CN102607679B - 土水重量及渗滤水质实时监测装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种土水重量及渗滤水质实时监测装置，包括土柱称重系统、渗滤水收集监测系统和数据采集传输系统。本发明具有系统性和多功能性，能够实现自动监测、自动储存数据、数据无线传输的功能。装置可以自动监测土水重量的变化和渗滤水质，实时掌握土壤水分变化和养分渗滤迁移情况；监测数据通过数据采集传输系统进行储存、传送和接受，及时方便的处理数据。

Description

土水重量及渗滤水质实时监测装置

一、技术领域

本发明涉及一种土水重量及渗滤水质实时监测装置，具体涉及到自动监测土水重量变化、土壤渗滤水质以及监测数据无线传输的一整套装置。

二、技术背景

科学合理地进行农田土壤水分变化和养分淋溶迁移的监测一直是农业生产研究的重要议题。土壤水的含量变化、土壤养分渗滤等状况，影响作物对水、养分的吸收，进而影响土壤养分的有效性及对土壤和地下水的污染程度。目前我国农田施肥在数量和时间的控制上比较粗放，普遍存在肥水资源利用率不高、浪费及面源污染严重等现象，对土水重量变化、土壤养分渗滤状况等还没有在田间进行实时监测，也没有把监测数据进行远程传输。目前已有的专利仅是单一的对物品自动称量或对数据进行远程传输，但还没有将土水重量称量、渗滤水质监测及数据远程传输相结合的一整套装置。本专利涉及土水重量变化自动称量、渗滤水质实时监测和自动采集存储测量数据的装置，并对监测数据进行远程传输，能够实时监测土壤水含量变化、土壤渗滤水质状况，从而更好的指导农田施肥和灌溉。

三、发明内容

   为了解决上述问题，本发明提供了一种土水重量及渗滤水质实时监测装置，本发明可以实时监测田间土水重量变化及渗滤水质等状况，并可以把监测数据通过无线传输系统进行传输和接收。通过该发明可以及时方便的监测土壤水变化及养分迁移状况，为科学合理施肥、减少肥水损失提供技术和设备支撑，更好的满足农业生产需要。

一种土水重量及渗滤水质实时监测装置，包括土柱称重系统、渗滤水收集监测系统和数据采集传输系统。

所述的土柱称重系统由土柱桶、自动称重传感器和承重柱组成。所述的土柱桶是圆柱状不锈钢桶，上下直径相同，有底，直径一般为1.5米，高度一般为2米，其尺寸可根据试验需要而定，一般以达到作物根系分布深度为好；所述的自动称重传感器和承重柱均为三个，三个承重柱成等边三角形置于土柱桶的下部，每个承重柱上固定一个自动称重传感器，自动称重传感器上放置土柱桶。

所述的渗滤水收集监测系统由渗滤水承接盘、导水管、集水容器、水质自动监测仪组成；所述的土柱桶侧壁距地表土表面50厘米、100厘米和150厘米处上下交错设置3个直径为1.5厘米的孔；所述的集水容器、水质自动监测仪和渗滤水承接盘均为3个；所述的渗滤水承接盘分别放置在土柱桶内距地表50厘米、100厘米和150厘米处，且上下交错不重叠；渗滤水承接盘为圆形不锈钢盘，半径15厘米、深10厘米；每个渗滤水承接盘在其一侧面底端均设有一个直径为1.5厘米的孔；渗滤水承接盘的孔与土柱桶壁的孔对齐，每根导水管的一端与渗滤水承接盘底部的孔连接，另一端穿过土柱桶上对应的孔与集水容器连接；三个集水容器内分别放置一水质自动监测仪。

所述的数据采集传输系统由数据采集器、蓄电池、无线发射器、无线接收器、电脑终端组成。所述的数据采集器与三个自动称重传感器和三个水质自动监测仪均通过232线连接，实时采集并储存监测数据，再通过RS485总线与带有RS485接口的无线发射器(GPRS模块) 连接；无线发射器与无线接收器通过广域网连接，无线接收器通过232线与电脑终端连接；无线发射器(GPRS模块) 将采集到的数据通过GPRS网络，再通过广域网发送给无线接收器。

