專利名稱：一種用于測定土壤水分的改進裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于土壤學、農學、林學和生態(tài)學等領域測定土壤水分含量的技 術，具體為一種用于測定土壤水分的時空異質性(時空異質性包括空間異質性和 時間異質性)的改進裝置。
背景技術：
水分是土壤中的一個重要組成部分，它不僅影響著土壤的物理性質，制約著 土壤中的養(yǎng)分和溶劑的溶解、轉移和微生物的活動，而且是構成土壤肥力和土壤 性質的一個重要因素。因此，準確測定出土壤水分，無論在理論上和生產(chǎn)上都有 著重要的意義。烘干法是最常用的一種方法，也是土壤水分測定的經(jīng)典方法，簡 單易行，且有足夠的精度；但烘干法費時費力，不能原位重復測量。而當今土壤 水分的研究越來越依賴于測試手段的進步。測試手段的研究主要集中在如何快捷、 可靠、常規(guī)地測定土壤含水量。為了改變這種局面，人們先后研究出了許多定點 而方便的測定方法，這些方法有負壓計(張力計)法、儀器稱重法、Y射線透 射法、熱傳導法、電阻法、電容法、遙感技術法、中子水分儀法以及TDR (吋域 反射儀，TimeDomaioReflectometer)法等。然而，這些測量方法在實際應用中總 是存在著這樣或那樣的不足，主要表現(xiàn)在儀器成本(價格)、精度、方便攜帶程 度、測定速度和操作難易程度等。如中子水分儀不能準確測定土壤表層含水量， 還受土壤類型、結構、密度、鵬和含鹽量的影響，長期測定結果穩(wěn)定性較差； 遙感監(jiān)測可以實現(xiàn)大面積土壤水分的實時動態(tài)監(jiān)測，但由于土壤水分的空間性較 大，精確測定土壤水分仍是世界性的難點，許多理論和技術尚在探討之中，如精 度提高和服務實效等問題。
從目前來看，人們公認的中子水分儀和TDR是比較理想的方法，其中TDR 儀測定的土壤表層的含水量比中子水分儀所測定的精度要高得多。而基于TDR 原理的測定方法又包括幾種系列的管式土壤水分儀，如TRIMEEZ/EZC、TRME IT/ITC、 TRIMET3、 TRIME P3，但它們側重點不同，以致使用范圍、方便程度
和成本存在較大差異。其中TRIMEEZ/EZC、 IT/ITC型土壤水分儀只能測量土壤
表面含水量或通過挖土壤剖面來測定不同深度的含水量。而TRIMET3型土壤水 分儀經(jīng)過改進并帶有3m長的TECANAT塑料管(造價高)后，可以測定3m內 的土壤剖面含水量。但相對TRME EZ/EZC、 IT/ITC型土壤水分儀，TRIME T3 型土壤水分儀價格較高，且測定地表含水量不便。因此，設計一種方便攜帶、價 格低，并且既能方便測定地表含水量，又能長期定點快速準確測定不同深度土壤 含水量的裝置顯然是十分必要而具有現(xiàn)實意義的。
實用新型內容
本實用新型的目的就是針對上述問題，提供一種用于測定土壤水分的改進裝 置，其構造簡單、造價低、易于操作、方便又能準確測定3m深度內任意層次土 壤含水量。
為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型的技術方案為
一種用于測定土壤水分的改進裝置，具有打 L器和土壤水分儀，土壤水分儀 包括土壤水分儀探頭、與土壤水分儀探頭連接的讀數(shù)表或手持數(shù)據(jù)管理器，所述 打孔器包括打孔器探頭、安裝于打 L器探頭一端的不銹鋼管，安裝于打孔器另一 端的打孔器探針上套裝有滑動閥。
所述滑動閥為長方體結構，其上開有與探針對應的通孔。
所述不銹鋼管上套裝有定位塞。
