本发明提供一种可替换式多层土体状态参数监测装置，包括外套筒和内套筒，所述外套筒包括外管和锥头，所述外管上预留若干个测量孔，所述测量孔外部安装橡胶垫；所述内套筒包括内管、管帽和传感器推进式系统，所述内管预留若干个预留孔，位置与测量孔对应，所述传感器推进式系统包括推进装置和土壤状态参数测量传感器，所述推进装置包括伸缩杆和底座，所述的底座固定于所述内管内侧，所述的伸缩杆固定于所述土壤状态参数测量传感器。本发明可一次埋设多个不同深度的土壤状态参数测量传感器，采用挤压安装，保证土体接触好，不使用回填，对土体影响较小，同时在测量过程中可方便地拿出/安装土壤状态参数测量传感器，方便传感器替换和检修。
1.一种可替换式多层土体状态参数监测装置使用方法，其特征在于，使用以下所述的一种可替换式多层土体状态参数监测装置，包括外套筒(1)和内套筒(2)，所述外套筒(1)包括外管(11)和锥头(12)，所述外管(11)上预留若干个测量孔(13)，所述测量孔(13)外部安装橡胶垫(14)，所述橡胶垫(14)下部固定在所述外管(11)预留的测量孔(13)下部，遮盖所述测量孔(13)，其他部位无约束，所述橡胶垫(14)存在两种状态：打开和闭合状态；所述内套筒(2)包括内管(21)、管帽(22)和传感器推进式系统(23)，所述内管(21)预留若干个预留孔(24)，位置与测量孔(13)对应，所述传感器推进式系统(23)包括推进装置(231)和土壤状态参数测量传感器(232)，所述推进装置(231)包括伸缩杆(2311)和底座(2312)，所述的底座(2312)固定于所述内管(21)内侧，所述的伸缩杆(2311)固定于所述土壤状态参数测量传感器(232)，使用方法包括：步骤一：打设所述外套筒(1)至设计位置，所述橡胶垫(14)处于闭合状态；
步骤二：将所述土壤状态参数测量传感器(232)安装至所述推进装置(231)上，确保所述伸缩杆(2311)处于收缩状态；
步骤三：将所述内套筒(2)放置于所述外套筒(1)，调节所述内套筒(2)位置，确保所述测量孔(13)和预留孔(24)重合；
步骤四：调控所述伸缩杆(2311)至推出状态，所述土壤状态参数测量传感器(232)在所述伸缩杆(2311)作用下推动所述橡胶垫(14)处于打开状态，直到所述土壤状态参数测量传感器(232)埋设至土体中，即可对土体的相应参数进行测量。
2.根据权利要求1所述的一种可替换式多层土体状态参数监测装置使用方法，其特征在于，进一步包括：步骤五：如遇土壤状态参数测量传感器需要替换，调控所述伸缩杆(2311)至收缩状态，所述土壤状态参数测量传感器(232)在所述伸缩杆(2311)作用下收缩，所述橡胶垫(14)处于关闭状态；
步骤六：通过所述管帽(22)取出所述内套筒(2)，替换土壤状态参数测量传感器，重复步骤三和四，即可重新进行测量。
3.根据权利要求1所述的使用方法，其特征在于：所述外套筒(1)打设在土体中，保证与土体充分接触。
4.根据权利要求1所述的使用方法，其特征在于：所述内管(21)内套于外管(11)，所述管帽(22)外径大于所述外管(11)的外径。
5.根据权利要求1所述的使用方法，其特征在于：所述伸缩杆(2311)由电机、气缸和油缸的驱动装置提供动力，通过电缆线(25)控制，可设置为收缩和推出状态。
6.根据权利要求1所述的使用方法，其特征在于：所述土壤状态参数测量传感器(232)为测量水势、水位、温度、土压力、重金属离子、有机物污染或土体介电常数的传感器。
一种可替换式多层土体状态参数监测装置及使用方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种可替换式多层土体状态参数监测装置及使用方法，所涉及领域包括农学、土壤学、岩土工程、林学和灾害防治等，所涉及测量参数包括土壤水势、水位、温度、土压力、重金属离子、有机物污染、土体介电常数等。
背景技术
[0002] 土壤不仅是我们人类生活的基础，而且也是地球上最主要的一种物质，更是人类基本生活的来源和保障。“民以食为天，食以土为本”，道出了土壤对人类生存，特别是对农业和林业有重大作用。土壤中的含水率、重金属离子、污染物和温度等不仅影响农作物、植物和树木生长，还可能对人类赖以生存的食物造成污染。不仅如此，所有建筑物都建设在土壤上，土体应力、含水率和水位等参数直接影响建筑物的变形和裂缝，严重者可能导致房屋倾倒。可见，对土壤中参数进行测量是调控植物生长、污染以及建筑物正常使用的重要基础。
