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CN112816265A - 一种稻田渗漏水自动分时段收集装置 - Google Patents

一种稻田渗漏水自动分时段收集装置 Download PDF

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CN112816265A CN202110014168.8A CN202110014168A CN112816265A CN 112816265 A CN112816265 A CN 112816265A CN 202110014168 A CN202110014168 A CN 202110014168A CN 112816265 A CN112816265 A CN 112816265A
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黄文波
李强
李大成
范国福
龚兰强
安莉娜
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Abstract

本发明提供了一种稻田渗漏水自动分时段收集装置，包括集水漏斗、加压器、置物平台和连接在置物平台底部的置物平台支座；所述置物平台上放置有容纳箱和高位水瓶置物台，高位水瓶置物台上放置有高位水瓶；所述高位水瓶通过输气管与加压器连接，在高位水瓶的底部一侧设有高位水瓶出水口；所述容纳箱内放置有分水系统和分时段控制系统，分水系统通过连接线与分时段控制系统连接。本发明可以实现稻田施肥或灌溉后，分时段收集渗漏水到不同的集水瓶，为稻田渗漏水量和水质的变化过程研究获得基础水样，并且能够实现装置清洗，二次收集时不受上一次残留水样的影响。

Description

一种稻田渗漏水自动分时段收集装置
技术领域
本发明涉及一种稻田渗漏水自动分时段收集装置，属于农业领域及水环境监测技术领域。
背景技术
农业非点源污染是当今世界水质恶化的第一大威胁，其具备分散性、隐蔽性、随机性及不易监测性等特点。当前，我国正大力倡导生态环境保护及生态文明建设，其中水生态环境是重要组成部分，因此农业非点源污染的治理极为重要。
农业面源污染的治理需要大量的基础研究工作作为支撑，其中农田渗漏过程及渗漏水中污染物浓度的测定是其中一项重要的研究工作，因此渗漏水量的收集则为最基础的工作，此外，为探究灌溉后或施肥后农田渗漏水量和水质的变化过程，收集和记录不同时段的渗漏水量尤为重要。中国南方分布着大面积的水稻灌区，稻田存在渗透系数较低的犁底层，若采用人工收集透过犁底层的水量将耗费较长时间，且很难收集监测到夜晚的渗漏水量，因此采用自动的收集装置能节约人力成本及时间成本。综上，稻田渗漏水自动分时段收集装置的研发具有重要意义。
现有技术中已有部分专利涉及到土壤渗漏水监测采样装置，如公开号为106644596的中国专利公开的一种农田土壤渗漏原位监测采样装置，该装置能够实现土壤渗漏水的收集，但并未分时段进行收集，并且其是将原状土盛放到筒体中进行监测收集，并非实际野外或灌溉试验小区的渗漏水收集，且不具备清洗功能；又如公开号为101839821的中国专利公开的一种耕作层土壤渗漏水收集装置和公开号为205300988的中国专利公开的一种土壤渗漏水收集器，上述装置能够收集野外农田耕作层的渗漏水，但其主要目的是在于渗漏水的采样，不能将一定面积下的渗漏水均收集到。此外，还有其他的一些渗漏水收集装置，综合现有渗漏水收集装置，均不具备分时段收集的功能，并且未直接针对稻田犁底层以下渗漏水，同时大部分收集装置主要目的在于采集渗漏水水样，不能监测渗透过程，而一部分收集装置虽能监测渗漏过程，但主要是将原状土放入柱体结构或筒体进行测量。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种稻田渗漏水自动分时段收集装置，该稻田渗漏水自动分时段收集装置利用槽轮机构和电磁阀实现自动分时段收集渗漏水，新增清水系统实现使用后装置的清洗，能在实际稻田中应用，并且能实现一定面积下的渗漏水均收集。
