CN108562461B - 农田土壤淋溶液自动监测装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了农田土壤淋溶液自动监测装置及方法，所述农田土壤淋溶液自动监测装置包括水位传感器、电机和水泵，其中水位传感器连接至电机，电机驱动水泵。通过本发明的农田土壤淋溶液自动监测装置及方法，能够便于实验自动测定，采集淋溶液不需要人工值守。
Description
技术领域
本发明属于农业科技领域，特别是涉及到农业面源污染的监测和防控技术。
背景技术
农业面源污染已逐步影响我国生态环境安全和农业可持续健康发展。所谓农业面源污染又称非点源污染，主要由土壤泥沙颗粒、氮磷等营养物质、农药、各种大气颗粒物等组成，通过地表径流、土壤侵蚀、农田排水等方式进入水、土壤或大气环境。其具有的随机性、广泛性、滞后性、模糊性、潜伏性等特点，加大了相应的研究、治理和管理政策制定的难度。
其中，农田土壤渗漏淋失是引起农业面源污染的一种主要方式。它是指在农业生产中，残留在土壤中的大量养分(如氮磷等)通过农田灌溉、降雨等途径淋溶进入地下水，一方面造成土壤浅层养分进入水体，深层养分累积，直接导致肥料利用率下降，另一方面造成水体富营养化，严重影响地下水质，直接或间接威胁生态环境安全和人体健康。
淋溶作用是指一种由于雨水天然下渗或人工灌溉，上方土层中的某些矿物盐类或有机物质溶解并转移到下方土层中的作用。农田土壤水淋溶具有间歇性、随机性和不确定性，各种养分的迁移和转化过程复杂、分布范围广，导致淋溶监测处理控制难度较大。目前，淋溶监测方法主要是采用在作物根层下安装淋溶观测井，通过人工观测淋溶液出液情况，然后通过抽取淋溶液记录其体积，最后通过实验室分析淋溶液中主要污染物浓度，从而计算得出污染物渗漏淋失量。该监测方法需要人工值守，可能出现无法及时收集淋溶液，导致渗漏淋失量计算偏差，同时淋溶观测井也可能存在物理破损、维修困难等情况。
发明内容
为解决现有技术中的技术问题，本发明中提出了一种农田土壤淋溶液自动监测装置及方法，用于对土壤淋溶液进行自动监测和采样，能够克服现有技术中取样技术需要人工值守的问题，为农业面源污染防治和生态环境保护提供可靠参考和创造充足、有利的时机。
为了实现这一目标，本发明采取了如下的技术方案。
包括水位传感器和电机、水泵，水位传感器连接至电机，电机驱动水泵。
其中所述农田土壤淋溶液自动监测装置，还包括淋溶盘、实验瓶、样本瓶、进水管、取水管，其中，
淋溶盘位于实验瓶上方，通过进水管连接至实验瓶；
水位传感器设置于实验瓶内；
实验瓶还通过取水管连接至样本瓶；
水泵置于样本瓶内，用于抽取样本瓶内的空气。
另外，所述淋溶盘为聚氯乙烯材料制成，为无盖长方体结构，位于土壤表层90厘米处，所述进水管设置在所述淋溶盘的底部；
所述实验瓶还包括空气管，所述空气管、进水管、取水管均通过橡胶塞置于实验瓶中。
特别地，所述水位传感器包括上固定触点和浮木，其中浮木具有第一上活动触点，当实验瓶内水位达到预定高度时，浮木上浮使得第一上活动触点接触上固定触点，导通电机。
其中，所述水位传感器还包括第一电阻、第一电磁驱动器和滑动连接件，其中所述第一电阻串联连接上固定触点和第一电磁驱动器，滑动连接件具有第二上活动触点，滑动连接件还与连接第一上活动触点的电路构成滑动连接，当第一电磁驱动器通电时，所述第一电磁驱动器驱动滑动连接件，使得第一电磁驱动器通过第二上活动触点连接至滑动连接件，并进一步滑动连接至连接第一上活动触点的电路。
而且，所述水位传感器还包括下固定触点、第二电磁驱动器，且所述浮木还包括第一下活动触点，所述滑动连接件还包括第二下活动触点，当实验瓶内水位为空时，浮木下降使得第一下活动触点接触下固定触点，导通第二电磁驱动器，当第二电磁驱动器通电时，所述第二电磁驱动器驱动滑动连接件，使得滑动连接件的第二上活动触点离开所述第一电磁驱动器，由此断开电机的供电。
