CN101639433B - 一种陆面蒸散发测量*** - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种陆面蒸散发测量***，其特征在于：它包括小车运载模块、杠杆衰减模块、PLC运动控制模块、数据采集模块和供电及通信控制模块；所述小车运载模块用来将***运载到待测容器下方并承受待测容器的重量，杠杆衰减模块用于平衡待测容器的部分重量，所述PLC运动控制模块控制所述小车运载模块的运动，所述数据采集模块负责测试待测容器的重量并将测试数据传输给所述供电及通信控制模块，所述供电及通信控制模块向所述小车运载模块、PLC运动控制模块和数据采集模块供应电力以及发送控制指令。本发明克服了现有的固定式和吊挂式蒸渗仪称重***的缺点，并集中两者的优点，可广泛用于农林、水利和气象等科研领域。

Description

一种陆面蒸散发测量***

技术领域

本发明涉及一种智能化电子测量仪器，特别是关于一种通过地下轨道进行巡测测坑重量变化，从而能够获取作物蒸散发量的陆面蒸散发测量***。

背景技术

改革开放三十年来，我国的城市和工业建设快速发展，用水量急剧增加，水资源短缺已经成为困扰我国经济发展的一大难题。开展农业蒸散发研究对合理制定灌溉规划、节约用水意义重大。另外，蒸散发量也是水文循环的一个主要组成部分，是水文学研究的重要内容。

目前，蒸渗仪是测定农田蒸散发量的标准仪器，它是一种设在田间或温室内并且装满土壤的大型容器，容器中的土壤或者裸露或者种植各种作物，通过称重的方法定时地测量容器重量的变化，然后计算得到蒸散发量。从称重装置的安装方式来看，它可分为固定式和移动式两种：1、固定式比较常见，它直接在地基和蒸渗仪容器之间安装称重传感器，优点是实现起来简单，缺点是每一个容器都需要配备相应的称重***，在容器数量较多的重复对比观测试验中，一方面试验成本较高，另一方面也增加了由称重传感器差异引起的试验数据的不确定性；2、移动式，顾名思义，称量装置可移动到容器的所在位置进行测量，机动性较强，理论上只要一套称重装置即可实现所有容器的测量，降低了试验的成本，并且增加了试验数据的一致性。专利号02240064.8公布了一种吊挂式称重蒸渗仪，它的称重装置位于容器的上方，测量时工作人员首先需要把容器的钢丝绳挂在吊钩上，然后称重装置吊起测量，测试结束后工作人员控制放下容器，取下钢丝后，进行下一个容器的测量，这种称重装置必须有人的参与，智能化程度较低，而且吊起测量在风力较大的情况下，试验结果的误差增大。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种智能化程度高、测量精度高且试验成本低的地下轨道式陆面蒸散发测量***。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种陆面蒸散发测量***，其特征在于：它包括小车运载模块、PLC运动控制模块、数据采集模块和供电及通信控制模块；所述小车运载模块用来将***运载到待测容器下方并承受待测容器的重量，所述PLC运动控制模块控制所述小车运载模块的运动，所述数据采集模块负责测试待测容器的重量并将测试数据传输给所述供电及通信控制模块，所述供电及通信控制模块向所述小车运载模块、PLC运动控制模块和数据采集模块供应电力以及发送控制指令；所述小车运载模块包括小车平台、车轮、轨道、蜗轮电机和承重平台，所述小车平台位于装满原状土柱的待测容器下方，并通过所述车轮滚动设置在水平的所述轨道上；所述小车平台上安装所述蜗轮电机，所述蜗轮电机的输出端连接所述车轮，所述承重平台通过底部的弹簧支撑在所述小车平台之上；所述PLC运动控制模块包括同步液压千斤顶、同步称重液压千斤顶、电控液压机、称重电控液压机、垂直行程传感器和PLC控制器；四个所述同步液压千斤顶设置在所述承重平台下表面的四个角落部位上，且所述同步液压千斤顶的活塞可伸长并坐落于所述轨道上；四个所述同步称重液压千斤顶对称设置在所述承重平台的上表面，用于抬升待测容器的重量；所述电控液压机和称重电控液压机分别连接所述同步液压千斤顶和同步称重液压千斤顶，用来向相应的同步千斤顶提供动力；所述垂直行程传感器设置在所述承重平台上，用来检测所述承重平台的行程；所述电控液压机、称重电控液压机和垂直行程传感器均与所述PLC控制器电连接；所述数据采集模块包括称重传感器、总线式土壤水势温度传感器、总线式土壤水分温度传感器、总线动态连接器和数据采集器；所述称重传感器安装在所述PLC运动控制模块的同步称重液压千斤顶的活塞顶端上，用于测量待测容器的重量并将数据传输给所述数据采集器保存；所述总线式土壤水势温度传感器和总线式土壤水分温度传感器安装在所述待测容器上，并通过所述总线动态连接器与所述数据采集器相连，用于测量土壤的水势、温度和水分含量；所述供电及通信控制模块包括配电柜、供电轨、电刷、电源盒、计算机、以太网线路和以太网电力载波通信装置；所述配电柜一端与供电轨电连接，另一端与所述以太网电力载波通信装置电连接；所述供电轨设置在所述轨道的下方并与所述轨道平行，其通过所述电刷向所述小车平台上的电源盒供电，所述电源盒负责向所述小车平台上的所有用电设备供电；所述计算机通过所述以太网线路依次连接所述以太网电力载波通信装置和配电柜。