本发明通过以下技术方案得以实现。
本发明提供的一种稻田渗漏水自动分时段收集装置，包括集水漏斗、加压器、置物平台和连接在置物平台底部的置物平台支座；所述置物平台上放置有容纳箱和高位水瓶置物台，高位水瓶置物台上放置有高位水瓶；所述高位水瓶通过输气管与加压器连接，在高位水瓶的底部一侧设有高位水瓶出水口；所述容纳箱内放置有分水系统和分时段控制系统，分水系统通过连接线与分时段控制系统连接；所述分水系统包括槽轮、电动机和与电动机连接的时控开关，在槽轮上均匀分布有若干个沟槽和放置孔，在每个放置孔内均放置有集水瓶，所述电动机通过圆柱销与槽轮连接，时控开关与电源模块连接；所述分时段控制系统包括依次连接的电磁阀、PLC控制器、MCU控制器、无线通讯模块，PLC控制器、MCU控制器、无线通讯模块均与电源模块连接；所述集水漏斗内设有洒水喷头，洒水喷头通过输水细管与高位水瓶出水口连接；所述集水漏斗通过导水管与电磁阀连接，输水细管置于导水管内，在导水管的出水口尾端设有用于输水细管通过的通孔，输水细管与通孔之间紧密连接。
所述电磁阀由PLC控制器控制，PC端软件通过无线通讯模块传输电磁阀开启时间和关闭时间给MCU控制器，MCU控制器传送指令给PLC控制器控制电磁阀的循环启闭；所述电磁阀开启时间和关闭时间与时控开关打开和关闭的时间对应，电磁阀每一次开启均需有一个空的集水瓶正对导水管的出水口。
所述集水漏斗和导水管构成采集系统，洒水喷头、洒水喷头支座、输水细管、高位水瓶、高位水瓶出水口、输气管、加压器、高位水瓶置物台构成清洗系统。
所述时控开关内设置有循环打开开关和关闭开关的时间，打开开关的时间使电动机带动圆柱销旋转一周，让槽轮带动放置在其中一个放置孔上的集水瓶，正对导水管的出水口。
所述槽轮通过槽轮轴承与容纳箱的底部连接。
所述集水瓶上标识有刻度。
所述集水漏斗上设有漏水纱布。
所述洒水喷头通过多个洒水喷头支座固定在集水漏斗内部的侧壁上，洒水喷头的上端面为凸曲面，在洒水喷头的底部及侧面设有多个喷水孔洞。
所述容纳箱包括容纳箱箱体和设置在容纳箱箱体一侧的容纳箱箱门，容纳箱箱体通过容纳箱支座放置在置物平台上，所述容纳箱箱门上设有箱门门扣，与箱门门扣对应一侧的容纳箱箱体上设有箱体门扣；所述容纳箱箱体的底部设有用于积水流出的第三孔洞，容纳箱箱体的左侧设有用于导水管通过的第一孔洞，容纳箱箱体的右侧设有用于输水细管通过的第二孔洞。
所述输水细管与高位水瓶出水口之间可拆卸。
本发明的有益效果在于：可以实现稻田施肥或灌溉后，分时段收集渗漏水到不同的集水瓶，为稻田渗漏水量和水质的变化过程研究获得基础水样，并且能够实现装置清洗，二次收集时不受上一次残留水样的影响。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是图1中集水漏斗与洒水喷头的连接结构示意图；
图3是图1中洒水喷头的结构示意图；
图4是本发明分水系统槽轮机构的结构示意图；
图5是图1中容纳箱的结构示意图；
图6是本发明控制线路的连接图；
图中：1-集水漏斗，2-导水管，3-洒水喷头，31-喷水孔洞，4-洒水喷头支座，5-输水细管，6-高位水瓶，7-高位水瓶出水口，8-输气管，9-加压器，10-高位水瓶置物台，11-集水瓶，12-槽轮轴承，13-槽轮，131-放置孔，14-圆柱销，15-电动机，16-时控开关，17-电磁阀，18-PLC控制器，19-MCU控制器，20-无线通讯模块，21-电源模块，22-连接线，23-容纳箱，231-容纳箱箱体，232-容纳箱箱门，233-箱门门扣，234-箱体门扣，235-第一孔洞，236-第二孔洞，237-第三孔洞，24-容纳箱支座，25-置物平台，26-置物平台支座。
