[發明專利]一種監測根系提水量的裝置及其監測方法

有效

• 申請號: 201911238496.5
• 申請日: 2019-12-06
• 公開（公告）號: CN111044404B
• 公開（公告）日: 2021-05-11
• 發明（設計）人: 章坤;邵光成;王志宇;盧佳;高陽;王小軍;張穎;林潔
• 申請（專利權）人: 河海大學
• 主分類號: G01N5/02
• 分類號: G01N5/02
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 張華蒙

1.一種監測根系提水量的裝置，其特征在于：包括配重箱(1)、拉繩(3)、桁架(4)和上桶(8)，在所述的桁架(4)兩端設置定滑輪(2)，所述的拉繩(3)依次穿過兩端的定滑輪(2)，所述的配重箱(1)和上桶(8)設置在拉繩(3)的兩端并使拉繩(3)張緊；在所述的上桶(8)下方設置下桶(17)，在所述的上桶(8)和下桶(17)之間設置彈簧(13)；所述的桁架(4)通過中桿(5)支撐，中桿(5)通過第一底座(6)固定在基座(21)上；在所述的基座(21)設置第二底座(20)，第二底座(20)通過第二鉚釘(2001)固定在基座(21)上，在所述的第二底座(20)上設置標尺(18)，標尺(18)設有刻度，在零刻度處設有激光發射器(19)；在所述的上桶(8)底部設有底盤(9)，在所述的下桶(17)頂部設有托盤(14)；在所述的托盤(14)的外圍固定有彈簧(13)用來支撐底盤(9)；在所述的托盤(14)一側連接托架(15)，托架(15)與支桿(16)固連，所述的支桿(16)的頂端與橫桿(11)接觸來對其進行支撐，底盤(9)邊緣設有轉軸(10)，轉軸(10)連接橫桿(11)，橫桿(11)與反射鏡(12)固連，轉軸(10)為鉸接結構；其中支桿(16)為伸縮結構。

2.根據權利要求1所述的一種監測根系提水量的裝置，其特征在于：配重箱(1)采用中空結構，在其內部放置不同重量的砝碼來調整其重量，上側中央設有第一掛孔(101)，第一掛孔(101)與第一勾環(301)連接，第一勾環(301)固連在拉繩(3)上；所述的上桶(8)通過吊繩(7)連接在拉繩(3)的端部，所述的吊繩(7)上端設有第三勾環(701)，第三勾環(701)與拉繩(3)另一端的第二勾環(302)勾連；上桶(8)上側邊緣均勻分布四個第二掛孔(801)，第二掛孔(801)與吊繩(7)下端的第四勾環(702)勾連。

3.根據權利要求2所述的一種監測根系提水量的裝置，其特征在于：所述的上桶(8)和下桶(17)均為圓柱形，在所述的底盤(9)上均勻分布有通孔(901)和四個限位孔(902)，在所述的托盤(14)上設有四個配合限位孔(902)使用的四個限位桿(1401)，限位桿(1401)位于彈簧(13)中央，穿過限位孔(902)中心。

4.根據權利要求3所述的一種監測根系提水量的裝置，其特征在于：所述的上桶(8)和下桶(17)的厚度均為6-8mm，上桶(8)外徑為30-35cm，下桶(17)外徑為40-50cm，所述的底盤(9)直徑為35-45cm，所述的通孔(901)直徑為10mm，所述的限位孔(902)直徑為5mm，所述的托盤(14)為中空的圓環結構，外徑與下桶(17)相同，尺寸范圍為40-50cm，內徑比外徑窄10cm，即尺寸范圍為30-40cm，限位桿(1401)直徑為4mm。

5.采用權利要求1-4中任意一項所述的一種監測根系提水量的裝置的監測方法，其特征在于，包括如下步驟：

1)在所述的上桶(8)內先鋪設鵝卵石，再填充干土，下桶(17)內同樣填充干土，在上桶(8)和下桶(17)內繼續均勻加入適量的水以達到試驗要求的土壤含水率，在加水的過程中實時增加配重箱(1)里的砝碼來平衡上桶(8)的重量，防止造成彈簧(13)大幅度形變以致損壞；

2)在所述的上桶(8)內種植試驗作物，在植物的生長過程中根系逐漸向下伸展，穿過底盤(9)上的通孔(901)，扎入下桶(17)的土壤中；初始時刻調整支桿(16)高度，使反射鏡(12)處于豎直狀態，這樣激光發射器(19)的反射光點會處在標尺(18)的零刻度位置；則植物上層根區土壤含水率變化量為：

式(I)中：Δm為根系提水量的質量，單位為kg；g為重力加速度，k為彈簧(13)的勁度系數，單位為N/m；Δs₁為彈簧(13)的形變量，單位為m，Δs₁由下式進行計算：

式(II)中：Δs₂為激光發射器(19)通過反射鏡(12)反射的光點所處的標尺18刻度位置，單位為m；L₁為轉軸(10)中心到反射鏡(12)所在平面的距離，單位為m；L₂為激光發射器(19)的發射點到反射鏡(12)所在平面的距離，單位為m；通過配重箱(1)平衡上桶(8)及內部土壤的重量，把上桶(8)的土壤含水率的變化量轉化為彈簧(13)的形變量，并利用光杠桿放大法原理測量提水量。