另外，所述水位传感器还连接至提示单元，当第一下活动触点接触下固定触点时，所述提示单元发出提示。
另外，所述农田土壤淋溶液自动监测装置还包括定时器，所述定时器连接至电机，当定时器达到预定时间间隔时，驱动所述电机。
一种农田土壤淋溶液自动监测方法，包括步骤：
A、当实验瓶内淋溶液水位达到预定阈值时，驱动电机，带动水泵，将实验瓶内淋溶液抽取至样本瓶；
B、当实验瓶内淋溶液被抽光时，关闭电机。
另外，还包括步骤：
B1、随后发出提示，提醒工作人员淋溶液采集完成。
这样，通过采用本发明的农田土壤淋溶液自动监测装置及方法，可以自动采集农田淋溶层的水样，以便用于实验测定，取水不需要人工值守，解决了人工取样方式时间难以准确把握以及不能连续操作的问题。
附图说明
图1为根据本发明具体实施方式中农田土壤淋溶液自动监测装置的结构示意图。
图2为根据本发明具体实施方式中农田土壤淋溶液自动监测装置的局部结构示意图。
图3为根据本发明具体实施方式中农田土壤淋溶液自动监测装置的局部结构示意图。
图4为根据本发明具体实施方式中农田土壤淋溶液自动监测装置的局部结构示意图。
图5为根据本发明具体实施方式中农田土壤淋溶液自动监测装置的局部结构示意图。
图6为根据本发明具体实施方式中农田土壤淋溶液自动监测方法的流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明作详细说明。
以下公开详细的示范实施例。然而，此处公开的具体结构和功能细节仅仅是出于描述示范实施例的目的。
然而，应该理解，本发明不局限于公开的具体示范实施例，而是覆盖落入本公开范围内的所有修改、等同物和替换物。在对全部附图的描述中，相同的附图标记表示相同的元件。
参阅附图，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的位置限定用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
同时应该理解，如在此所用的术语“和/或”包括一个或多个相关的列出项的任意和所有组合。另外应该理解，当部件或单元被称为“连接”或“耦接”到另一部件或单元时，它可以直接连接或耦接到其他部件或单元，或者也可以存在中间部件或单元。此外，用来描述部件或单元之间关系的其他词语应该按照相同的方式理解(例如，“之间”对“直接之间”、“相邻”对“直接相邻”等)。
图1为根据本发明具体实施方式的农田土壤淋溶液自动监测装置的整体结构示意图，如图所述，所述农田土壤淋溶液自动监测装置包括淋溶盘110、实验瓶108、样本瓶104、水位传感器109、进水管111、取水管105、水泵 1022和电机1021(在图1中整体表示为102)，水泵1022通过管103连接样本瓶104，其中，
淋溶盘110位于实验瓶108上方，通过进水管111连接至实验瓶108；
实验瓶108内设置有水位传感器109，水位传感器109连接至电机1021；
实验瓶108还通过取水管105连接至样本瓶104；
水泵1022用于抽取样本瓶104内的空气，由电机1021驱动。
这样，通过水位传感器109向电机1021发送驱动信号，当实验瓶108 内的水位达到预定高度或预定容量，例如10毫升时，即可驱动电机1021，将实验瓶108内的淋溶液抽取至样本瓶104。
在本发明一个具体实施方式中，所述淋溶盘110为PVC材料制成，为无盖长方体结构，位于土壤表层101的90厘米处，所述进水管111设置在所述淋溶盘110的底部。
这样，通过无盖长方体结构的淋溶盘110充分接收淋溶液，并通过进水管111输送至实验瓶108，这样能够保证实验瓶108的采集效率。
