光伏板對蓄電池進行充電，蓄電池作為智控箱的動力源，監控相機能夠監控整個裝置，智控箱控制升降機構和稱重機構的工作狀態，結合監控相機，在極端惡劣天氣條件下何以停止系統的運行。
15、優選的，所述立桿的頂面固定有避雷針。防止智控機構被雷擊。
16、優選的，所述試筒包括兩端均貫通的外筒和內筒，所述內筒同軸布置在所述外筒的內腔，所述內筒外壁與所述外筒內壁之間具有間隙；所述外筒的底端通過第一塑料膜封底，所述第一塑料膜中部開設有與所述內筒同心布置的圓孔，所述圓孔通過第一密目網封蓋；所述內筒的底端通過第二塑料膜或第二密目網封底；其中，所述內筒容納原位土，所述掛鉤懸掛所述內筒。內筒與外筒同軸布置，內外筒之間具有間隙，當內筒利用第二塑料膜進行封閉時，可以保證內筒內部原位土質量不變的前提下，原位土內部水汽與下層土壤無交換，僅內筒上表面與近地空氣連通，以測量近地空氣中的水汽凝結量；當內筒利用密目網進行封底時，可以保證內筒內部原位土質量不變的前提下，原位土內部水汽能同時與下層土壤和近地空氣連通，以測量近地空氣和下層土壤中的水汽凝結量。
17、優選的，所述天平的量程為5kg，精度為0.01g。
18、經由上述的技術方案可知，與現有技術相比，本專利技術公開提供了一種土壤雙向凝結水懸臂式自動監測系統，無需人工現場操作即可實現二十四小時全天候觀測近地空氣和下層土壤中的水汽凝結量與水汽循環過程，監測精度可達0.01g，能有效避免風雨干擾，大大提高了水汽通透率；該監測系統可實現遠程控制、遠程查看，有效提高了數據的精確性、完整性、連續性，大大節省了人力消耗，尤其降低了艱苦無人區夜間觀測安全風險。
本文檔來自技高網...【技術保護點】
1.一種土壤雙向凝結水懸臂式自動監測系統，可安裝在地面(1)上，其特征在于，包括：
2.根據權利要求1所述的一種土壤雙向凝結水懸臂式自動監測系統，其特征在于，所述升降機構(3)包括固定架(31)、升降電機(33)、滾珠絲杠(34)及升降塊(35)，所述固定架(31)可垂直固定在所述地面(1)上，所述升降電機(33)固定在所述固定架(31)的頂面；所述滾珠絲杠(34)轉動連接在所述固定架(31)的一側且其一端與所述升降電機(33)傳動連接；所述升降塊(35)上設有螺紋孔且與所述滾珠絲杠(34)螺紋傳動連接；所述懸臂平臺(41)的一端與所述升降塊(35)遠離所述滾珠絲杠(34)的一側端面栓接。
3.根據權利要求1所述的一種土壤雙向凝結水懸臂式自動監測系統，其特征在于，還包括天平保護罩(6)；所述懸臂平臺(41)的頂面固定有內外雙層布置的四根角鋼(7)，其中內層布置的四根所述角鋼(7)與所述天平(43)的四角卡接，所述天平保護罩(6)卡接在內外層的四根所述角鋼(7)之間。
4.根據權利要求2所述的一種土壤雙向凝結水懸臂式自動監測系統，其特征在于，所述
5.根據權利要求4所述的一種土壤雙向凝結水懸臂式自動監測系統，其特征在于，還包括滑軌(32)，所述滑軌(32)固定在所述固定架(31)的一側且位于兩塊所述支撐板之間，所述升降塊(35)的一側端滑動連接在所述滑軌(32)上。
6.根據權利要求5所述的一種土壤雙向凝結水懸臂式自動監測系統，其特征在于，還包括固定架保護罩(8)，所述固定架保護罩(8)扣合所述固定架(31)，所述固定架保護罩(8)朝向所述懸臂平臺(41)的一側開設有滑槽，所述升降塊(35)可沿所述滑槽上下滑動。