[0003] 现有技术中，通过挖孔、埋设、回填等手段埋设相应传感器，对土体的参数进行测量。专利201420142019.5提出采用支撑杆连接不同深度土壤传感器，测量不同深度土壤状态参数。然而，土壤状态参数测量传感器在测量过程中可能发生失效或读数不正常。一旦失效或读数不正常，就必须挖出来检修或更换传感器才可再次测量。如普通土壤水势传感器，当土壤水势过大时，可能导致土壤水势传感器汽化进而失效，必须对土壤水势传感器再次饱和才可再使用。然而传统的埋设方法中，尤其对于埋设深度较大时，挖出传感器不仅成本高，而且易对传感器造成损坏，严重影响土壤状态参数测量传感器的使用。另外，传统埋设方法中一次仅可埋设一个传感器，对于多层不同深度的测量必须逐一埋设，费时费力；使用了回填工序，不能保证传感器与土体接触良好，而且回填土的密度和性质也可能与原状土不一致，这些不利因素可能导致测量准确度偏差。
[0004] 现有技术专利201010121920.0提出了一种传感器控制装置，属于土壤水分测量领域及自动监测量领域。为实现现场无人操作、全自动土壤剖面水分数据的自动采集与传输，本发明提供的水分监测装置包括控制装置包括传感器移动装置以及控制系统；所述传感器移动装置用于带动其所连接的传感器在竖直方向上运动；所述控制系统与所述传感器移动装置连接，用于控制所述传感器移动装置按照预设的方式自动进行动作。此外，本发明还提供包括该控制装置的土壤水分监测装置。本发明所提供的土壤水分监测装置，对于野外土壤监测极有极大的应用效益，尤其是在恶劣的环境与气候影响下，无需人工现场操作，依旧可以顺利完成数据采集。但仍存在前述现有技术缺陷。
发明内容
[0005] 为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种可替换式多层土体状态参数监测装置，其特征在于：包括外套筒1和内套筒2，所述外套筒1包括外管11和锥头12，所述外管11上预留若干个测量孔13，所述测量孔13外部安装橡胶垫14；所述内套筒2包括内管21、管帽22和传感器推进式系统23，所述内管21预留若干个预留孔24，位置与测量孔13对应，所述传感器推进式系统23包括推进装置231和土壤状态参数测量传感器232，所述推进装置231包括伸缩杆2311和底座2312，所述的底座2312固定于所述内管21内侧，所述的伸缩杆2311固定于所述土壤状态参数测量传感器232。
[0006] 进一步的，所述外套筒1打设在土体中，保证与土体充分接触。
[0007] 进一步的，所述橡胶垫14下部固定在所述外管11预留的测量孔13下部，遮盖所述测量孔13，其他部位无约束，所述橡胶垫14存在两种状态：打开和闭合状态。
[0008] 进一步的，所述内管21内套于外管11，所述管帽22外径大于所述外管11的外径。
[0009] 进一步的，所述伸缩杆2311可由电机、气缸和油缸等驱动装置提供动力，通过电缆线25控制，可设置为收缩和推出状态。
[0010] 进一步的，所述土壤状态参数测量传感器232可为水势、水位、温度、土压力、重金属离子、有机物污染、土体介电常数等传感器。
[0011] 本发明的另一目的在于提供了一种可替换式多层土体状态参数监测装置使用方法，使用前述的监测装置，其特征在于：
[0012] 步骤一：打设所述外套筒1至设计位置，所述橡胶垫14处于闭合状态；
[0013] 步骤二：将所述土壤状态参数测量传感器232安装至所述推进装置231上，确保所述伸缩杆2311处于收缩状态；
[0014] 步骤三：将所述内套筒2放置于所述外套筒1，调节所述内套筒2位置，确保所述测量孔13和预留孔24重合；
[0015] 步骤四：调控所述伸缩杆2311至推出状态，所述土壤状态参数测量传感器232在所述伸缩杆2311作用下推动所述橡胶垫14处于打开状态，直到所述土壤状态参数测量传感器232埋设至土体中，即可对土体的相应参数进行测量。
[0016] 在前述方法的基础上，进一步包括：步骤五：如遇土壤状态参数测量传感器需要替换，调控所述伸缩杆2311至收缩状态，所述土壤状态参数测量传感器232在所述伸缩杆2311作用下收缩，所述橡胶垫14处于关闭状态；
