[0001] 本发明涉及土壤水分入渗率测量技术领域，具体为一种土壤水分入渗率测量装置及方法。

[0002] 现有的土壤水分入渗率测量在使用时，只能对测量杆周围的土壤进行土壤水分入渗率测量，测量数据较为单一，不能对一整片区域进行测量，需要进行多次测量，且测量结果存在一定的误差；因此，不满足现有的需求，对此我们提出了一种土壤水分入渗率测量装置及方法。

[0018] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

[0019] 本发明所提到的钻孔电机（型号为DMK36‑DEC3625）、非接触式电容感应液位传感器（型号为XKC‑Y25‑V/NPN/PNP/RS485）、升降电机（型号为DMK28‑DEC2838）和旋转电机（型号为SST42D2120）均可从市场采购或私人定制获得。

[0020] 如图1至图3所示，一种土壤水分入渗率测量装置，包括水分入渗率测量器1和储水器9，水分入渗率测量器1包括测量杆8，测量杆8的顶端固定有数据线2，数据线2的一端固定有操作终端3，水分入渗率测量器1的内部设有四列围绕其轴线圆形阵列分布的导向孔4，每列的导向孔4有三个且上下等间距分布。

[0021] 如图3至图7所示，导向孔4的内侧的安装有分布测量组件5，分布测量组件5包括导向软杆501，导向软杆501滑动安装在导向孔4内侧，导向孔4的顶端外侧固定有升降滑块502，导向孔4的内壁设有升降滑槽6，升降滑块502滑动卡接在升降滑槽6内侧，升降滑块502的内部贯穿插接有升降丝杆510，升降丝杆510与升降滑块502通过螺纹连接，且升降丝杆
510的两端转动插接在测量杆8内部，升降丝杆510的顶端连接有升降电机509，升降电机509固定在测量杆8内部，导向软杆501的外表面镶嵌有多个线性排列的非接触式电容感应液位传感器507，导向软杆501的顶端设有安装槽503，安装槽503的内侧固定有钻孔电机504，钻孔电机504的输出轴端固定有旋转软杆505，旋转软杆505贯穿导向软杆501且与导向软杆
501转动连接，旋转软杆505的底端固定有钻头506，钻头506与导向孔4滑动连接，将测量杆8插入土壤后，接通升降电机509和钻孔电机504的电源，使得升降电机509驱动升降丝杆510旋转，使得升降滑块502带动导向软杆501、钻头506顺着导向孔4移动，同时钻孔电机504通过旋转软杆505驱动钻头506旋转，使得钻头506从导向孔4底端离开测量杆8并进入土壤中，使得导向软杆501进入土壤中且导向软杆501与测量杆8的侧壁保持垂直，使得导向软杆501外表面镶嵌的非接触式电容感应液位传感器507均匀的分布在测量杆8周围。

[0022] 导向孔4的内壁还设有两个对称分布的导向滑槽7，导向软杆501的顶端外侧还固定有两个对称分布的导向滑块508，导向滑块508滑动卡接在导向滑槽7内侧，利用导向滑块508配合升降滑块502，使得导向软杆501只能进行上下升降，保证导向软杆501在旋转软杆
505旋转时，导向软杆501不会随着旋转软杆505进行转动。

[0023] 导向孔4底端呈九十度弯曲，导向孔4的底端开口位于测量杆8外壁且轴线与测量杆8的轴线垂直，确保钻头506从导向孔4底端开口离开测量杆8时，钻头506的前进方向与测量杆8轴线垂直。

[0024] 如图1、图8至图10所示，储水器9包括支撑座18，支撑座18的上表面固定有旋转电机17，旋转电机17的输出轴端部固定有传动齿轮16，传动齿轮16的一侧啮合连接有旋转齿环15，旋转齿环15的内侧固定有四个辅助储水棒12，旋转齿环15的轴线与支撑座18的轴线重合，四个辅助储水棒12之间安装有中心储水棒10，中心储水棒10和四个辅助储水棒12的底端均固定有出水管11，出水管11的内部设有电磁阀，利用中心储水棒10、辅助储水棒12储存足量的水，然后通过中心储水棒10、辅助储水棒12底端的出水管11将水洒在土壤中，使得水渗入土壤中，然后进行土壤水分入渗率测量。

[0025] 中心储水棒10的底端外表面固定有四个第一连接水嘴13，四个辅助储水棒12的底端外表面均固定有第二连接水嘴14，第一连接水嘴13与第二连接水嘴14之间可拆卸的安装有连接水管20，连接水管20的底面固定有多个线性排列的喷嘴22，利用旋转电机17驱动传动齿轮16和旋转齿环15旋转，使得旋转齿环15带动四个辅助储水棒12围绕出水管11的轴线旋转，同时辅助储水棒12通过连接水管20带动中心储水棒10同时进行旋转，利用旋转齿环15和旋转齿环15底面的喷嘴22将水均匀的洒在土壤，保证土壤水分分布均匀，保证测量结果的精确性，降低测量误差。

[0026] 四个辅助储水棒12的下方固定有旋转环19，旋转环19转动放置于支撑座18内侧，辅助储水棒12固定在旋转环19上表面，旋转环19和支撑座18之间卡接有多个支撑滚珠21，、支撑滚珠21围绕支撑座18的轴线圆形阵列分布，旋转环19的底面和支撑座18的底部均设有环槽，环槽的截面为弧形，支撑滚珠21滚动放置于两个环槽之间，利用支撑滚珠21对旋转环19进行支撑，保证传动齿轮16在驱动旋转齿环15旋转时，旋转齿环15顺利的带动四个辅助储水棒12和辅助储水棒12底部固定的旋转环19围绕支撑座18的轴线做圆周运动。