在所述小车平台上设置一与所述小车运载模块配合平衡去除待测容器部分重量的杠杆衰减模块，所述杠杆衰减模块包括四个容器载荷刀承、四个一级支撑刀承、四个一级杠杆、两个传力臂、一个二级负荷刀承、一个二级支撑刀承、一个二级杠杆和一个配重砣；四个所述一级杠杆两两对称且水平设置在所述承重平台的四个角落部位上方，并且每个所述一级杠杆的轴线与所述轨道垂直；每个所述一级杠杆和承重平台之间通过一个所述一级支撑刀承连接，每个所述一级杠杆的上部固定连接一个所述容器载荷刀承，这样所述一级杠杆、一级支撑刀承和容器支撑刀承共组成四副第一级杠杆衰减机构，且位于所述轨道同侧的两副所述一级杠杆之间分别通过水平设置的所述传力臂相连接；所述二级杠杆水平设置在两所述传力臂之间，且其位置略低于所述传力臂；所述二级杠杆和承重平台之间通过所述二级支撑刀承连接，同时所述二级杠杆的一端通过所述二级负荷刀承连接两所述传力臂，这样所述二级杠杆、二级支撑刀承和二级负荷刀承组成第二级杠杆衰减机构；所述二级杠杆的另一端伸出所述承重平台且其上悬挂所述配重砣，所述配重砣通过第一级和第二级杠杆衰减机构的联合作用可平衡掉待测容的部分重量；所述二级杠杆上安装有一用于检测所述二级杠杆是否处于平衡状态的杠杆水平传感器。

所述数据采集模块还包括一安装在待测容器底部的下渗收集瓶和一安装在所述承重平台上的下渗电控测量器，所述下渗电控测量器用于对所述下渗收集瓶中的水分释放后进行测量，并把数据传输给所述数据采集器保存。

在所述小车平台上安装一小车定位传感器和一初始位置传感器，在待测容器上安装一小车限位器，在地面上安装一地面初始位置传感器，所述小车定位传感器、初始位置传感器、小车限位器和地面初始位置传感器均与所述PLC控制器电连接，通过所述小车定位传感器和小车限位器的配合作用可实现所述小车平台测量位置的精确定位，通过所述初始位置传感器和地面初始位置传感器的配合作用可以完成所述小车平台的初始位置设置。

