一种自补水的土壤降雨入渗自动监测系统技术方案

本发明专利技术公开了属于土壤水分测量技术领域的一种自动供水的降雨入渗自动测定系统。该系统包括底座，马氏瓶，液位计、进出水电磁阀，控水槽，调节阀，降雨器，土柱，连通径流双瓶，可编程控制器和触摸屏等组成；通过可编程控制器对马氏瓶液位计与径流液位计的液位信号检测、数据计算处理，完成对进出水电磁阀和调节阀的控制，实现自动补水、自动调节雨强及自动采集,存储实验数据；通过对触摸屏人机界面的开发，实现实验数据的实时显示、历史及趋势查询等。可以实现土壤降雨入渗实验的长时序无人值守自动实验及实验过程的可视化自动监测。

An Automatic Monitoring System for Soil Rainfall Infiltration with Self-replenishing Water

The invention discloses an automatic rainfall infiltration measurement system for water supply, which belongs to the technical field of soil moisture measurement. The system consists of base, Markov bottle, level gauge, water inlet and outlet solenoid valve, water control tank, regulating valve, rainfall device, soil column, connected runoff double bottle, programmable controller and touch screen, etc. Through the programmable controller, the liquid level signal detection and data processing of Markov bottle level gauge and runoff level gauge are completed, and the control of water inlet and outlet solenoid valve and regulating valve is realized automatically. Water replenishment, automatic adjustment of rainfall intensity, automatic collection and storage of experimental data; through the development of touch screen human-machine interface, real-time display of experimental data, history and trend query are realized. It can realize long-time unattended automatic experiment of soil rainfall infiltration experiment and visual automatic monitoring of experiment process.