所述打孔器通過定位塞與埋設于土壤中的PVC管內壁間隙配合。 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打 L器探針與土壤水分儀探針的位置相應、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。
所述的用于測定土壤水分的改進裝置，土壤水分儀探頭的一端連接有與打孔 器匹配的延長套管，與土壤水分儀探頭連接的探頭導線通過延長管套連至讀數(shù)表 或手持數(shù)據(jù)管理器。
本實用新型利用TRIME EZ/EZC、 TRIME IT/ITC型土壤水分儀己有的設備， 把TRME EZ/EZC、 TRME IT/ITC型土壤水分儀匹配的探頭旋緊在帶螺紋接口 的延長管套上，探頭導線通過延長管套。并把TRIME EZ/EZC、 TRIME IT/TTC 型土壤水分測定儀原自帶的打孔器探頭經(jīng)過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(不銹鋼管長度可在3m內調整，可以為一段或多段連接而 成)；另外，根據(jù)試驗需要，制作不同長度的PVC管(一端帶活動蓋)，把它們隔 一定間距分別固定在試驗土壤中，并蓋上活動蓋。
整個過程是將不同長度的PVC管埋設在標準地里，非測量時蓋上蓋，觀糧 時取開活動蓋，用經(jīng)改進過的打孔器打孔，然后使用匹配延長管套的TRIME EZ/EZC、 TRIMEIT/ITC型土壤水分儀測量土壤水分。
本實用新型打孔器的一個關鍵技術特點在運用新型打孑L器打孔時，運用打 孔器前部打孔器探頭上面滑動閥，控制打孔器兩打孔器探針保持恒定的距離，同 時運用新型打 L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)所埋設的PVC管大小而定)定位整個打孔器，使打孔器處于PVC管 的中央。
本實用新型具有如下特點
1、 本實用新型通M"現(xiàn)有TRIMEEZ/EZC、 TRIME IT/ITC型土壤水分儀進 行改進，是在已有的測量土壤水分的TRIME EZ/EZC、 TRIME IT/ITC型土壤水 分儀基礎上，匹配一種連接TRIME EZ/EZC、 TRIME IT/ITC型土壤水分儀探頭 的延長管套、 一種經(jīng)改進過的打孔器和不同長度的N型PVC管，把原自帶的打 孔器經(jīng)過加工后焊在一根lm長的具有螺紋接口的不銹鋼管制成新的打孔器，附 帶lm長的具有螺紋接口的不銹鋼管、滑動閥和定位塞。通過匹配這些設備后， 在原來TRIME EZ/EZC、 TRIME IT/ITC型土壤水分儀只能測量表層土壤含水量 及需要挖坡面才能測量深層土壤含水量的基礎上，通過埋設PVC管可以長期定點 測量不同深度的土壤含水量。
2、 本實用新型構造簡單、造價低、易于操作。
3、 采用本實用新型既可以測定表層土壤含水量，還可以長期定點測定3m深 度內的各層土壤含水量。
4、 本實用新型無需造價高的TECANAT塑料領l」管和相匹配的安裝工具。
5、 本實用新型無輻射危害。
6、 本實用新型的性能與TRME-EZ/IT型土壤水分儀測量地表土壤含水量相同。


圖1為本實用新型的打孔器結構示意圖。 圖2為本實用新型的土i襄水分測定部分結構示意圖。
圖3 (a) - (g)為本實用新型各個零件結構示意圖。其中，圖3 (a) 3m長 不銹鋼管打 L器；圖3 (b) lm長不銹鋼管打孔器；圖3 (c) lm的具有螺紋接 口的不銹鋼管；圖3 (d) 3m長TDR儀探頭延長管套；圖3 (e)打孔器探頭； 圖3 (f)定位塞；圖3 (g)滑動閥。
圖4為埋設PVC管示意圖。
圖中，1、 3m長不銹鋼管打孔器；2、 lm長不銹鋼管打孔器；3、具有螺紋 接口的不銹鋼管(lm); 4、 土壤水分儀探頭延長管套(3m); 5、打孔器探頭；6、 滑動閥.，7、定位塞；8、探頭導線；9、手持數(shù)據(jù)管理器(讀數(shù)表)；0、 土壤水 分儀探頭；11、 土壤水分儀探針；12、打孔器探針；13、PVC管。
