一种插管式FDR土壤水分传感器安装装置的制作方法

一种插管式fdr土壤水分传感器安装装置
技术领域
1.本实用新型涉及水分传感器安装技术领域，尤其公开了一种插管式fdr土壤水分传感器安装装置。


背景技术：

2.电容式fdr(frequancy domain reflection，频域反射)土壤水分传感器一般采用插管的方式安装，为防止土壤中水及水汽渗入套管中，保证传感器正常工作，整个传感器通过pvc(polyvinyl chloride，聚氯乙烯)防水套管100及其辅助设备(套管底端的锥形防水帽200，套管顶盖等)，将传感器及其电路与土壤完全隔绝。土壤水分传感器通过电磁场实现土壤含水量的测量，整个安装结构如图1所示。
3.现有的条件下在安装传感器套管时，一般是采用直接钻孔法进行安装，其步骤是：
4.a)、将三角支架展开，中间的钻杆套筒基本调节水平后后将其固定。
5.b)、用专业打孔钻穿过支架套筒，旋转打孔，直至到要求的深度。
6.所使用的安装工具有：与套管外径相匹配的钻头、钻杆，以及在安装土壤水分观测仪的过程中会使用大锤，三脚架是用来减小振动，并且能够防止安装管的侧向运动，保证整个安装过程能够顺利进行。但是实际使用中此类的工具存在较大的缺陷：
7.1、由于自动土壤水分仪一般安装场地是在野外，安装工具需要设计成可折叠、收纳的形式，所以钻杆分成3段，使用的时随着下钻深度的增加而增加钻杆。但是当安装地点的土壤硬度较大，下钻时需在钻杆的旋转把手上施加较大的扭矩，导致钻杆之间的连接螺丝过紧，特别在野外专业，未有较好的方法将其拧松、拆开。
8.2、三角固定支架下端仅仅采用垫片的形式来保持钻孔过程中打孔钻的垂直，其可靠性并不高，当操作人员选装打孔钻时倾斜过大将破坏套筒的垂直状态，并需要重新进行调节。
9.3、固定支架的水平调节靠肉眼或额外的水平尺，且由于固定支架的支撑杆长度不能改变，调节水平仅仅依靠来回挪动套筒底端的垫片，其调节水平工作较麻烦，特别是安装点土壤干燥、硬度较大的时，地表的土块、碎石等能够严重影响到调整水平工作。采用清理掉安装点表面土壤的办法能够顺利进行水平调节，但是清理破坏了安装点的土壤，对传感器测量带来不利的影响。
10.因此，现有fdr土壤水分传感器安装时存在的上述缺陷，是一件亟待解决的技术问题。