在所述轨道的尽头上安装一安全限位器，所述安全限位器与所述配电柜相连接。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明包括小车运载模块、杠杆衰减机构模块、PLC运动控制模块、数据采集模块和供电及通信控制模块，并采用地下轨道式结构，不仅智能化程度高，还可沿轨道往复移动，用户只需要在供电及通信控制模块中的计算机终端设置好测试的时间间隔，该***即可自动完成待测容器重量的测量，真正实现了无人自动测量，大大降低试验人员的工作量。2、本发明采用地下轨道式结构，不仅增强了测量***的机动性，实现了一套设备完成多个待测容器的测量，降低了试验的成本，而且提高了测量数据的一致性。3、本发明将测量***布置在容器之下，测量时可有效避免外界风载的影响，从而保证了测量数据的精度。综上所述，本发明克服了现有的固定式和吊挂式蒸渗仪称重***的缺点，并集中两者的优点，可广泛用于农林、水利和气象等科研领域。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图

图2是本发明的俯视图

图3是本发明各模块的连接示意图

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明进行详细的描述。

如图1～图3所示，本发明包括小车运载模块A、杠杆衰减模块B、PLC运动控制模块C、数据采集模块D和供电及通信控制模块E。小车运载模块A用来将***运载到待测容器下方并承受待测容器的重量，杠杆衰减模块B在小车运载模块A的配合下平衡去除待测容器的部分重量，PLC运动控制模块C控制小车运载模块A的运动，数据采集模块D负责测试待测容器的剩余重量并将测试数据传输给供电及通信控制模块E，供电及通信控制模块E向小车运载模块A、PLC运动控制模块C和数据采集模块D供应电力以及发送控制指令。

如图1、图2所示，小车运载模块A包括小车平台1、车轮2、轨道3、蜗轮电机4和承重平台5，小车平台1位于装满原状土柱的待测容器6下方，并通过底部车轮2滚动设置在水平的轨道3上。小车平台1上安装蜗轮电机4，蜗轮电机4的输出端连接车轮2，用于驱动小车平台1沿轨道3水平直线运动。承重平台5是本发明***正常工作的基础，它通过底部的弹簧支撑在小车平台1之上。

杠杆衰减模块B包括四个容器载荷刀承7、四个一级支撑刀承8、四个一级杠杆9、两个传力臂10、一个二级负荷刀承11、一个二级支撑刀承12、一个二级杠杆13和一个配重砣14。四个一级杠杆9两两对称且水平设置在承重平台5的四个角落部位上方，并且每个一级杠杆9的轴线与轨道3垂直。每个一级杠杆9和承重平台5之间通过一个一级支撑刀承8连接，每个一级杠杆9的上部固定连接一个容器载荷刀承7，这样一级杠杆9、一级支撑刀承8和容器支撑刀承7共组成四副第一级杠杆衰减机构，且位于轨道3同侧的两副一级杠杆9之间分别通过水平设置的传力臂10相连接。二级杠杆13水平设置在两传力臂10之间，且其位置略低于两传力臂10。二级杠杆13和承重平台5之间通过二级支撑刀承12连接，同时二级杠杆13的一端通过二级负荷刀承11连接两传力臂10，这样二级杠杆13、二级支撑刀承12和二级负荷刀承11组成第二级杠杆衰减机构。二级杠杆13的另一端伸出承重平台5且其上悬挂配重砣14，配重砣14通过第一级和第二级杠杆衰减机构的联合作用可平衡掉待测容器6的一部分重量。二级杠杆13上安装有一杠杆水平传感器15，用于检测二级杠杆13是否处于平衡状态，只有二级杠杆13处于水平状态时，配重砣14平衡掉的待测容器6的重量才是一定的。