所述的水质自动监测仪为多参数水质监测仪（美国哈希MS5水质检测仪），可同时实现多个参数数据的实时读取、储存和分析，可测定电导率、pH、铵离子、硝酸根离子、氯离子、ORP氧化还原电位、总溶解气体、温度等。

所述的自动称重传感器可以自动称量物体（如土柱桶）的质量，并可把称量数据传递给数据采集器进行记录，其称量范围及精度需满足所称物体质量及试验精度要求。

所述的数据采集器具有把与其相连的具有数据传输功能的仪器（如自动称重传感器）的测定数据进行采集记录的功能，并可进一步把数据传递给电脑终端，以便进行统计处理分析。

本发明专利的优点为：

本发明装置具有系统性和多功能性，能够实现自动监测、自动储存数据、数据无线传输的功能。装置可以自动监测土水重量的变化和渗滤水质，实时掌握土壤水分变化和养分渗滤迁移情况；监测数据通过数据采集传输系统进行储存、传送和接受，及时方便的处理数据。

四、附图说明

下面结合附图对本发明进一步说明。

图1是本发明的整体图，其中，19为地下室盖，20为混凝土墙体，21为砼基础。

图2是土柱称重系统示意图。其中，1为土柱桶，2为自动称重传感器，3为承重柱。

图3是渗滤水收集监测系统示意图。其中，4是渗滤水承接盘，5是渗滤水承接盘小孔，6是土柱桶小孔 7是导水管，8是集水容器，9是水质自动监测仪 10是排水口。

图4是数据采集传输系统。其中11是无线发射器，12是数据采集器，13为蓄电池，14为信号发射天线，15为电脑终端，16为无线接收器。

图5是本发明实施后的实体俯瞰图。其中，17为地下室入口，18为铁梯。

五、具体实施方式

本发明所涉及的自动称重传感器、数据采集器、蓄电池、无线发射器、无线接收器和电脑终端均为市购产品。

本发明中涉及的自动称重传感器可根据使用要求确定，其称量范围及精度能满足使用中所称物体质量及试验精度要求即可。

结合附图具体实施方法如下： 

先按照测定渗滤水取样深度要求，在土柱桶壁侧壁上下交错打3个直径为1.5厘米的小孔，用于导流出渗滤水承接盘中的渗滤水，所打小孔的位置距离地表土表面分别为50厘米、100厘米、150厘米，小孔的上下交错程度以各土层的渗滤水承接盘上下不重叠为准；渗滤水承接盘为圆形不锈钢盘，半径15厘米、深10厘米。渗滤水承接盘侧面底部打一个直径为1.5厘米的小孔，接上含有钢丝的抗压塑料导水管，连接处用密封胶密封，使其不漏水。盘底先铺垫厚5厘米细沙，上面装土至满盘。

在田间选定合适地点，挖掘长3-4米、宽2-3米、深3米的土坑，在土坑内建一个地下室，其底部为砼基础21，厚10厘米，坑底垫层上部建防水钢筋混凝土结构墙体20，厚度为30厘米、高280厘米，用防水C25浇筑。地下室顶部的中间留一个直径160厘米的圆形洞口；在池顶一角留一个80厘米×100厘米的地下室入口17，有一个铁梯18从顶部通到底部，用于人员上下。在地下室底面正对顶部圆洞的地面上，呈等边三角形设置三个承重柱，每个承重柱上固定一个自动称重传感器2，自动称重传感器2与数据采集器12相连。三个自动称重传感器2上面安放土柱桶1，土柱桶1上沿高出地面15厘米。土柱桶1内添加试验用土，所添土的层次结构应与周围田间土的相同，随着土的添加，根据实验需要将三个渗滤水承接盘4由下到上放置在土柱桶1内，深度距离地表分别为150厘米、100厘米、50厘米，放置时渗滤水承接盘4应上下交错，交错程度以上下渗滤水承接盘4不重叠为准。安放渗滤水承接盘4的同时把各个土层渗滤水承接盘4上的导水管7穿过相对应深度的土柱桶小孔6，通到土柱桶1外的与之相对应的集水容器8内，进行渗滤水的采集，集水容器8内安装有水质自动监测仪9，设置好水质自动检测仪的测定时间间隔后，将水质自动检测仪与数据采集器12连接从而实现数据的实时储存，数据采集器12由蓄电池13供电保证续航，其采集的数据通过无线发射器11编码，经信号发射天线14通过GPRS广域网传输给无线接收器，无线接收器16接收到数据后，通过232线与电脑终端15相连，实现数据的实时监控。

