一種用于測(cè)定土壤水分的方法及裝置
專利匯可以提供一種用于測(cè)定土壤水分的方法及裝置專利檢索，專利查詢，專利分析的服務(wù)。并且本 發(fā)明 屬于 土壤 學(xué)、農(nóng)學(xué)、林學(xué)和生態(tài)學(xué)等測(cè)定土壤 水 分含量的技術(shù)，具體為一種用于測(cè)定土壤水分的方法及其改進(jìn)裝置。本發(fā)明是在已有的測(cè)量土壤水分的TRIME EZ/EZC、TRIME IT/ITC型土壤水分儀 基礎(chǔ) 上，匹配一種連接土壤水分儀 探頭 的延長(zhǎng)管套、一種經(jīng)改進(jìn)過(guò)的打孔器和不同長(zhǎng)度的PVC管，所述打孔器包括打孔器探頭、安裝于打孔器探頭一端的不銹 鋼 管， 不銹鋼 管上套裝有 定位 塞，安裝于打孔器另一端的打孔器探針上套裝有滑動(dòng) 閥 ，在打孔器探針進(jìn)行打孔后，用土壤水分儀測(cè)量土壤水分。本發(fā)明構(gòu)造簡(jiǎn)單、造價(jià)低、方法簡(jiǎn)便、易于操作，在原來(lái)土壤水分儀只能測(cè)量表層土壤 含水量 及需要挖坡面才能測(cè)量深層土壤含水量的基礎(chǔ)上，通過(guò)埋設(shè)PVC管可以長(zhǎng)期定點(diǎn)測(cè)量不同深度的土壤含水量。，下面是一種用于測(cè)定土壤水分的方法及裝置專利的具體信息內(nèi)容。
1.一種用于測(cè)定土壤水分的方法，其特征在于，包括如下步驟：
(1)制作不同長(zhǎng)度的PVC管，把它們分別固定在試驗(yàn)土壤中，并蓋上活動(dòng)蓋，防止雨水進(jìn)入管中；
(2)把土壤水分儀原自帶的打孔器探頭改裝后連接具有螺紋接口的不銹鋼管；打孔時(shí)，拿開(kāi)活動(dòng)蓋，將打孔器伸入PVC管，用打孔器探針進(jìn)行打孔；
所述打孔器包括打孔器探頭、安裝于打孔器探頭一端的不銹鋼管、以及安裝于打孔器另一端的打孔器探針上套裝有滑動(dòng)閥；所述土壤水分儀探頭的一端連接有與打孔器匹配的延長(zhǎng)套管，與土壤水分儀探頭連接的探頭導(dǎo)線通過(guò)延長(zhǎng)管套連至讀數(shù)表或手持?jǐn)?shù)據(jù)管理器，所述不銹鋼管上套裝有定位塞；
(3)利用土壤水分儀已有的設(shè)備，把土壤水分儀匹配的探頭安裝在帶螺紋接口的延長(zhǎng)管套上，探頭導(dǎo)線通過(guò)延長(zhǎng)管套；測(cè)量土壤水分時(shí)，將土壤水分儀探頭伸入PVC管，用土壤水分儀探針插入打孔器探針打出的孔，通過(guò)探頭導(dǎo)線連接的讀數(shù)表或手持?jǐn)?shù)據(jù)管理器測(cè)定土壤水分。
2.按照權(quán)利要求1所述的用于測(cè)定土壤水分的方法，其特征在于，打孔時(shí)，通過(guò)打孔器前部打孔器探頭上面設(shè)置的滑動(dòng)閥，控制打孔器兩打孔器探針保持恒定的距離，同時(shí)通過(guò)新型打孔器后部不銹鋼管上的定位塞定位整個(gè)打孔器，使打孔器處于PVC管的中央。
3.一種用于測(cè)定土壤水分的裝置，具有打孔器、土壤水分儀，土壤水分儀探頭通過(guò)導(dǎo)線連接讀數(shù)表或手持?jǐn)?shù)據(jù)管理器，其特征在于：所述打孔器包括打孔器探頭、安裝于打孔器探頭一端的不銹鋼管、以及安裝于打孔器另一端的打孔器探針上套裝有滑動(dòng)閥；所述土壤水分儀探頭的一端連接有與打孔器匹配的延長(zhǎng)套管，與土壤水分儀探頭連接的探頭導(dǎo)線通過(guò)延長(zhǎng)管套連至讀數(shù)表或手持?jǐn)?shù)據(jù)管理器；所述不銹鋼管上套裝有定位塞。
4.按照權(quán)利要求3所述的用于測(cè)定土壤水分的裝置，其特征在于：所述滑動(dòng)閥為長(zhǎng)方體結(jié)構(gòu)，其上開(kāi)有與探針對(duì)應(yīng)的通孔。
