[发明专利]一种自记式冻土含冰量测量装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种自记式冻土含冰量测量装置，该装置能够实现测量并记录冻土在固定时间间隔内的含冰量的值，通过自动充电、测量和记录完成长期的野外观测试验。

背景技术

冻土是一种对温度极为敏感的土体介质，含有丰富的地下冰，北极高纬度冻土地区生态系统的研究资料表明，近年来由于气温升高而导致冻土活动层加深、生态系统各种生态要素发生了显著变化。同时，释放大量温室气体与水分，引起区域水能循环系统发生深刻变化，继而对整个地球系统产生重要影响，在我国多年冻土面积占国土面积的21.5%。冻土包括未冻水（液态水）、气体、固体颗粒和冻结水（冰）四种成分。冰作为冻土的重要成分之一，观测其变化是研究冻土活动的重要参照，但是当前对冻土含冰量的长期野外观测是一项技术难题，这是因为冻土的特殊构造使得土壤取样、测量等工作非常困难。目前被公认的能够准确测量冻土含冰量的 “核磁共振法”也只局限于实验室测量。所以研发一种可以适应野外观测的自记式冻土含冰量测量装置具有很高的实用价值。

发明内容

综上所述，本发明的目的在于提供一种自记式冻土含冰量测量装置，本发明利用引起冻土温度状态变化的因素消除后，在当地自然条件影响下，冻土温度恢复到从前稳定状态这一性质，通过加热获取土壤湿度的间接方式获取冻土含冰量的变化，降低研究成本，有效解决了冻土含冰量观测难题，并且能够适应野外复杂的自然环境条件，实现全自动观测。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

一种自记式冻土含冰量测量装置，包括：涂有耐高温绝缘材料电加热网、温度传感器、土壤温度和湿度传感器、数据采集器、温控开关电路、太阳能充电控制器、太阳能电池板、电池保温箱、蓄电池。温度传感器紧贴土壤温度和湿度传感器安装在由四片涂有耐高温绝缘材料电加热网组成的立方体几何中心，土壤温度和湿度传感器通过导线与数据采集器连接，蓄电池装在保温箱中通过太阳能充电控制器的转接与太阳能电池板共同组成电源系统，由温控开关电路控制涂有耐高温绝缘材料电加热网的闭合、或断开。

本发明的优点：

1、本发明通过先测量土壤冻结状态下土壤液态含水量，再测量加热融化冻土后的土壤液态含水量，利用二者之差来间接实现冻土含冰量估算。

2、本发明采用的数据采集器性能稳定可靠，可存储15分钟间隔的数据1年，只需要工作人员定期采集数据并维护即可，数据通过专用软件下载到电脑做后期处理。

3、本发明采用太阳能电池板给蓄电池充电，装置带有过流过压保护电路，具备一定的自我保护能力，保证了系统工作的可持续性，可满足长期的野外自动观测需求。

4、本发明所需成本低，性能稳定，易于维护，且数据下载和分析方便。

5、本发明为测量冻土含冰量提供了技术支撑，简化测量设备，可推广应用于气候、水文或生态等研究领域。

附图说明

图1为本发明整体结构简图。

图2为温控开关电路程序流程图。

图3为本发明测量实验室制备不同含水量的冻土中含冰量占总含水量百分比变化曲线。

具体实施方式

本发明采用的电加热网（1）为涂有ZS-1091耐高温陶瓷绝缘涂料，可承受600℃高温，击穿强度大于 10KV/mm，化学稳定性，能耐老化，耐水，耐化学腐蚀，涂层导热系数高。温度传感器（2）为不锈钢封装、防水型DS18b20温度探头、土壤温度和湿度传感器（3）和数据采集器分别采用美国Decagon公司生产的5TM和EM50，温控开关电路（5）是由温度传感器（2）和一块以STC89C52R+为核心控制器的单片机系统板组成的，装在保温箱（8）内的蓄电池（9）为蓄电池（PV100-12）串联组成的电池组、太阳能板（7）为太阳能电池板并联组成的太阳能发电组、太阳能充电控制器（6）是智能数显太阳能充电控制器，充电电流为10A至60A自动适配，自带过压欠压保护。

下面结合附图，对本发明的技术方案再做进一步的说明：