具体实施方式
下面进一步描述本发明的技术方案，但要求保护的范围并不局限于所述。
如图1～6所示，一种稻田渗漏水自动分时段收集装置，包括集水漏斗1、加压器9、置物平台25和连接在置物平台25底部的置物平台支座26；所述置物平台25上放置有容纳箱23和高位水瓶置物台10，高位水瓶置物台10上放置有高位水瓶6；所述高位水瓶6通过输气管8与加压器9连接，在高位水瓶6的底部一侧设有高位水瓶出水口7；所述容纳箱23内放置有分水系统和分时段控制系统，分水系统通过连接线21与分时段控制系统连接；所述分水系统包括槽轮13、电动机15和与电动机15连接的时控开关16，在槽轮13上均匀分布有若干个沟槽(3个以上)和放置孔131，在每个放置孔131内均放置有集水瓶11，所述电动机15通过圆柱销14与槽轮13连接，时控开关16与电源模块21连接；所述分时段控制系统包括依次连接的电磁阀17、PLC控制器18、MCU控制器19、无线通讯模块20，PLC控制器18、MCU控制器19、无线通讯模块20均与电源模块21连接；所述集水漏斗1内设有洒水喷头3，洒水喷头3通过输水细管5与高位水瓶出水口7连接；所述集水漏斗1通过导水管2与电磁阀17连接，输水细管5置于导水管2内，在导水管2的出水口尾端设有用于输水细管5通过的通孔，输水细管5不影响导水管2的过水，且输水细管5与通孔之间紧密连接，不会渗水。
优选的，清洗系统的加压器9可通过输气管8向高位水瓶6增加气压，增加清洗时洒水喷头3的喷水冲力。
所述电磁阀17由PLC控制器18控制，PC端软件通过无线通讯模块20传输电磁阀17开启时间和关闭时间给MCU控制器19，MCU控制器19传送指令给PLC控制器18控制电磁阀17的循环启闭，电磁阀17关闭时，由集水漏斗1收集渗漏水，电磁阀17打开时，渗漏水由导水管2的出水口流进其中一个集水瓶11；所述电磁阀17开启时间和关闭时间与时控开关16打开和关闭的时间对应，电磁阀17每一次开启均需有一个空的集水瓶11正对导水管2的出水口。
所述集水漏斗1和导水管2构成采集系统，洒水喷头3、洒水喷头支座4、输水细管5、高位水瓶6、高位水瓶出水口7、输气管8、加压器9、高位水瓶置物台10构成清洗系统。
所述时控开关16可直接设置打开开关的时间和关闭开关的时间，并循环打开和关闭，打开开关的时间使电动机15带动圆柱销14旋转一周，从而使得槽轮13旋转一定角度，让槽轮13带动放置在其中一个放置孔131上的集水瓶11，正对导水管2的出水口。
所述槽轮13通过槽轮轴承12与容纳箱23的底部连接。
所述集水瓶11上标识有刻度，可以直接读取内部水的容量。
所述集水漏斗1上设有漏水纱布，漏水纱布能够漏水，但不能通过土壤颗粒。
所述洒水喷头3通过多个洒水喷头支座4固定在集水漏斗1内部的侧壁上，洒水喷头3的上端面为凸曲面，不会留置集水漏斗收集的稻田渗漏水，在洒水喷头3的底部及侧面设有多个喷水孔洞31，用于清洗时向集水漏斗喷水。
所述容纳箱23包括容纳箱箱体231和设置在容纳箱箱体231一侧的容纳箱箱门232，容纳箱箱体231通过容纳箱支座24放置在置物平台25上，所述容纳箱箱门232上设有箱门门扣233，与箱门门扣233对应一侧的容纳箱箱体231上设有箱体门扣234；所述容纳箱箱体231的底部设有用于积水流出的第三孔洞237，容纳箱箱体231的左侧设有用于导水管2通过的第一孔洞235，容纳箱箱体231的右侧设有用于输水细管5通过的第二孔洞236。
所述输水细管5与高位水瓶出水口7之间可拆卸，清洗时，输水细管5与高位水瓶出水口7连接，未清洗时，则拆下。
优选的，电源模块21有两个，且电源上可显示电源剩余电量，当电量不足时采用另一个电源替换。