PLC运动控制模块C包括四个同步液压千斤顶16、四个同步称重液压千斤顶17、电控液压机18、称重电控液压机19、垂直行程传感器20和PLC控制器21。四个同步液压千斤顶16设置在承重平台5下表面的四个角落部位上，同步液压千斤顶16的活塞可伸长并坐落于轨道3上。四个同步称重液压千斤顶17对称设置在承重平台5的上表面，用于抬升待测容器6未被杠杆衰减模块B平衡掉的那部分重量。电控液压机18和称重电控液压机19分别固定在小车平台1的上表面和下表面，电控液压机18连接四个同步液压千斤顶16，称重电控液压机19连接四个同步称重液压千斤顶17，分别向相应的同步千斤顶提供动力。垂直行程传感器20设置在承重平台5上，用来检测承重平台5的行程。电控液压机18、称重电控液压机19和垂直行程传感器20均与PLC控制器21电连接，由PLC控制器21根据各传感器的信号向电控液压机18、称重电控液压机19和小车运载模块A的蜗轮电机4发送指令，使得本测量***的各个模块有序工作。

数据采集模块D包括称重传感器22、总线式土壤水势温度传感器23、总线式土壤水分温度传感器24、总线动态连接器25和数据采集器26。称重传感器22安装在PLC运动控制模块C的四个同步称重液压千斤顶17的活塞顶端上，用于测量待测容器6未被杠杆衰减模块B平衡掉的那部分重量，并将数据传输给数据采集器26保存。总线式土壤水势温度传感器23和总线式土壤水分温度传感器24安装在待测容器6上，并通过总线动态连接器25与数据采集器26相连，用于测量土壤的水势、温度和水分含量。

供电及通信控制模块E包括配电柜27、供电轨28、电刷29、电源盒30、计算机31、以太网线路32和以太网电力载波通信装置33。配电柜27是本发明***的总电闸，其一端与供电轨28电连接，另一端与以太网电力载波通信装置33电连接。供电轨28设置在轨道3的下方并与轨道3平行，其通过电刷29向小车平台1上的电源盒30供电。电源盒30负责向小车平台1上的所有用电设备供电。计算机31通过以太网线路32依次连接以太网电力载波通信装置33和配电柜27，计算机31上安装有用户操作软件，用户可设置测量的时间间隔以及控制***开始工作的指令，以太网电力载波通信装置33可把这些指令通过供电轨28传输给PLC控制器21，并把数据采集器26的测量数据传递给计算机31保存，供用户使用。

上述实施例中，可以在小车平台1上安装一小车定位传感器34和一初始位置传感器35，在待测容器6上安装一小车限位器36，在地面上安装一地面初始位置传感器37，小车定位传感器34、初始位置传感器35、小车限位器36和地面初始位置传感器37均与PLC控制器21电连接，通过小车定位传感器34和小车限位器36的配合作用可实现小车平台1测量位置的精确定位，通过初始位置传感器35和地面初始位置传感器37的配合作用可以完成小车平台1的初始位置设置。

上述实施例中，在轨道3的尽头上安装一安全限位器38，安全限位器38与配电柜27相连接，用于在地面初始位置传感器37失效的极限工况下切断电源，保护小车运载模块A的安全。

上述实施例中，数据采集模块D还可以包括一安装在待测容器6底部的下渗收集瓶39和一安装在所述承重平台5上的下渗电控测量器40，下渗电控测量器40用于对下渗收集瓶39中的水分释放后进行测量，并把数据传输给数据采集器26保存。

本发明使用时，其包括以下步骤：

1、用户首先通过配电柜27给***上电，电源由供电轨28经电刷29传输给小车平台1上的电源盒30，然后在计算机31上设置测试时间间隔，点击确认开始测试。

2、PLC控制器21在收到计算机31的用户测试命令后，发送指令驱动蜗轮电机4工作，进而带动小车平台1沿轨道3移动。当初始位置传感器35检测到地面初始位置传感器37时，PLC控制器21发送指令命令蜗轮电机4停止，至此完成小车平台1的初始化位置设置。设置在轨道3尽头的安全限位器38可在地面初始位置传感器37失效的工况下保护小车运载模块A的安全。