[0017] 步骤六：通过所述管帽22取出所述内套筒2，替换土壤状态参数测量传感器，重复步骤三和四，即可重新进行测量。
[0018] 本发明相较于现有技术的有益效果包括：本发明的可替换式多层土体状态参数监测装置及使用方法，可一次埋设多个不同深度的土壤状态参数测量传感器，采用挤压安装，保证土体接触好，不使用回填，对土体影响较小，同时在测量过程中可方便地拿出/安装土壤状态参数测量传感器，方便传感器替换和检修，同时，对于土体状态参数监测测量准确度高，偏差小。
附图说明
[0019] 图1是可替换式多层土体状态参数监测装置示意图(步骤一和二)；
[0020] 图2是可替换式多层土体状态参数监测装置示意图(步骤三)；
[0021] 图3是可替换式多层土体状态参数监测装置示意图(步骤四)；
[0022] 1-外套筒；11-外管；12-锥头；13-测量孔；14-橡胶垫；2-内套筒；21-内管；22-管帽；23-传感器推进式系统；231-推进装置；2311-伸缩杆；2312-底座；232-土壤状态参数测量传感器；24-预留孔；25-电缆线
具体实施方式
[0023] 下面结合附图说明及具体实施方式对本发明进一步说明。
[0024] 实施例1
[0025] 请参阅图1，本发明提供了一种可替换式多层土体状态参数监测装置，其特征在于：包括外套筒1和内套筒2，所述外套筒1包括外管11和锥头12，所述外管11上预留若干个测量孔13，所述测量孔13外部安装橡胶垫14；所述内套筒2包括内管21、管帽22和传感器推进式系统23，所述内管21预留若干个预留孔24，位置与测量孔13对应，所述传感器推进式系统23包括推进装置231和土壤状态参数测量传感器232，所述推进装置231包括伸缩杆2311和底座2312，所述的底座2312固定于所述内管21内侧，所述的伸缩杆2311固定于所述土壤状态参数测量传感器232。
[0026] 所述外套筒1打设在土体中，保证与土体充分接触。
[0027] 所述橡胶垫14下部固定在所述外管11预留的测量孔13下部，遮盖所述测量孔13，其他部位无约束，所述橡胶垫14存在两种状态：打开和闭合状态。
[0028] 所述内管21内套于外管11，所述管帽22外径大于所述外管11的外径。
[0029] 所述伸缩杆2311可由电机、气缸和油缸等驱动装置提供动力，通过电缆线25控制，可设置为收缩和推出状态。
[0030] 所述土壤状态参数测量传感器232可为水势、水位、温度、土压力、重金属离子、有机物污染、土体介电常数等传感器。
[0031] 实施例2
[0032] 一种可替换式多层土体状态参数监测装置使用方法，使用实施例1的监测装置，包括：
[0033] 参照图1所示，步骤一：打设所述外套筒1至设计位置，所述橡胶垫14处于闭合状态；
[0034] 步骤二：将所述土壤状态参数测量传感器232安装至所述推进装置231上，确保所述伸缩杆2311处于收缩状态；
[0035] 参照图2所示，步骤三：将所述内套筒2放置于所述外套筒1，调节所述内套筒2位置，确保所述测量孔13和预留孔24重合；
[0036] 参照图3所示，步骤四：调控所述伸缩杆2311至推出状态，所述土壤状态参数测量传感器232在所述伸缩杆2311作用下推动所述橡胶垫14处于打开状态，直到所述土壤状态参数测量传感器232埋设至土体中，即可对土体的相应参数进行测量。
[0037] 在前述方法的基础上，优选方案进一步包括：步骤五：如遇土壤状态参数测量传感器需要替换，调控所述伸缩杆2311至收缩状态，所述土壤状态参数测量传感器232在所述伸缩杆2311作用下收缩，所述橡胶垫14处于关闭状态；
[0038] 步骤六：通过所述管帽22取出所述内套筒2，替换土壤状态参数测量传感器，重复步骤三和四，即可重新进行测量。
[0039] 实施例3
[0040] 通过使用可替换式多层土体状态参数监测装置，以土壤水势测量为例，土壤水势灵敏度比传统方法提高了约90％，测量反应时间缩短了约10％。在测量80kPa的孔压时，本专利的设备和方法所测量的土壤水势精确度提高了约30％。
[0041] 以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