具體實施方式
如圖1所示，本實用新型打孔器把原土壤水分儀自帶的打孔器經(jīng)過加工后焊
在一根lm長的具有螺紋接口的不銹鋼管3制成新的打孔器，所述打孔器包括打 孔器探頭5、安裝于打 L器探頭5 —端的具有螺紋接口的不銹鋼管3，具有螺紋接 口的不銹鋼管3上套裝有定位塞7，安裝于打孔器另一端的打孔器探針12上套裝 有滑動閥6;滑動閥6為長方體結構，其上開有與打孔器探針12對應的通 L;打 孔器通過定位塞7與埋設于土壤中的PVC管13內壁間隙配合。
本實用新型打 L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)不同長度，可以做成3m長不銹鋼管打孔器l，如圖3 (a)所示; 還可以做成lm長不銹鋼管打孔器2，如圖3 (b)所示；等等。
本實用新型用于在土壤上打孔的兩個打孔器探針12與土壤水分儀探針11的 位置相應、間距相同，土壤水分儀探針li比打孑L器探針12的直徑大0.5-l.Omm。
如圖2所示，土壤水分儀探頭10的一端通過螺紋連接有土壤水分儀探頭延長 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通過探頭導線8連至手持數(shù)據(jù)管理器(讀數(shù)表)9。
木實用新型所用材料和設備如下
(1) TR1ME EZ/EZC、 丁R1ME IT/ITC型七壤水分儀已有的設備；
(2) —些不同長度的PVC管13 (如N型PVC管，型號根據(jù)自己需要而 定)和相應的管蓋；
(3) —根3m長的土壤水分儀探頭延長管套4 (如M型日豐鈦管，型號根 據(jù)自己需要而定)，如圖3 (d)所示；
(4) 3根長lm的具有螺紋接口的不銹鋼管3，如圖3 (c)所示；
(5) 1個滑動閥6，如圖3 (g)所示；幾個不同大小的定位塞7，如圖3 (f)
所示；
采用以上材料與設備，本實用新型的構成包括以下幾個部分
(1) TRIME手持數(shù)據(jù)管理器(讀數(shù)表)9;
(2) 新型打孔器；
TRIMEEZ/EZC、 TTRIMEIT/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lm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 上滑動閥6，后部具有螺紋接口的不銹鋼管3套上定位塞7構成整個新型打孔器 裝置(不銹鋼管可以根據(jù)需要進行加長或分段)。打孔器探頭5如圖3 (e)所示。
(3) 新型土壤水分探頭
3m長的土壤水分儀探頭延長管套4和TRME EZ/EZC、 TRIME IT/ITC型土 壤水分儀匹配的土壤水分儀探頭10構成新型土壤水分測量探頭裝置。
(4) 監(jiān)測管道
不同長度的PVC管13和相應的蓋構成固定監(jiān)測管道系統(tǒng)。
以遼寧省章古臺沙地人工固沙林土壤水分異質性測量為例具體說明，以章古 臺孫家坑后(42°39N， 122°33E) 29年生樟子松人工林為研究對象，從50個密 度里選取5個不同密度組和1個空曠地(對照)作為整個i式驗的標準地(共6i央 標準地)，在每i央標準地里用TOR (TRME-EZ型土壤水分儀)測量土壤水分， 深度從0 150cm，每隔15cm測量一次，共分7個層次，每一標準地設兩個重復。 試驗地具體設計如圖4所示。