5.按照權(quán)利要求3所述的用于測(cè)定土壤水分的裝置，其特征在于：所述打孔器通過(guò)定位塞與埋設(shè)于上壤中的PVC管內(nèi)壁間隙配合。
6.按照權(quán)利要求3所述的用于測(cè)定土壤水分的裝置，其特征在于：所述與打孔器連接的不銹鋼管為一段或多段連接而成，多段不銹鋼管上帶有螺紋接口。
7.按照權(quán)利要求3所述的用于測(cè)定土壤水分的裝置，其特征在于：所述用于在土壤上打孔的兩個(gè)打孔器探針與土壤水分儀探針的位置相應(yīng)、間距相同，土壤水分儀探針比打孔器探針的直徑大0.5-1.0mm。
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于土壤學(xué)、農(nóng)學(xué)、林學(xué)和生態(tài)學(xué)等領(lǐng)域測(cè)定土壤水分含量的技術(shù)，具體為一種用于測(cè)定土壤水分的時(shí)空異質(zhì)性(時(shí)空異質(zhì)性包括空間異質(zhì)性和時(shí)間異質(zhì)性)的方法及裝置。
背景技術(shù)
從目前來(lái)看，人們公認(rèn)的中子水分儀和TDR是比較理想的方法，其中TDR儀測(cè)定的土壤表層的含水量比中子水分儀所測(cè)定的精度要高得多。而基于TDR原理的測(cè)定方法又包括幾種系列的管式土壤水分儀，如：TRIME?EZ/EZC、TRIMEIT/ITC、TRIME?T3、TRIME?P3，但它們側(cè)重點(diǎn)不同，以致使用范圍、方便程度和成本存在較大差異。其中TRIME?EZ/EZC、IT/ITC型土壤水分儀只能測(cè)量土壤表面含水量或通過(guò)挖土壤剖面來(lái)測(cè)定不同深度的含水量。而TRIME?T3型土壤水分儀經(jīng)過(guò)改進(jìn)并帶有3m長(zhǎng)的TECANAT塑料管(造價(jià)高)后，可以測(cè)定3m內(nèi)的土壤剖面含水量。但相對(duì)TRIME?EZ/EZC、IT/ITC型土壤水分儀，TRIME?T3型土壤水分儀價(jià)格較高，且測(cè)定地表含水量不便。因此，設(shè)計(jì)一種方便攜帶、價(jià)格低，并且既能方便測(cè)定地表含水量，又能長(zhǎng)期定點(diǎn)快速準(zhǔn)確測(cè)定不同深度土壤含水量的裝置顯然是十分必要而具有現(xiàn)實(shí)意義的。
發(fā)明內(nèi)容
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為：
一種用于測(cè)定土壤水分的方法，包括如下步驟：
(1)制作不同長(zhǎng)度的PVC管，把它們分別固定在試驗(yàn)土壤中，并蓋上活動(dòng)蓋，防止雨水進(jìn)入管中；
(2)把土壤水分儀原自帶的打孔器探頭改裝后連接具有螺紋接口的不銹鋼管；打孔時(shí)，拿開(kāi)活動(dòng)蓋，將打孔器伸入PVC管，用打孔器探針進(jìn)行打孔；
(3)利用土壤水分儀已有的設(shè)備，把土壤水分儀匹配的探頭安裝在帶螺紋接口的延長(zhǎng)管套上，探頭導(dǎo)線通過(guò)延長(zhǎng)管套；測(cè)量土壤水分時(shí)，將土壤水分儀探頭伸入PVC管，用土壤水分儀探針插入打孔器探針打出的孔，通過(guò)探頭導(dǎo)線連接的讀數(shù)表或手持?jǐn)?shù)據(jù)管理器測(cè)定土壤水分。
所述的用于測(cè)定土壤水分的方法，打孔時(shí)，通過(guò)打孔器前部打孔器探頭上面設(shè)置的滑動(dòng)閥，控制打孔器兩打孔器探針保持恒定的距離，同時(shí)通過(guò)新型打孔器后部不銹鋼管上的定位塞定位整個(gè)打孔器，使打孔器處于PVC管的中央。