优选的，电动机15为小型电动机，电磁阀17通过连接线22与PLC控制器18连接。
实施例
如上所述，本发明的工作原理如下：
图5显示槽轮13可放置6个集水瓶11，通常稻田施肥后或灌溉后需收集一天的渗漏水量，用于研究施肥后或灌溉后渗漏水水量及水质的变化过程，即平均4小时收集一次渗漏水至一个集水瓶。由此则提前通过PC端软件、MCU控制器19及PLC控制器18设置电磁阀17开始收集时，关闭3小时50分钟，之后打开10分钟，之后则循环启闭时间；同时提前设置时控开关16开合的时间，开始收集时第一个集水瓶11正对导水管2出水口，时控开关16关闭4小时，之后打开1分钟，1分钟时间小型电动机15带动圆柱销14转动，使得槽轮13旋转60°，让下一个集水瓶正对正对导水管2的出水口，此时控开关16的开合按上述时间循环。由此，24小时后，6个集水瓶11均收集到各自对应4小时内的渗漏水，读取各个集水瓶11中的刻度，获取相应的渗漏水量，将时间连续起来则得到稻田渗漏水量的变化过程，将集水瓶11中的水样进行水质测定，获取稻田渗漏水水质的变化过程。
待24小时后，试验人员则可打开容纳箱取集水瓶11，取完后将输水细管5与高位水瓶出水口7连接，打开加压器9进行加压输水，从而使用清洗系统清洗采集系统，清洗完之后拆下输水细管5与高位水瓶出水口7，并用瓶塞堵住输水细管5与高位水瓶出水口7的出水口。
本发明的有益效果如下：
1.可以根据设置好的电磁阀启闭时间以及时控开关打开和关闭的时间，并且循环启闭，当电磁阀关闭时集水漏斗进行渗漏水收集，此时导水管出水口正对第一个集水瓶，电磁阀打开时漏斗中收集的渗漏水通过导水管进入第一个集水瓶，流完之后关闭电磁阀；关闭电磁阀后，时控开关打开，槽轮机构旋转一定角度使得第二个集水瓶，电磁阀打开时漏斗中收集的渗漏水通过导水管进入第二个集水瓶，流完之后关闭电磁阀；如此循环直到最后一个集水瓶收集到最后一个时段漏斗中的渗漏水。通过读取每个集水瓶的刻度得到每个集水瓶中的渗漏水，结合每次集水漏斗收集渗漏水的时间，则可以得到稻田渗漏水的水量变化过程；将每个集水瓶的水样进行水质浓度化验，结合时间则可得到稻田渗漏水的水质变化过程。
2.采用电磁阀启闭时间和时控开关开合时间设置实现自动收集，节约人力成本和时间成本，尤其在晚上无人值守的情况该装置也可以工作。
3.增加的清洗系统能够清洗采集系统的漏斗及导水管，避免在本次收集时的残留物质影响下一次收集。
此外，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐:含指明所指示的技术特征的数量，由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”、“第四”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置”、“连接”、“固定”、“旋接”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定,对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
对本公开中描述的实施方式的各种修改对于本领域技术人员来说应当显而易见的，并且在不脱离本公开的范围的情况下，本文中定义的一般原理可以应用于其他实施方式。因此，本公开内容不旨在限于本文中所展示的实施方案，而是将被赋予与如本文中所揭示的新颍特征和原理一致的最广范围。

Claims (10)