3、初始化完成后，PLC控制器21发送指令驱动小车平台1继续前进，当小车定位传感器34与小车限位器36相遇时，PLC控制器21命令蜗轮电机4停转，小车平台1停止，此时小车平台1准确到达第一个待测容器6下面。

4、PLC控制器21发送指令指示下渗电控测量器40开始工作，释放下渗收集瓶39中的水分并测量，测量数据交给数据采集器26保存。

5、PLC控制器21向电控液压机18发送指令，启动四个同步液压千斤顶16，同步液压千斤顶16的活塞下降进而坐落于轨道3上，随后推动承重平台5开始升高。当第一级杠杆衰减机构的四个容器载荷刀承7与待测容器6底部接触时，杠杆衰减模块B开始起作用，配重砣14可平衡掉待测容器6的一部分重量。承重平台5的行程由承重平台5上的垂直行程传感器20检测，当垂直行程传感器20检测到行程合适时，PLC控制器21命令电控液压机18停止工作。

5、PLC控制器21向称重电控液压机19发指令，启动四个同步称重液压千斤顶17，该过程中PLC控制器21不断通过杠杆水平传感器15检测二级杠杆13是否平衡：若不平衡则向称重电控液压机19发送指令，启动四个同步称重液压千斤顶17，抬升待测容器，当检测到平衡时，命令称重电控液压机19停止工作。

6、数据采集器26将采集到的称重传感器22的数据保存起来，同时数据采集器26通过总线式土壤水势温度传感器23和总线式土壤水分温度传感器24测量待测容器6内的水势温度以及水分含量。

7、测量完成后，PLC控制器21依次发送指令命令四个同步液压千斤顶16和四个同步称重液压千斤顶17的活塞收回，准备开始下一个待测容器6的测量。

本发明仅以上述实施例进行说明，各部件的结构、设置位置、及其连接都是可以有所变化的，在本发明技术方案的基础上，凡根据本发明原理对个别部件进行的改进和等同变换，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (7)

1.一种陆面蒸散发测量***，其特征在于：它包括小车运载模块、PLC运动控制模块、数据采集模块和供电及通信控制模块；所述小车运载模块用来将***运载到待测容器下方并承受待测容器的重量，所述PLC运动控制模块控制所述小车运载模块的运动，所述数据采集模块负责测试待测容器的重量并将测试数据传输给所述供电及通信控制模块，所述供电及通信控制模块向所述小车运载模块、PLC运动控制模块和数据采集模块供应电力以及发送控制指令；

所述小车运载模块包括小车平台、车轮、轨道、蜗轮电机和承重平台，所述小车平台位于装满原状土柱的待测容器下方，并通过所述车轮滚动设置在水平的所述轨道上；所述小车平台上安装所述蜗轮电机，所述蜗轮电机的输出端连接所述车轮，所述承重平台通过底部的弹簧支撑在所述小车平台之上；

所述PLC运动控制模块包括同步液压千斤顶、同步称重液压千斤顶、电控液压机、称重电控液压机、垂直行程传感器和PLC控制器；四个所述同步液压千斤顶设置在所述承重平台下表面的四个角落部位上，且所述同步液压千斤顶的活塞可伸长并坐落于所述轨道上；四个所述同步称重液压千斤顶对称设置在所述承重平台的上表面，用于抬升待测容器的重量；所述电控液压机连接所述同步液压千斤顶，所述称重电控液压机连接所述同步称重液压千斤顶，分别用来向相应的同步千斤顶提供动力；所述垂直行程传感器设置在所述承重平台上，用来检测所述承重平台的行程；所述电控液压机、称重电控液压机和垂直行程传感器均与所述PLC控制器电连接；

所述数据采集模块包括称重传感器、总线式土壤水势温度传感器、总线式土壤水分温度传感器、总线动态连接器和数据采集器；所述称重传感器安装在所述PLC运动控制模块的同步称重液压千斤顶的活塞顶端上，用于测量待测容器的重量并将数据传输给所述数据采集器保存；所述总线式土壤水势温度传感器和总线式土壤水分温度传感器安装在所述待测容器上，并通过所述总线动态连接器与所述数据采集器相连，用于测量土壤的水势、温度和水分含量；