在本发明一个具体实施方式中，所述实验瓶108还包括空气管107，所述空气管107、进水管111、取水管105均通过橡胶塞置于实验瓶108中。这样能够保证从实验瓶108中顺利地抽取淋溶液，也能保证淋溶液不会被其他的地下水污染。
特别地，所述水位传感器109包括上固定触点1091和浮木1093，其中浮木1093具有第一上活动触点1092，当实验瓶108内水位达到预定高度时，浮木1093上浮使得第一上活动触点1092接触上固定触点1091，导通电机 1021。
在本发明一个具体实施方式中，如图2所示，所述水位传感器109还包括第一电阻1097、第一电磁驱动器1098和滑动连接件1099，其中所述第一电阻1097串联连接上固定触点1091和第一电磁驱动器1098，滑动连接件 1099具有第二上活动触点10991，滑动连接件1099还与连接第一上活动触点的电路10921构成滑动连接，当第一电磁驱动器1098通电时，所述第一电磁驱动器1098驱动滑动连接件1099，使得第一电磁驱动器1098通过第二上活动触点10991连接至滑动连接件1099，并进一步滑动连接至连接第一上活动触点的电路10921。
而且，所述水位传感器109还包括下固定触点1095、第二电磁驱动器 1096，且所述浮木1093还包括第一下活动触点1094，所述滑动连接件1099 还包括第二下活动触点10992，当实验瓶108内水位为空时，浮木1093下降使得第一下活动触点1094接触下固定触点1095，导通第二电磁驱动器1096，当第二电磁驱动器1096通电时，所述第二电磁驱动器1096驱动滑动连接件 1099，使得滑动连接件1099的第二上活动触点10991离开所述第一电磁驱动器1098，由此断开电机1021的供电。
下面以图3～图5来具体说明本发明水位传感器109的具体工作原理。
如图3所示，当浮木1093随着淋溶液面的升高而上浮时，所述第一上活动触点1092接触上固定触点1091，导通电机1021(如图中所示箭头为电流回路)。
同时，由于所述第一电阻1097串联连接上固定触点1091和第一电磁驱动器1098，此时第一电磁驱动器1098通电，对滑动连接件1099产生吸力，使得滑动连接件1099向第一电磁驱动器1098移动。由于滑动连接件1099 还与连接第一上活动触点的电路10921构成滑动连接，这样当滑动连接件 1099的第二上活动触点10991接触到第一电磁驱动器1098相关的固定触点时，图4中箭头所示的回路被导通。
这样，即使实验瓶108内的淋溶液面下降了，导致第一上活动触点1092 离开了上固定触点1091，由于图4中所示的回路被导通，电机1021能够继续驱动水泵1022，从实验瓶108中抽取淋溶液至样本瓶104。
进一步地，当实验瓶108中的淋溶液被抽取完毕时，如图5所示，浮木1093下降，使得第一下活动触点1094接触下固定触点1095，这样就导通了第二电磁驱动器1096，所述第二电磁驱动器1096驱动滑动连接件1099，使得滑动连接件1099的第二上活动触点10991离开所述第一电磁驱动器1098，由此断开电机1021的供电。
通过以上图3～图5的操作，实现了本发明具体实施方式中农田土壤淋溶液自动监测装置的工作逻辑：
淋溶液面上升至预定高度时，进行淋溶液的抽取；
随着淋溶液面的下降，也不停止抽取，直至淋溶液抽取完。
所以，本发明能够充分实现淋溶液采集的自动进行，并不需要人工的干预。
另外，所述水位传感器109还连接至提示单元(图中未示出)，当第一下活动触点1094接触下固定触点1095时，所述提示单元发出提示。这种提示可以是警报音或者APP提醒，这样能够自动提示用户已经采集淋溶液完成，直至实验瓶108中又重新具有淋溶液，第一下活动触点1094与下固定触点1095断开连接。