【技术实现步骤摘要】
一种自补水的土壤降雨入渗自动监测系统
本专利技术属于土壤入渗特性测量
，特别涉及一种自补水的土壤降雨入渗自动监测系统。
技术介绍
入渗是指水分(降雨或者灌溉)进入土壤的过程，土壤水分入渗是水文学中非常重要的基本概念，定量描述土壤入渗过程是水循环及水利用的重要基础内容，对研究地表产流的机理，以及增加土壤入渗、提高作物水分利用效率等具有重要的理论意义和实践价值。目前传统的室内降雨入渗实验是采用人工测量的方法，在底部自由排水的土柱上利用马氏瓶进行人工降雨，通过测量人工降雨量、土柱表面径流量，由水量守恒关系得到土壤的入渗量。此方法原理清晰、简单易行，但实验过程中存在马氏瓶人工补水困难；需长时间人工看守记录数据；人工读数精度较差，实验数据不易保存处理等问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出一种自补水的土壤降雨入渗自动监测系统，其特征在于，所述自补水的降雨入渗监测系统的组成为：在底座1的上腔内下部固定控水槽6，马氏瓶2固定在控水槽6上面，马氏瓶液位计3固定于马氏瓶2中央，马氏瓶2左右两侧分别安装出水电磁阀5和进水电磁阀4，进水电磁阀4的另一端与水路连接，出水电磁阀5的排水口19插入控水槽6内，通气孔20设置在马氏瓶2底中央，伸入控水槽6的顶面下1cm处；放水口17设置在控水槽6的底部中心，溢流管道7固定在控水槽6的一侧，其上端口在控水槽6的顶面下0.5cm，溢流管道7的下端穿过控水槽6底进入底座1的下腔内，末端伸入排水槽13内。在底座1的下腔内设置土柱10、连通径流双瓶11和排水槽13；排水槽13在底座1底板下面，手动放水阀21固定在排水槽13下面，用于排放实验用水；土柱10固定在底座1底板中央，连通径流双瓶11在底座1的下腔内两侧；调节阀8与放水口17连接；调节阀8下端与降雨器9顶面连通；降雨器9下端通过套筒18与土柱10连接，土柱10顶部侧下方通过径流管路与连通径流双瓶11连接，径流液位计12安装在连通径流双瓶11的一瓶中。在底座1的侧面的配电箱16中固定可编程控制器14和触摸屏15。所述马氏瓶底部设有通气孔20与大气相通，伸入到控水槽6顶部以下1cm处。所述降雨器9为针板式降雨器，分上下两部分，通过法兰23进行连接，以形成密封水路，且方便更换、清洗针板22。针板22内径分别为0.5mm、1.0mm、1.6mm三种型号，用于模拟不同雨滴大小的降雨。其顶端连接的调节阀8，用于控制实验启停与调节雨强大小。所述土柱10由有机玻璃制成，用来盛放实验土样，其底部为均匀钻有0.5cm直径小孔的底板，与排水槽13顶部连通。所述连通径流双瓶11，可用于盛放足够多的径流量；其中一瓶中安装径流液位计12，对连通径流双瓶液位进行实时检测；另一瓶下方紧接底部设有第二手动放水阀24，用于实验结束后排放连通径流双瓶11中的储水。本专利技术的有益效果是马氏瓶液位计、进水电磁阀、出水电磁阀、调节阀和径流液位计均通过电缆接入到可编程控制器。可编程控制器通过MPI/PPI通讯电缆与触摸屏连接，安装在配电箱中，二者通过变量链接，实现同步操作显示。本专利技术通过触摸屏人机界面软件的二次开发，可实现对入渗过程的自动监测，实验数据的采集存储、分析处理、数据显示、历史查询等功能。可以实现土壤降雨入渗实验的长时序无人值守自动实验及实验过程的可视化自动监测。附图说明图1是一种自补水的土壤降雨入渗自动监测系统的结构示意图。图中，1-底座，2-马氏瓶，3-马氏瓶液位计，4-进水电磁阀，5-出水电磁阀，6-控水槽，7-溢流管道，8-调节阀，9-降雨器，10-土柱，11-连通径流双瓶，12-径流液位计，13-排水槽，14-可编程控制器，15-触摸屏。16-配电箱，17-放水口，18-套筒，19-排水口，20-通气孔，21-第一手动放水阀，22-针板，23-法兰，24-第二手动放水阀。具体实施方式本专利技术提出的一种自补水的土壤降雨入渗自动监测系统，下面结合附图,对本专利技术予以说明。如图1所示的自补水的土壤降雨入渗自动监测系统的组成为：所述自补水的降雨入渗监测系统的组成为：在底座1的上腔内下部固定控水槽6，马氏瓶2固定在控水槽6上面，马氏瓶液位计3固定于马氏瓶2中央，马氏瓶2左右两侧分别安装出水电磁阀5和进水电磁阀4，进水电磁阀4的另一端与水路连接，出水电磁阀5的排水口19插入控水槽6内，通气孔20设置在马氏瓶2底中央，伸入控水槽6的顶面下1cm处；放水口17设置在控水槽6的底部中心，溢流管道7固定在控水槽6的一侧，其上端口在控水槽6的顶面下0.5cm，溢流管道7的下端穿过控水槽6底进入底座1的下腔内，末端伸入排水槽13内。在底座1的下腔内设置土柱10、连通径流双瓶11和排水槽13；排水槽13在底座1底板下面，手动放水阀21固定在排水槽13下面，用于排放实验用水；土柱10固定在底座1底板中央，连通径流双瓶11在底座1的下腔内两侧；调节阀8与放水口17连接；调节阀8下端与降雨器9顶面连通；降雨器9下端通过套筒18与土柱10连接，土柱10顶部侧下方通过径流管路与连通径流双瓶11连接，径流液位计12安装在连通径流双瓶11的一瓶中。在底座1的侧面的配电箱16中固定可编程控制器14和触摸屏15。马氏瓶底部设有通气孔20与大气相通，伸入到控水槽6顶部以下1cm处。降雨器9为针板式降雨器，分上下两部分，通过法兰23进行连接，以形成密封水路，且方便更换、清洗针板22。针板22内径分别为0.5mm、1.0mm、1.6mm三种型号，用于模拟不同雨滴大小的降雨。其顶端连接的调节阀8，用于控制实验启停与调节雨强大小。土柱10由有机玻璃制成，用来盛放实验土样，其底部为均匀钻有0.5cm直径小孔的底板，与排水槽13顶部连通。连通径流双瓶11，可用于盛放足够多的径流量；其中一瓶中安装径流液位计12，对连通径流双瓶液位进行实时检测；另一瓶下方紧接底部设有第二手动放水阀24，用于实验结束后排放连通径流双瓶11中的储水。在底座1的侧面的配电箱16中固定可编程控制器14和触摸屏15。马氏瓶液位计、进水电磁阀、出水电磁阀、调节阀和径流液位计均通过电缆接入到可编程控制器14。可编程控制器14通过MPI/PPI通讯电缆与触摸屏15连接，二者通过变量链接，实现同步操作显示。初始状态，马氏瓶2中充满水，关闭进水电磁阀4、出水电磁阀5及调节阀8，控水槽6中水位与马氏瓶2通气孔位置齐平。降雨器9顶端通过管路与马氏瓶2排水口19连接，土柱10中盛放实验土样，通过套筒18与降雨器9连接，通过径流管路与连通径流双瓶11连接。根据设置雨强大小，通过触摸15设置调节阀8开度，并打开出水电磁阀5，开始降雨实验。控水槽6中的水通过降雨器9降入到土柱10中，液位低于马氏瓶2的通气孔20，空气进入到马氏瓶2中，则马氏瓶2中的水就会通过出水电磁阀5连接的排水口19流入到控水槽6中，使得控水槽6中的水位一直保持恒定，从而保证降雨的均匀稳定性。为预防控水槽6水位过高溢出，在控水槽底部侧端设置溢流管道7，溢流管道7的顶部低于控水槽6顶部0.5cm高度，溢流管道7的末端伸入排水槽13中，如此，万一控制元件失灵，控水槽6中过高的水位就会排入到排水槽13中，避免安全事故发生。可编程控制器14对马氏瓶液位计3的输出电流的进行实时检测，并通过将模拟量转换本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种自补水的土壤降雨入渗自动监测系统，其特征在于系统组成为：在底座(1)的上腔内下部固定控水槽(6)，马氏瓶(2)固定在控水槽(6)上面，马氏瓶液位计(3)固定于马氏瓶(2)中央，马氏瓶(2)左右两侧分别安装出水电磁阀(5)和进水电磁阀(4)，进水电磁阀(4)的另一端与水路连接，出水电磁阀(5)的排水口(19)插入控水槽(6)内，通气孔(20)设置在马氏瓶(2)底中央，伸入控水槽(6)的顶面下1cm处；放水口(17)设置在控水槽(6)的底部中心，溢流管道(7)固定在控水槽(6)的一侧，其上端口在控水槽(6)的顶面下0.5cm，溢流管道(7)的下端穿过控水槽(6)底进入底座(1)的下腔内，末端伸入排水槽(13)内；在底座(1)的下腔内设置土柱(10)、连通径流双瓶(11)和排水槽(13)；排水槽(13)在底座(1)底板下面，手动放水阀(21)固定在排水槽(13)下面，用于排放实验用水；土柱(10)固定在底座(1)底板中央，连通径流双瓶(11)在底座(1)的下腔内两侧；调节阀(8)与放水口(17)连接；调节阀(8)下端与降雨器(9)顶面连通；降雨器(9)下端通过套筒(18)与土柱(10)连接，土柱(10)顶部侧下方通过径流管路与连通径流双瓶(11)连接，径流液位计(12)安装在连通径流双瓶(11)的一瓶中；在底座(1)的侧面的配电箱(16)中固定可编程控制器(14)和触摸屏(15)。...