所述的用于測(cè)定土壤水分的改進(jìn)裝置，具有打孔器、土壤水分儀，土壤水分儀探頭通過(guò)導(dǎo)線連接讀數(shù)表或手持?jǐn)?shù)據(jù)管理器，所述打孔器包括打孔器探頭、安裝于打孔器探頭一端的不銹鋼管、以及安裝于打孔器另一端的打孔器探針上套裝有滑動(dòng)閥；所述土壤水分儀探頭的一端連接有與打孔器匹配的延長(zhǎng)套管，與土壤水分儀探頭連接的探頭導(dǎo)線通過(guò)延長(zhǎng)管套連至讀數(shù)表或手持?jǐn)?shù)據(jù)管理器。
所述滑動(dòng)閥為長(zhǎng)方體結(jié)構(gòu)，其上開(kāi)有與探針對(duì)應(yīng)的通孔。
所述不銹鋼管上套裝有定位塞。
所述打孔器通過(guò)定位塞與埋設(shè)于土壤中的PVC管內(nèi)壁間隙配合。
所述與打孔器連接的不銹鋼管為一段或多段連接而成，多段不銹鋼管上帶有螺紋接口。
所述用于在土壤上打孔的兩個(gè)打孔器探針與土壤水分儀探針的位置相應(yīng)、間距相同，土壤水分儀探針比打孔器探針的直徑大0.5-1.0mm。
本發(fā)明利用TRIME?EZ/EZC、TRIME?IT/ITC型土壤水分儀已有的設(shè)備，把TRIME?EZ/EZC、TRIME?IT/ITC型土壤水分儀匹配的探頭旋緊在帶螺紋接口的延長(zhǎng)管套上，探頭導(dǎo)線通過(guò)延長(zhǎng)管套。并把TRIME?EZ/EZC、TRIME?IT/ITC型土壤水分儀原自帶的打孔器探頭經(jīng)過(guò)加工后焊一根具有螺紋接口的不銹鋼管上制成新的打孔器(不銹鋼管長(zhǎng)度可在3m內(nèi)調(diào)整，可以為一段或多段連接而成)；另外，根據(jù)試驗(yàn)需要，制作不同長(zhǎng)度的PVC管(一端帶活動(dòng)蓋)，把它們隔一定間距分別固定在試驗(yàn)土壤中，并蓋上活動(dòng)蓋。
整個(gè)過(guò)程是：將不同長(zhǎng)度的PVC管埋設(shè)在標(biāo)準(zhǔn)地里，非測(cè)量時(shí)蓋上蓋，測(cè)量時(shí)取開(kāi)活動(dòng)蓋，用經(jīng)改進(jìn)過(guò)的打孔器打孔，然后使用匹配延長(zhǎng)管套的TRIMEEZ/EZC、TRIME?IT/ITC型土壤水分儀測(cè)量土壤水分。
本發(fā)明打孔器的一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)特點(diǎn)：在運(yùn)用新型打孔器打孔時(shí)，運(yùn)用打孔器前部打孔器探頭上面滑動(dòng)閥，控制打孔器兩打孔器探針保持恒定的距離，同時(shí)運(yùn)用新型打孔器后部不銹鋼管上的定位塞(定位塞套于不銹鋼管，定位塞的外徑大小依據(jù)所埋設(shè)的PVC管大小而定)定位整個(gè)打孔器，使打孔器處于PVC管的中央。
本發(fā)明具有如下特點(diǎn)：
1、本發(fā)明通過(guò)對(duì)現(xiàn)有TRIME?EZ/EZC、TRIME?IT/ITC型土壤水分儀進(jìn)行改進(jìn)，是在已有的測(cè)量土壤水分的TRIME?EZ/EZC、TRIME?IT/ITC型土壤水分儀基礎(chǔ)上，匹配一種連接TRIME?EZ/EZC、TRIME?IT/ITC型土壤水分儀探頭的延長(zhǎng)管套、一種經(jīng)改進(jìn)過(guò)的打孔器和不同長(zhǎng)度的N型PVC管，把原自帶的打孔器經(jīng)過(guò)加工后焊在一根1m長(zhǎng)的具有螺紋接口的不銹鋼管制成新的打孔器，附帶1m長(zhǎng)的具有螺紋接口的不銹鋼管、滑動(dòng)閥和定位塞。通過(guò)匹配這些設(shè)備后，在原來(lái)TRIME?EZ/EZC、TRIME?IT/ITC型土壤水分儀只能測(cè)量表層土壤含水量及需要挖坡面才能測(cè)量深層土壤含水量的基礎(chǔ)上，通過(guò)埋設(shè)PVC管可以長(zhǎng)期定點(diǎn)測(cè)量不同深度的土壤含水量。