所述供电及通信控制模块包括配电柜、供电轨、电刷、电源盒、计算机、以太网线路和以太网电力载波通信装置；所述配电柜一端与供电轨电连接，另一端与所述以太网电力载波通信装置电连接；所述供电轨设置在所述轨道的下方并与所述轨道平行，其通过所述电刷向所述小车平台上的电源盒供电，所述电源盒负责向所述小车平台上的所有用电设备供电；所述计算机通过所述以太网线路依次连接所述以太网电力载波通信装置和配电柜。

2.如权利要求1所述的一种陆面蒸散发测量***，其特征在于：在所述小车平台上设置一与所述小车运载模块配合平衡去除待测容器部分重量的杠杆衰减模块，所述杠杆衰减模块包括四个容器载荷刀承、四个一级支撑刀承、四个一级杠杆、两个传力臂、一个二级负荷刀承、一个二级支撑刀承、一个二级杠杆和一个配重砣；

四个所述一级杠杆两两对称且水平设置在所述承重平台的四个角落部位上方，并且每个所述一级杠杆的轴线与所述轨道垂直；每个所述一级杠杆和承重平台之间通过一个所述一级支撑刀承连接，每个所述一级杠杆的上部固定连接一个容器载荷刀承，这样所述一级杠杆、一级支撑刀承和容器支撑刀承共组成四副第一级杠杆衰减机构，且位于所述轨道同侧的两副所述一级杠杆之间分别通过水平设置的所述传力臂相连接；

所述二级杠杆水平设置在两所述传力臂之间，且其位置略低于所述传力臂；所述二级杠杆和承重平台之间通过所述二级支撑刀承连接，同时所述二级杠杆的一端通过所述二级负荷刀承连接两所述传力臂，这样所述二级杠杆、二级支撑刀承和二级负荷刀承组成第二级杠杆衰减机构；所述二级杠杆的另一端伸出所述承重平台且其上悬挂所述配重砣，所述配重砣通过第一级和第二级杠杆衰减机构的联合作用可平衡掉待测容器的部分重量；所述二级杠杆上安装有一用于检测所述二级杠杆是否处于平衡状态的杠杆水平传感器。

3.如权利要求1所述的一种陆面蒸散发测量***，其特征在于：所述数据采集模块还包括一安装在待测容器底部的下渗收集瓶和一安装在所述承重平台上的下渗电控测量器，所述下渗电控测量器用于对所述下渗收集瓶中的水分释放后进行测量，并把数据传输给所述数据采集器保存。

4.如权利要求2所述的一种陆面蒸散发测量***，其特征在于：所述数据采集模块还包括一安装在待测容器底部的下渗收集瓶和一安装在所述承重平台上的下渗电控测量器，所述下渗电控测量器用于对所述下渗收集瓶中的水分释放后进行测量，并把数据传输给所述数据采集器保存。

5.如权利要求1或2或3或4所述的一种陆面蒸散发测量***，其特征在于：在所述小车平台上安装一小车定位传感器和一初始位置传感器，在待测容器上安装一小车限位器，在地面上安装一地面初始位置传感器，所述小车定位传感器、初始位置传感器、小车限位器和地面初始位置传感器均与所述PLC控制器电连接，通过所述小车定位传感器和小车限位器的配合作用可实现所述小车平台测量位置的精确定位，通过所述初始位置传感器和地面初始位置传感器的配合作用可以完成所述小车平台的初始位置设置。

6.如权利要求1或2或3或4所述的一种陆面蒸散发测量***，其特征在于：在所述轨道的尽头上安装一安全限位器，所述安全限位器与所述配电柜相连接。

7.如权利要求5所述的一种陆面蒸散发测量***，其特征在于：在所述轨道的尽头上安装一安全限位器，所述安全限位器与所述配电柜相连接。

Images