1.一种稻田渗漏水自动分时段收集装置，包括集水漏斗(1)、加压器(9)、置物平台(25)和连接在置物平台(25)底部的置物平台支座(26)，其特征在于：所述置物平台(25)上放置有容纳箱(23)和高位水瓶置物台(10)，高位水瓶置物台(10)上放置有高位水瓶(6)；所述高位水瓶(6)通过输气管(8)与加压器(9)连接，在高位水瓶(6)的底部一侧设有高位水瓶出水口(7)；所述容纳箱(23)内放置有分水系统和分时段控制系统，分水系统通过连接线(21)与分时段控制系统连接；所述分水系统包括槽轮(13)、电动机(15)和与电动机(15)连接的时控开关(16)，在槽轮(13)上均匀分布有若干个沟槽和放置孔(131)，在每个放置孔(131)内均放置有集水瓶(11)，所述电动机(15)通过圆柱销(14)与槽轮(13)连接，时控开关(16)与电源模块(21)连接；所述分时段控制系统包括依次连接的电磁阀(17)、PLC控制器(18)、MCU控制器(19)、无线通讯模块(20)，PLC控制器(18)、MCU控制器(19)、无线通讯模块(20)均与电源模块(21)连接；所述集水漏斗(1)内设有洒水喷头(3)，洒水喷头(3)通过输水细管(5)与高位水瓶出水口(7)连接；所述集水漏斗(1)通过导水管(2)与电磁阀(17)连接，输水细管(5)置于导水管(2)内，在导水管(2)的出水口尾端设有用于输水细管(5)通过的通孔，输水细管(5)与通孔之间紧密连接。
2.如权利要求1所述的稻田渗漏水自动分时段收集装置，其特征在于：所述电磁阀(17)由PLC控制器(18)控制，PC端软件通过无线通讯模块(20)传输电磁阀(17)开启时间和关闭时间给MCU控制器(19)，MCU控制器(19)传送指令给PLC控制器(18)控制电磁阀(17)的循环启闭；所述电磁阀(17)开启时间和关闭时间与时控开关(16)打开和关闭的时间对应，电磁阀(17)每一次开启均需有一个空的集水瓶(11)正对导水管(2)的出水口。
3.如权利要求1所述的稻田渗漏水自动分时段收集装置，其特征在于：所述集水漏斗(1)和导水管(2)构成采集系统，洒水喷头(3)、洒水喷头支座(4)、输水细管(5)、高位水瓶(6)、高位水瓶出水口(7)、输气管(8)、加压器(9)、高位水瓶置物台(10)构成清洗系统。
4.如权利要求1所述的稻田渗漏水自动分时段收集装置，其特征在于：所述时控开关(16)内设置有循环打开开关和关闭开关的时间，打开开关的时间使电动机(15)带动圆柱销(14)旋转一周，让槽轮(13)带动放置在其中一个放置孔(131)上的集水瓶(11)，正对导水管(2)的出水口。
5.如权利要求1所述的稻田渗漏水自动分时段收集装置，其特征在于：所述槽轮(13)通过槽轮轴承(12)与容纳箱(23)的底部连接。
6.如权利要求1所述的稻田渗漏水自动分时段收集装置，其特征在于：所述集水瓶(11)上标识有刻度。
7.如权利要求1所述的稻田渗漏水自动分时段收集装置，其特征在于：所述集水漏斗(1)上设有漏水纱布。
8.如权利要求1所述的稻田渗漏水自动分时段收集装置，其特征在于：所述洒水喷头(3)通过多个洒水喷头支座(4)固定在集水漏斗(1)内部的侧壁上，洒水喷头(3)的上端面为凸曲面，在洒水喷头(3)的底部及侧面设有多个喷水孔洞(31)。
9.如权利要求1所述的稻田渗漏水自动分时段收集装置，其特征在于：所述容纳箱(23)包括容纳箱箱体(231)和设置在容纳箱箱体(231)一侧的容纳箱箱门(232)，容纳箱箱体(231)通过容纳箱支座(24)放置在置物平台(25)上，所述容纳箱箱门(232)上设有箱门门扣(233)，与箱门门扣(233)对应一侧的容纳箱箱体(231)上设有箱体门扣(234)；所述容纳箱箱体(231)的底部设有用于积水流出的第三孔洞(237)，容纳箱箱体(231)的左侧设有用于导水管(2)通过的第一孔洞(235)，容纳箱箱体(231)的右侧设有用于输水细管(5)通过的第二孔洞(236)。
10.如权利要求1所述的稻田渗漏水自动分时段收集装置，其特征在于：所述输水细管(5)与高位水瓶出水口(7)之间可拆卸。
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