技术实现要素：

11.本实用新型提供了一种插管式fdr土壤水分传感器安装装置，旨在解决现有fdr土壤水分传感器安装时存在的上述缺陷的技术问题。
12.本实用新型提供一种插管式fdr土壤水分传感器安装装置，包括三角固定支架，三角固定支架包括钻杆套筒、支撑杆、固定杆和固定环，多个支撑杆的一端周向围绕钻杆套筒
的中部设置，多个支撑杆的另一端分别用于着地；固定环活动套设于钻杆套筒的底部上且可相对钻杆套筒上下移动，多个固定杆的一端环绕固定环设置且多个固定杆的另一端对应与多个支撑杆的中部相连接。
13.进一步地，钻杆套筒的顶部设有顶盘，顶盘上安装有用于调节水平度的水平泡，钻杆套筒的中部套设有支撑杆滑动环，多个支撑杆的一端周向围绕支撑杆滑动环的外壁设置。
14.进一步地，支撑杆滑动环可相对钻杆套筒上下滑动；顶盘与支撑杆滑动环一体设置，支撑杆滑动环的外壁周向均设有多个活动关节，支撑杆的一端分别与对应的活动关节活动连接。
15.进一步地，支撑杆包括支撑杆上臂、第一支撑杆下臂、第一调节螺杆、六角调节杆、第二调节螺杆、第二支撑杆下臂、固定脚片、阻挡螺杆和固定螺杆，六角调节杆的一端通过第一调节螺杆与第一支撑杆下臂的一端相连接，六角调节杆的另一端通过第二调节螺杆与第二支撑杆下臂的一端相连接；第一支撑杆下臂的另一端套设于第一调节螺杆内且通过阻挡螺杆相阻挡、以及固定螺杆相固定；第二支撑杆下臂的另一端与固定脚片相连接。
16.进一步地，支撑杆还包括第一弹簧、第一顶持螺杆、第二弹簧和第二顶持螺杆，第一弹簧和第一顶持螺杆均设于第一支撑杆下臂的腔体内，第一弹簧的一端抵接于第一调节螺杆上，第一弹簧的另一端通过第一顶持螺杆与阻挡螺杆相抵接；第二弹簧和第二顶持螺杆均设于第二支撑杆下臂的腔体内，第二弹簧的一端抵接于第二调节螺杆上，第二弹簧的另一端通过第二顶持螺杆与固定脚片相抵接。
17.进一步地，固定环的外壁周向均设有多个固定杆连接环，支撑杆上臂上设有支撑杆连接关节，固定杆的一端通过固定杆连接环与固定环相连接，固定杆的另一端通过支撑杆连接关节与支撑杆上臂上连接。
18.进一步地，三角固定支架还包括固定钢钎、钢钎方头和提出杆，固定钢钎用于将固定脚片固定于土壤内；钢钎方头设于固定钢钎的顶部，钢钎方头上设有供提出杆横向穿过以将固定钢钎提出土壤的提出孔。
19.进一步地，插管式fdr土壤水分传感器安装装置还包括套设于钻杆套筒内用于土壤打孔的打孔钻组件，打孔钻组件包括钻杆和钻头，钻杆包括杆体、分别设于杆体两端的钻杆螺孔和钻杆螺杆、以及设于杆体中部的拆卸六角。
20.进一步地，打孔钻组件还包括把手，把手包括把手握杆和把手螺杆，把手螺杆的一端与把手握杆的中部固定连接，把手螺杆的另一端设有与钻杆螺孔相配合的螺纹。
21.进一步地，插管式fdr土壤水分传感器安装装置还包括安装于传感器套管上用于将传感器套管压入土壤内的传感器套管垫桩，传感器套管垫桩包括内圆柱体、外柱体和顶面，顶面设于外柱体的顶端，外柱体通过顶面与内圆柱体相连接。
22.本实用新型所取得的有益效果为：
23.本实用新型提供一种插管式fdr土壤水分传感器安装装置，采用三角固定支架，三角固定支架包括钻杆套筒、支撑杆、固定杆和固定环，多个支撑杆的一端周向围绕钻杆套筒的中部设置，多个支撑杆的另一端分别用于着地；固定环活动套设于钻杆套筒的底部上且可相对钻杆套筒上下移动，多个固定杆的一端环绕固定环设置且多个固定杆的另一端对应与多个支撑杆的中部相连接。本实用新型提供的插管式fdr土壤水分传感器安装装置，三角
固定支架的作用是保持钻杆的下钻的时候始终保持垂直状态，避免安装的传感器套管出现倾斜；采用滑动环和支撑杆采用分节抽拉的形式，使得三角固定架在收起来后整体上的长度与钻杆套管长度(60cm左右)一样，方便野外作业携带。
附图说明
24.图1为现有电容式fdr土壤水分传感器安装装置一实施例的立体结构示意图；
25.图2为本实用新型提供的插管式fdr土壤水分传感器安装装置第一实施例的立体结构示意图；
26.图3为图2中所示的支撑杆一实施例的立体结构示意图；
27.图4为本实用新型提供的插管式fdr土壤水分传感器安装装置第二实施例的立体结构示意图；
28.图5为图4中所示的打孔钻组件一实施例第一视角的立体结构示意图；
29.图6为图5中所示的钻杆一实施例的立体结构示意图；
30.图7为图4中所示的打孔钻组件一实施例第二视角的立体结构示意图；
31.图8为本实用新型提供的插管式fdr土壤水分传感器安装装置中传感器套管垫桩一实施例的安装示意图；
32.图9为图8中所示的传感器套管垫桩一实施例的立体结构示意图。
33.附图标号说明：