2、本發(fā)明構(gòu)造簡(jiǎn)單、造價(jià)低、方法簡(jiǎn)便、易于操作。
3、采用本發(fā)明既可以測(cè)定表層土壤含水量，還可以長(zhǎng)期定點(diǎn)測(cè)定3m深度內(nèi)的各層土壤含水量。
4、本發(fā)明無(wú)需造價(jià)高的TECANAT塑料測(cè)管和相匹配的安裝工具。
5、本發(fā)明無(wú)輻射危害。
6、本發(fā)明的性能與TRIME-EZ/IT型土壤水分儀測(cè)量地表土壤含水量相同。
附圖說(shuō)明
圖1為本發(fā)明的打孔器結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為本發(fā)明的土壤水分測(cè)定部分結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3(a)-(g)為本發(fā)明各個(gè)零件結(jié)構(gòu)示意圖。其中，圖3(a)3m長(zhǎng)不銹鋼管打孔器；圖3(b)1m長(zhǎng)不銹鋼管打孔器；圖3(c)1m的具有螺紋接口的不銹鋼管；圖3(d)3m長(zhǎng)TDR儀探頭延長(zhǎng)管套；圖3(e)打孔器探頭；圖3(f)定位塞；圖3(g)滑動(dòng)閥。
圖4為埋設(shè)PVC管示意圖。
圖5(a)-(b)為標(biāo)準(zhǔn)地埋設(shè)PVC管實(shí)物圖。
圖中，1、3m長(zhǎng)不銹鋼管打孔器；2、1m長(zhǎng)不銹鋼管打孔器；3、具有螺紋接口的不銹鋼管(1m)；4、土壤水分儀探頭延長(zhǎng)管套(3m)；5、打孔器探頭；6、滑動(dòng)閥；7、定位塞；8、探頭導(dǎo)線；9、手持?jǐn)?shù)據(jù)管理器(讀數(shù)表)；10、土壤水分儀探頭；11、土壤水分儀探針；12、打孔器探針；13、PVC管。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明打孔器的不銹鋼管為一段或多段連接而成，多段不銹鋼管上帶有螺紋接口。根據(jù)不同長(zhǎng)度，可以做成3m長(zhǎng)不銹鋼管打孔器1，如圖3(a)所示；還可以做成1m長(zhǎng)不銹鋼管打孔器2，如圖3(b)所示；等等。
本發(fā)明用于在土壤上打孔的兩個(gè)打孔器探針12與土壤水分儀探針11的位置相應(yīng)、間距相同，土壤水分儀探針11比打孔器探針12的直徑大0.5-1.0mm。
如圖2所示，土壤水分儀探頭10的一端通過(guò)螺紋連接有土壤水分儀探頭延長(zhǎng)管套4，土壤水分儀探頭10另一端為插入土壤的土壤水分儀探針11，土壤水分儀探頭10通過(guò)探頭導(dǎo)線8連至手持?jǐn)?shù)據(jù)管理器(讀數(shù)表)9。
本發(fā)明所用材料和設(shè)備如下：
(1)TRIME?EZ/EZC、ME?IT/ITC型土壤水分儀已有的設(shè)備；
(2)一些不同長(zhǎng)度的PVC管13(如：N型PVC管，型號(hào)根據(jù)自己需要而定)和相應(yīng)的管蓋；
(3)一根3m長(zhǎng)的土壤水分儀探頭延長(zhǎng)管套4(如：M型日豐鈦管，型號(hào)根據(jù)自己需要而定)，如圖3(d)所示；
(4)3根長(zhǎng)1m的具有螺紋接口的不銹鋼管3，如圖3(c)所示；
(5)1個(gè)滑動(dòng)閥6，如圖3(g)所示；幾個(gè)不同大小的定位塞7，如圖3(f)所示；
采用以上材料與設(shè)備，本發(fā)明的構(gòu)成包括以下幾個(gè)部分：
