[發明專利]植物根系抗拉力學特性野外便攜實驗系統

無效

• 申請號: 200910094723.1
• 申請日: 2009-07-14
• 公開（公告）號: CN101603899A
• 公開（公告）日: 2009-12-16
• 發明（設計）人: 張云偉;王巖;朱惠斌
• 申請（專利權）人: 昆明理工大學
• 主分類號: G01N3/08
• 分類號: G01N3/08;G01N3/02;G01B11/16
• 代理公司: 昆明今威專利代理有限公司
• 代理人: 何積國

技術領域

本發明涉及一種應用電子測試技術對植物根系抗拉力學特性進行測試的實驗系統，特別涉及一種可在野外環境下對植物根系抗拉力學特性進行現場測試的便攜式實驗系統，屬于電子測試技術領域。

背景技術

高原、山地地帶的土壤侵蝕，地表水土流失、滑坡、泥石流等災害是自然界中較為嚴重的地質災害現象。目前，國內外對植物根系固土作用機理進行了深入地研究，利用植被保護、穩固斜坡已成為實施生態護坡工程的一種重要手段，其中，植物根系是改善土壤侵蝕環境的一個重要因素，在穩定土壤結構、提高土壤抗沖擊性、防治土壤侵蝕方面往往具有地上部分所無法替代的作用。龐大的植被根系對土壤固持很關鍵，在有植被生長的斜坡上，如果淺層土體發生滑坡，除了植被垂直根系的強大抗剪作用抵抗土體滑坡外，水平根系的軸向抗拉伸作用也非常重要，此外，在土體滑坡時，垂直抗剪的根系通常也被從土壤中拔出拉斷，而很少被剪斷，因此，對植被根系的軸向抗拉伸力學特性進行測試，包括測試其軸向抗拉強度、軸向變形、應變、拉伸彈性模量等參數，是定量分析計算各類植被根系對土壤的固持作用，為坡面保護和水土保持選擇適當的植被類型的重要基礎。然而，迄今為止，由于缺乏對植物根系的抗拉伸力學特性進行測試的專門設備，人類對植物根系的抗拉伸力學特性的測試，大多采用簡單的工具如手鉗或工程鉗夾持根系兩端，測試人員通過手持拉力計施加拉力將根系拉斷，在拉斷瞬間人工觀察記錄最大拉力。一方面，測試過程需多人操作、費時費力，且人工觀察記錄最大拉力有較大誤差，測量結果不準確，不能記錄拉力與植物根系變形的對應關系；另一方面，在加力過程中，缺乏可靠的加力裝置，靠人手直接施加的拉力是有限的、不穩定的，難以保證拉力沿著根系軸向緩慢均勻加載，還可能產生扭轉力，不利于真實客觀的反映植物根系軸向抗拉伸的實際情況，不能保證測試結果的準確性，也不能滿足大量根系測試的需求。如果要利用其它材料已有的拉伸測試設備，如鋼件的拉伸設備，由于這些設備都是大型的專用設備，不能移動到野外現場，因此，難以在野外現場開展植物根系抗拉伸實驗測試，需將植物根系采集帶回實驗室進行測試，這種測試由于脫離植物生長的實際環境因而價值大大降低。一方面，采集回來的根系樣本是有限的，沒有在野外現場豐富，而且植物根系從遙遠的野外現場帶回實驗室，由于出土時間長，容易導致根系失水變干，抗拉伸力學特性變化，測試結果不能反映其在土壤中的真實情況；另一方面，這些大型專用實驗設備沒有針對根系的夾持裝置，容易把根夾壞，降低實驗成功率。因此開發一種能測試植被根系力學特性的實驗裝置，特別是能在野外環境下現場測試植被根系力學特性的便攜式實驗系統有著極其迫切和重要的意義。

發明內容

本發明的目的，在于針對植物根系固土護坡科學研究及實驗測試的需要，提供一種結構簡單、使用和攜帶方便、能在野外植物生長現場對植物根系抗拉力學特性(包括抗拉強度、變形、應變、拉伸彈性模量)進行準確測試的植物根系力學特性測試系統。

本發明的目的是這樣實現的：本實驗系統由機械裝置、測試系統、筆記本電腦29及測試記錄軟件30組成。所述機械裝置包括：由機架基座1、機架立柱2、V字形導軌3、機架頂部4、.基座調平螺釘15組成的固定機架，其中，所述機架頂部4中心有一通孔；由兩外側裝有導向輪的升降臺12、掛鉤10、牽引螺桿7、牽引基座5組成的垂直導向牽引機構，其中，所述牽引基座5由軸承支撐座21、圓錐滾子軸承22、轉輪23構成，所述轉輪23中心軸線方向開有內螺紋通孔；由具有相同的結構的上夾持機構11和下夾持機構13組成的根系夾持機構，上、下夾持機構由左右兩塊相同且夾持面相向的U型夾持塊16、17及夾緊螺拴18、封閉螺栓19組成；所述測試系統由左、右紅外測距傳感器24、25、拉力傳感器9、拉力變送器26、數據采集卡28、傳感器電源模塊27構成。