【技术特征摘要】
1.一种自补水的土壤降雨入渗自动监测系统，其特征在于系统组成为：在底座(1)的上腔内下部固定控水槽(6)，马氏瓶(2)固定在控水槽(6)上面，马氏瓶液位计(3)固定于马氏瓶(2)中央，马氏瓶(2)左右两侧分别安装出水电磁阀(5)和进水电磁阀(4)，进水电磁阀(4)的另一端与水路连接，出水电磁阀(5)的排水口(19)插入控水槽(6)内，通气孔(20)设置在马氏瓶(2)底中央，伸入控水槽(6)的顶面下1cm处；放水口(17)设置在控水槽(6)的底部中心，溢流管道(7)固定在控水槽(6)的一侧，其上端口在控水槽(6)的顶面下0.5cm，溢流管道(7)的下端穿过控水槽(6)底进入底座(1)的下腔内，末端伸入排水槽(13)内；在底座(1)的下腔内设置土柱(10)、连通径流双瓶(11)和排水槽(13)；排水槽(13)在底座(1)底板下面，手动放水阀(21)固定在排水槽(13)下面，用于排放实验用水；土柱(10)固定在底座(1)底板中央，连通径流双瓶(11)在底座(1)的下腔内两侧；调节阀(8)与放水口(17)连接；调节阀(8)下端与降雨器(9)顶面连通；降雨器(9)下端通过套筒(18)与土柱(10)连接，土柱(10)顶部侧下方通过径流管路与连通径流双瓶(11)连接，径流液位计(12)安装在连通径流双瓶(11)的一瓶中；在底座(1)的侧面的配电箱(16)中固定可编程控制器(14)和触摸屏(15)。2.根据权利要求1所述的一种自补水的土壤降雨入渗自动监测系统，其特征在于，所述马氏瓶底部设有通气孔(20)与大气相通，伸入到控水槽(6)顶部以下1cm处。3.根据权利要求1所述的一种自补水的土壤降雨入渗自动监测系统，其特征在于，所述降雨器(9)为针板式降雨器，分上下两部分，通过法兰(23)进行连接，以形成密封水路，且方便更换清洗针板(22)；针板(22)内径分别为0.5mm、1.0mm、1.6mm三种型号，用于模拟不同雨滴大小的降雨；其顶端连接的调节...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕华芳，杨汉波，雷慧闽，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京,11