在標準地4棵樹的接近中央 擇6個距離4棵樹大致相等的地方埋設PVC 管，方法是先用土鉆按圖樣設計打孔，孑L的大小與PVC管大小相當，PVC管規(guī) 格根據(jù)TDR儀探頭的大小來確定，TRIME-EZ型號的探頭圓直徑為63mm，故所 選PVC管內徑應該大于65mm，根據(jù)一年來試驗，建議PVC管選擇75 90mm直 徑大小的為宜(報據(jù)自己實際操作方便需要)。土鉆打孔深度根據(jù)試驗需要鉆取不 同的深度，深度與相應PVC管長度相等，然后埋設PVC管。
接下來就可以測量土壤不同深度的含水量了 ，與TR1ME T3型土壤水分儀測
量土壤水分不同的是，TRIMET3型土壤水分儀澳糧的是管壁周圍的土壤含水量, 而TRIME EZ型土壤水分儀所測量的土壤含水量是PVC管底端開始16cm深這一 段土壤的平均含水量。首先用本實用新型的打孔器打孔，打孔時運用定位塞盡量 把打孔器打出來的孑L控制在PVC管的中央，同時在PVC管端口做標記以控制打 孔器前面的打孔器探針所打出來的孔的具體位置，方便TDR儀觀糧時能夠力1更 快速的對準孔，迅速測量。
實驗i正明，運用專用打孔器和PVC管配合TDR儀(如TRIMEEZ型土壤水 分儀)測量土壤含水量，用于監(jiān)領i比壤水分的時空變化是切實可行的，尤其對基 層設備條件有限的地區(qū)，更為實用。
權利要求1、一種用于測定土壤水分的改進裝置，具有打孔器和土壤水分儀，土壤水分儀包括土壤水分儀探頭、與土壤水分儀探頭連接的讀數(shù)表或手持數(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，安裝于打孔器另一端的打孔器探針上套裝有滑動閥。
2、 按照權利要求1所述的用于測定土壤水分的改進裝置，其特征在于所述 滑動閥為長方體結構，其上開有與探針對應的通孔。
3、 按照權利要求1所述的用于測定土壤水分的改進裝置，其特征在于所述 不銹鋼管上套裝有定位塞。
4、 按照權利要求3所述的用于測定土壤水分的改迸裝置，其特征在于所述 打孔器通過定位塞與埋設于土壤中的PVC管內壁間隙配合。
5、 按照權利要求1所述的用于測定土壤水分的改進裝置，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 。
6、 按照權利要求1所述的用于測定土壤水分的改進裝置，其特征在于所述 用于在土壤上打孔的兩個打孔器探針與土壤水分儀探針的位置相應、間距相同，土壤水分儀探針比打孑L器探針的直徑大0.5-l.Omm。
7、 按照權利要求1所述的用于測定土壤水分的改進裝置，其特征在于土壤水分儀探頭的一端連接有與打 L器匹配的延長套管，與土壤水分儀探頭連接的探頭導線通過延長管套連至讀數(shù)表或手持數(shù)據(jù)管理器。
專利摘要本實用新型屬于土壤學、農學、林學和生態(tài)學等測定土壤水分含量的技術，具體為一種用于測定土壤水分的改進裝置。本實用新型是在已有的測量土壤水分的TRIME EZ/EZC、TRIME IT/ITC型土壤水分儀基礎上，匹配一種連接TRIME EZ/EZC、TRIME IT/ITC型土壤水分儀探頭的延長管套、一種經(jīng)改進過的打孔器和不同長度的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閥。本實用新型構造簡單、造價低、易于操作，在原來TRIME EZ/EZC、TRIME IT/ITC型土壤水分儀只能測量表層土壤含水量及需要挖坡面才能測量深層土壤含水量的基礎上，通過埋設PVC管可以長期定點測量不同深度的土壤含水量。
文檔編號G01N35/00GK201007712SQ20062016865
公開日2008年1月16日 申請日期2006年12月27日 優(yōu)先權日2006年12月27日
發(fā)明者于立忠, 康宏樟, 朱教君 申請人:中國科學院沈陽應用生態(tài)研究所