整套设备安装完毕，就可以进行试验数据的测定和接收。随着土柱桶内土壤中水分蒸发渗漏或浇灌，整个土柱桶的质量会减少或增加，土柱桶的质量变化情况由称重传感器称出，并把数据传输给数据采集器；土柱桶中的渗漏水被其内部各层次的渗滤水承接盘承接后，汇集到集水容器中，利用水质自动监测仪测定渗漏水中电导率、pH、铵离子、硝酸根离子、氯离子、ORP氧化还原电位、总溶解气体、温度，得出土壤通气状况及土壤养分渗漏情况；数据采集器采集数据后通过无线发生器发给无线接收器，再通过232线与电脑终端相连，实现数据的实时监控，指导人们进行浇灌、松土通气、施肥等田间管理措施科学合理的进行。

Claims (1)

1.一种土水重量及渗滤水质实时监测装置，其特征在于包括土柱称重系统、渗滤水收集监测系统和数据采集传输系统；

所述的土柱称重系统由土柱桶、自动称重传感器和承重柱组成；所述的土柱桶是圆柱状不锈钢桶，上下直径相同，有底；所述的自动称重传感器和承重柱均为三个，三个承重柱成等边三角形置于土柱桶的下部，每个承重柱上固定一个自动称重传感器，自动称重传感器上放置土柱桶；

所述的渗滤水收集监测系统由渗滤水承接盘、导水管、集水容器、水质自动监测仪组成；所述的土柱桶侧壁距地表土表面50厘米、100厘米和150厘米处上下交错设置3个直径为1.5厘米的孔；所述的集水容器、水质自动监测仪和渗滤水承接盘均为3个；所述的渗滤水承接盘分别放置在土柱桶内距地表50厘米、100厘米和150厘米处，且上下交错不重叠；渗滤水承接盘为圆形不锈钢盘，半径15厘米、深10厘米；每个渗滤水承接盘在其一侧面底端均设有一个直径为1.5厘米的孔；渗滤水承接盘的孔与土柱桶壁的孔对齐，每根导水管的一端与渗滤水承接盘底部的孔连接，另一端穿过土柱桶上对应的孔与集水容器连接；三个集水容器内分别放置一水质自动监测仪；

所述的数据采集传输系统由数据采集器、蓄电池、无线发射器、无线接收器、电脑终端组成；所述的数据采集器与三个自动称重传感器和三个水质自动监测仪均通过232线连接，实时采集并储存监测数据，再通过RS485总线与带有RS485接口的无线发射器GPRS模块连接；无线发射器与无线接收器通过广域网连接，无线接收器通过232线与电脑终端连接，无线发射器GPRS模块将采集到的数据通过GPRS网络，再通过广域网发送给无线接收器；

所述的水质自动监测仪为多参数水质监测仪，能同时实现多个参数数据的实时读取、储存和分析，能测定电导率、pH、铵离子、硝酸根离子、氯离子、ORP氧化还原电位、总溶解气体和温度；

所述的自动称重传感器能自动称量物体的质量，并把称量数据传递给数据采集器进行记录，其称量范围及精度需满足所称物体质量及试验精度要求。

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