在本发明一个具体实施方式中，所述农田土壤淋溶液自动监测装置还包括定时器，所述定时器连接至电机，当定时器达到预定时间间隔时，驱动所述电机。
这样可以实现另外一种采集淋溶液的逻辑，即为不管实验瓶108内是否具有淋溶液，也不管淋溶液的实际量，进行定时采集，这样能够手机淋溶液与时间的对应关系。
与本发明的农田土壤淋溶液自动监测装置相对应，本发明具体实施方式中还包括一种农田土壤淋溶液自动监测方法，如图6所示，所述农田土壤淋溶液自动监测方法包括步骤：
A、当实验瓶内淋溶液水位达到预定阈值时，驱动电机，带动水泵，将实验瓶内淋溶液抽取至样本瓶；
B、当实验瓶内淋溶液被抽光时，关闭电机。
在本发明一个具体实施方式中，还包括步骤：
B1、随后发出提示，提醒工作人员淋溶液采集完成。
这样，通过采用本发明的农田土壤淋溶液自动监测装置及方法，可以自动采集农田淋溶层的水样，以便用于实验测定，取水不需要人工值守，解决了人工取样方式时间难以准确把握以及不能连续操作的问题。
上述说明示出并描述了本发明的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本发明并非局限于本说明书所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本说明书所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。
Claims (4)
1.一种农田土壤淋溶液自动监测装置，包括水位传感器、实验瓶、电机和水泵，水位传感器连接至电机，电机驱动水泵；其中，
水位传感器设置于实验瓶内；
所述水位传感器包括上固定触点和浮木，其中浮木具有第一上活动触点，当实验瓶内水位达到预定高度时，浮木上浮使得第一上活动触点接触上固定触点，导通电机；
所述水位传感器还包括第一电阻、第一电磁驱动器和滑动连接件，其中所述第一电阻串联连接上固定触点和第一电磁驱动器，滑动连接件具有第二上活动触点，滑动连接件还与连接第一上活动触点的电路构成滑动连接，当第一电磁驱动器通电时，所述第一电磁驱动器驱动滑动连接件，使得第一电磁驱动器通过第二上活动触点连接至滑动连接件，并进一步滑动连接至连接第一上活动触点的电路；
所述水位传感器还包括下固定触点、第二电磁驱动器，且所述浮木还包括第一下活动触点，所述滑动连接件还包括第二下活动触点，当实验瓶内水位为空时，浮木下降使得第一下活动触点接触下固定触点，导通第二电磁驱动器，当第二电磁驱动器通电时，所述第二电磁驱动器驱动滑动连接件，使得滑动连接件的第二上活动触点离开所述第一电磁驱动器，由此断开电机的供电；所述的农田土壤淋溶液自动监测装置，还包括淋溶盘、样本瓶、进水管、取水管，其中，
淋溶盘位于实验瓶上方，通过进水管连接至实验瓶；
实验瓶还通过取水管连接至样本瓶；
水泵置于样本瓶内，用于抽取样本瓶内的空气。
2.根据权利要求1中所述的农田土壤淋溶液自动监测装置，其特征在于，所述淋溶盘为聚氯乙烯材料制成，为无盖长方体结构，位于土壤表层90厘米处，所述进水管设置在所述淋溶盘的底部；
所述实验瓶还包括空气管，所述空气管、进水管、取水管均通过橡胶塞置于实验瓶中。
3.根据权利要求1中所述的农田土壤淋溶液自动监测装置，其特征在于，所述水位传感器还连接至提示单元，当第一下活动触点接触下固定触点时，所述提示单元发出提示。
4.根据权利要求1中所述的农田土壤淋溶液自动监测装置，其特征在于，所述农田土壤淋溶液自动监测装置还包括定时器，所述定时器连接至电机，当定时器达到预定时间间隔时，驱动所述电机。
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