(1)TRIME手持?jǐn)?shù)據(jù)管理器(讀數(shù)表)9；
(2)新型打孔器；
TRIME?EZ/EZC、TRIME?IT/ITC型土壤水分儀自帶的打孔器加工成新型打孔器探頭后和長(zhǎng)1m的具有螺紋接口的不銹鋼管3相焊接，在前部打孔器探頭5加上滑動(dòng)閥6，后部具有螺紋接口的不銹鋼管3套上定位塞7構(gòu)成整個(gè)新型打孔器裝置(不銹鋼管可以根據(jù)需要進(jìn)行加長(zhǎng)或分段)。打孔器探頭5如圖3(e)所示。
(3)新型土壤水分探頭
3m長(zhǎng)的土壤水分儀探頭延長(zhǎng)管套4和TRIME?EZ/EZC、TRIME?IT/ITC型土壤水分儀匹配的土壤水分儀探頭10構(gòu)成新型土壤水分測(cè)量探頭裝置。
(4)監(jiān)測(cè)管道
不同長(zhǎng)度的PVC管13和相應(yīng)的蓋構(gòu)成固定監(jiān)測(cè)管道系統(tǒng)。
實(shí)施例
以遼寧省章古臺(tái)沙地人工固沙林土壤水分異質(zhì)性測(cè)量為例具體說(shuō)明，以章古臺(tái)孫家坑后(42°39′N，122°33′E)29年生樟子松人工林為研究對(duì)象，從50個(gè)密度里選取5個(gè)不同密度組和1個(gè)空曠地(對(duì)照)作為整個(gè)試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)地(共6塊標(biāo)準(zhǔn)地)，在每塊標(biāo)準(zhǔn)地里用TDR(TRIME-EZ型土壤水分儀)測(cè)量土壤水分，深度從0～150cm，每隔15cm測(cè)量一次，共分7個(gè)層次，每一標(biāo)準(zhǔn)地設(shè)兩個(gè)重復(fù)。試驗(yàn)地具體設(shè)計(jì)如圖4、5(a)-(b)所示。
在標(biāo)準(zhǔn)地4棵樹(shù)的接近中央處選擇6個(gè)距離4棵樹(shù)大致相等的地方埋設(shè)PVC管，方法是先用土鉆按圖樣設(shè)計(jì)打孔，孔的大小與PVC管大小相當(dāng)，PVC管規(guī)格根據(jù)TDR儀探頭的大小來(lái)確定，TRIME-EZ型號(hào)的探頭圓直徑為63mm，故所選PVC管內(nèi)徑應(yīng)該大于65mm，根據(jù)一年來(lái)試驗(yàn)，建議PVC管選擇75～90mm直徑大小的為宜(根據(jù)自己實(shí)際操作方便需要)。土鉆打孔深度根據(jù)試驗(yàn)需要鉆取不同的深度，深度與相應(yīng)PVC管長(zhǎng)度相等，然后埋設(shè)PVC管。
接下來(lái)就可以測(cè)量土壤不同深度的含水量了，與TRIME?T3型土壤水分儀測(cè)量土壤水分不同的是，TRIME?T3型土壤水分儀測(cè)量的是管壁周圍的土壤含水量，而TRIME?EZ型土壤水分儀所測(cè)量的土壤含水量是PVC管底端開(kāi)始16cm深這一段土壤的平均含水量。首先用本發(fā)明的打孔器打孔，打孔時(shí)運(yùn)用定位塞盡量把打孔器打出來(lái)的孔控制在PVC管的中央，同時(shí)在PVC管端口做標(biāo)記以控制打孔器前面的打孔器探針?biāo)虺鰜?lái)的孔的具體位置，方便TDR儀測(cè)量時(shí)能夠方便快速的對(duì)準(zhǔn)孔，迅速測(cè)量。
實(shí)驗(yàn)證明，運(yùn)用專用打孔器和PVC管配合TDR儀(如TRIME?EZ型土壤水分儀)測(cè)量土壤含水量，用于監(jiān)測(cè)土壤水分的時(shí)空變化是切實(shí)可行的，尤其對(duì)基層設(shè)備條件有限的地區(qū)，更為實(shí)用。
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