7.根據權利要求1所述的一種土壤雙向凝結水懸臂式自動監測系統，其特征在于，所述智控機構(5)包括立桿(51)、智控箱(52)、蓄電池(53)、光伏板(54)和監控相機(55)，所述立桿(51)垂直固定在所述地面(1)上，所述智控箱(52)固定在所述立桿(51)的一側；所述蓄電池(53)埋設在所述地面(1)并電性連接所述智控箱(52)；所述光伏板(54)固定在所述立桿(51)的頂面并電性連接所述蓄電池(53)以對其充電；所述監控相機(55)固定在所述立桿(51)朝向所述試筒(2)的一側以監測所述試筒(2)和所述天平(43)。
8.根據權利要求7所述的一種土壤雙向凝結水懸臂式自動監測系統，其特征在于，所述立桿(51)的頂面固定有避雷針。
9.根據權利要求1至8所述的一種土壤雙向凝結水懸臂式自動監測系統，其特征在于，所述試筒(2)包括兩端均貫通的外筒(21)和內筒(22)，所述內筒(22)同軸布置在所述外筒(21)的內腔，所述內筒(22)外壁與所述外筒(21)內壁之間具有間隙；所述外筒(21)的底端通過第一塑料膜(211)封底，所述第一塑料膜(211)中部開設有與所述內筒(22)同心布置的圓孔，所述圓孔通過第一密目網(212)封蓋；所述內筒(22)的底端通過第二塑料膜(222)或第二密目網(221)封底；其中，所述內筒(22)容納原位土，所述掛鉤(44)懸掛所述內筒(22)。
10.根據權利要求1所述的一種土壤雙向凝結水懸臂式自動監測系統，所述天平(43)的量程為5kg，精度為0.01g。
...【技術特征摘要】
1.一種土壤雙向凝結水懸臂式自動監測系統，可安裝在地面(1)上，其特征在于，包括：
2.根據權利要求1所述的一種土壤雙向凝結水懸臂式自動監測系統，其特征在于，所述升降機構(3)包括固定架(31)、升降電機(33)、滾珠絲杠(34)及升降塊(35)，所述固定架(31)可垂直固定在所述地面(1)上，所述升降電機(33)固定在所述固定架(31)的頂面；所述滾珠絲杠(34)轉動連接在所述固定架(31)的一側且其一端與所述升降電機(33)傳動連接；所述升降塊(35)上設有螺紋孔且與所述滾珠絲杠(34)螺紋傳動連接；所述懸臂平臺(41)的一端與所述升降塊(35)遠離所述滾珠絲杠(34)的一側端面栓接。
3.根據權利要求1所述的一種土壤雙向凝結水懸臂式自動監測系統，其特征在于，還包括天平保護罩(6)；所述懸臂平臺(41)的頂面固定有內外雙層布置的四根角鋼(7)，其中內層布置的四根所述角鋼(7)與所述天平(43)的四角卡接，所述天平保護罩(6)卡接在內外層的四根所述角鋼(7)之間。
4.根據權利要求2所述的一種土壤雙向凝結水懸臂式自動監測系統，其特征在于，所述固定架(31)的側壁垂直固定有上下間隔布置的兩塊支撐板，所述滾珠絲杠(34)轉動連接在兩塊所述支撐板相對的兩面板之間，所述升降電機(33)固定在位于上層的所述支撐板的頂面。
5.根據權利要求4所述的一種土壤雙向凝結水懸臂式自動監測系統，其特征在于，還包括滑軌(32)，所述滑軌(32)固定在所述固定架(31)的一側且位于兩塊所述支撐板之間，所述升降塊(35)的一側端滑動連接在所述滑軌(32)上。
6.根據權利要求5所述的一種土壤雙向凝結水懸臂式自動監測系統，其特征在于，還包括固定架保護罩(...
【專利技術屬性】
技術研發人員：李備，貢璐，解飛，劉景濤，朱亮，張玉璽，周冰，陳璽，康瑋，石萬鵬，
申請(專利權)人：新疆大學，
類型：發明
國別省市：
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