[0027] 工作原理：首先将测量杆8整体插入土壤中，并保证测量杆8的顶端与土壤表面平齐或稍微突出一点，随后接通钻孔电机504和升降电机509的电源并启动，升降电机509通电启动后驱动升降丝杆510旋转，使得升降丝杆510通过螺纹传动带动升降滑块502沿着升降滑槽6向下滑动，此时升降滑块502带动导向软杆501、旋转软杆505和钻头506同时向下滑动，钻头506顺着导向孔4的底端离开测量杆8，在钻头506离开导向孔4底端时钻头506的轴线与测量杆8的轴线垂直，而导向软杆501在下移时钻孔电机504通电启动并驱动旋转软杆505、钻头506高速旋转，钻头506一边旋转一边在导向孔4内部滑动，进入土壤中的钻头506高速旋转时钻入土壤内部，在土壤中钻出一条通道，使得导向软杆501顺利的进入土壤中，此时导向软杆501外表面镶嵌的非接触式电容感应液位传感器507朝向上方，直至导向软杆
501顶端外表面的导向滑块508移动至导向滑槽7的底部；
在所有的导向软杆501均进入土壤中时，所有的非接触式电容感应液位传感器507
均匀的分布在测量杆8的周围，且上下相邻的非接触式电容感应液位传感器507位于不同深度的土壤层中，这时工作人员将支撑座18放置于测量杆8上方，且保证中心储水棒10位于测量杆8的正上方，接下来开启出水管11和喷嘴22内部的电磁阀，电磁阀开启后，中心储水棒
10、辅助储水棒12内部部分水通过出水管11例如土壤，中心储水棒10、辅助储水棒12其余的水通过第一连接水嘴13、第二连接水嘴14进入旋转齿环15中，并通过旋转齿环15底部的喷嘴22流入土壤中；
最后接通旋转电机17的电源并启动，旋转电机17驱动传动齿轮16旋转，使得传动
齿轮16带动旋转齿环15转动，此时旋转齿环15带动内侧固定的四个辅助储水棒12同时围绕中心储水棒10的轴线旋转，辅助储水棒12旋转时通过旋转齿环15带动中心储水棒10同时转动，使得旋转齿环15底部的喷嘴22和辅助储水棒12底部的出水管11围绕中心储水棒10的轴线做圆周运动，将水均匀的洒在测量杆8顶端周围的土壤中，保证土壤中的水均匀进行分布并向下渗入土壤，直至渗入土壤中的水杯不同土壤层的非接触式电容感应液位传感器507检测到，非接触式电容感应液位传感器507检测到数据后将数据反馈至操作终端3并显示在操作终端3上，实现对测量杆8周围正片区域进行水分入渗率测量，丰富测量数据，降低测量误差，保证测量结果的精准度和准确度，无需进行多次点位测量，缩短测量时间并提高测量效率。

[0028] 本发明还提供一种土壤水分入渗率测量方法，采用上述土壤水分入渗率测量装置，所述测量方法包括以下步骤：S1：首先将测量杆8插入土壤之间，并保证测量杆8的顶端与土壤表面平齐，或者测量杆8的顶端稍微突出土壤；
S2：然后将储水器9放置于测量杆8上方，保证中心储水棒10位于测量杆8正上方；
S3：随后接通钻孔电机504和升降电机509的电源并启动，升降电机509启动后驱动升降丝杆510旋转，使得升降丝杆510通过和升降滑块502的螺纹传动，使得升降滑块502带动导向软杆501向导向孔4底端滑动；
S4：同时钻孔电机504驱动旋转软杆505和钻头506进行高速旋转，导向软杆501的
底端将钻头506从导向孔4底端开口处推离测量杆8；
S5：旋转的钻头506离开导向孔4底端后垂直测量杆8的轴线钻入土壤中，直至导向软杆501顶端外侧的导向滑块508移动至导向滑槽7的最低端；
S6：这时导向软杆501外表面的非接触式电容感应液位传感器507在测量杆8的周
围呈均匀分布，且上下相邻的非接触式电容感应液位传感器507位于不同深度的土壤层中；
S7：接通旋转电机17的电源并启动，旋转电机17通过驱动传动齿轮16旋转，使得旋转齿环15带动四个辅助储水棒12围绕中心储水棒10的轴线旋转，辅助储水棒12旋转时通过连接水管20带动中心储水棒10同时转动；
S8：连接水管20围绕中心储水棒10的轴线旋转时，开启喷嘴22内部的电磁阀；
S9：电磁阀开启后，中心储水棒10、辅助储水棒12内部的水通过第一连接水嘴13、第二连接水嘴14进入旋转齿环15内部，并最终通过喷嘴22流入土壤中；
S10：由于旋转齿环15围绕中心储水棒10的轴线旋转且速度均匀，这时流入土壤中的水在土壤中分布均匀并向下渗入；
S11：直至水渗入到非接触式电容感应液位传感器507的位置并被非接触式电容感
应液位传感器507检测到，非接触式电容感应液位传感器507将检测到的数据反馈至操作终端3并在操作终端3上显示。

[0029] 本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。