34.10、三角固定支架；11、钻杆套筒；12、支撑杆；13、固定杆； 14、固定环；151、顶盘；152、水平泡；161、支撑杆滑动环；162、活动关节；121、支撑杆上臂；122、第一支撑杆下臂；123、第一调节螺杆；124、六角调节杆；125、第二调节螺杆；126、第二支撑杆下臂；127、固定脚片；1281、阻挡螺杆；1282、固定螺杆；1291、第一弹簧；1292、第一顶持螺杆；1293、第二弹簧；1294、第二顶持螺杆；141、固定杆连接环；1211、支撑杆连接关节；171、固定钢钎； 172、钎方头；173、提出杆；174、提出孔；20、打孔钻组件；21、钻杆；22、钻头；211、杆体；212、钻杆螺孔；213、钻杆螺杆；214、拆卸六角；23、把手；231、把手握杆；232、把手螺杆；30、传感器套管垫桩；31、内圆柱体；32、外柱体；33、顶面；100、pvc防水套管；200、锥形防水帽。
具体实施方式
35.为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案做详细的说明。
36.如图2所示，本实用新型第一实施例提出一种插管式fdr土壤水分传感器安装装置，包括三角固定支架10，三角固定支架10包括钻杆套筒11、支撑杆12、固定杆13和固定环14，多个支撑杆12的一端周向围绕钻杆套筒11的中部设置，多个支撑杆12的另一端分别用于着地；固定环14活动套设于钻杆套筒11的底部上且可相对钻杆套筒11上下移动，多个固定杆13的一端环绕固定环14设置且多个固定杆13的另一端对应与多个支撑杆12的中部相连接。
37.本实施例提供的插管式fdr土壤水分传感器安装装置，用于实现插管式fdr土壤水分传感器套管的安装，能够将套管垂直的安装在土壤中，安装后的套管保持与地平面垂直。本实施例提供的插管式 fdr土壤水分传感器安装装置，安装的特别之处在于：如果采用一
般的钻杆支架，使其在下探的时候始终保持垂直状态，那么可能需要在离套管很近的地方插入钢钎进行固定，这样套管周边的土壤不可避免的受到破坏，且插入固定钢钎后留下的土壤孔隙将影响地下水的运动分布，从而使得传感器测量出的结果存在误差。地下较大的孔隙或土壤结构破坏后土壤水分的运动能够进一步反映在后期测量的土壤含水量数据变化趋势等较未受破坏的状态时也有所不同。
38.因此，本实施例提供的插管式fdr土壤水分传感器安装装置，在能够实现钻取一定深度的、与fdr土壤水分传感器套管相匹配的孔径的孔外，该需要钻取的土壤孔是垂直，且孔的周边1m半径范围内的土壤保证不受到破坏，没有额外孔隙的影响。
39.进一步地，请见图2和图3，在上述结构中，本实施例提供的管式fdr土壤水分传感器安装装置，钻杆套筒11的顶部设有顶盘151，顶盘151上安装有用于调节水平度的水平泡152，钻杆套筒11的中部套设有支撑杆滑动环161，多个支撑杆12的一端周向围绕支撑杆滑动环161的外壁设置。支撑杆滑动环161可相对钻杆套筒11上下滑动；顶盘151与支撑杆滑动环161一体设置，支撑杆滑动环161的外壁周向均设有多个活动关节162，支撑杆12的一端分别与对应的活动关节162活动连接。
40.具体地，请见图2，本实施例提供的管式fdr土壤水分传感器安装装置，支撑杆12包括支撑杆上臂121、第一支撑杆下臂122、第一调节螺杆123、六角调节杆124、第二调节螺杆125、第二支撑杆下臂126、固定脚片127、阻挡螺杆1281和固定螺杆1282，六角调节杆124的一端通过第一调节螺杆123与第一支撑杆下臂122的一端相连接，六角调节杆124的另一端通过第二调节螺杆125与第二支撑杆下臂126的一端相连接；第一支撑杆下臂122的另一端套设于第一调节螺杆123内且通过阻挡螺杆1281相阻挡、以及固定螺杆1282相固定；第二支撑杆下臂126的另一端与固定脚片127相连接。
41.进一步地，参见图3，图3为图2中所示的支撑杆一实施例的立体结构示意图，在本实施例中，支撑杆12还包括第一弹簧1291、第一顶持螺杆1292、第二弹簧1293和第二顶持螺杆1294，第一弹簧 1291和第一顶持螺杆1292均设于第一支撑杆下臂122的腔体内，第一弹簧1291的一端抵接于第一调节螺杆123上，第一弹簧1291的另一端通过第一顶持螺杆1292与阻挡螺杆1281相抵接；第二弹簧1293 和第二顶持螺杆1294均设于第二支撑杆下臂126的腔体内，第二弹簧1293的一端抵接于第二调节螺杆125上，第二弹簧1293的另一端通过第二顶持螺杆1294与固定脚片127相抵接。
42.进一步地，请见图1至图3，本实施例提供的管式fdr土壤水分传感器安装装置，固定环14的外壁周向均设有多个固定杆连接环141，支撑杆上臂121上设有支撑杆连接关节1211，固定杆13的一端通过固定杆连接环141与固定环14相连接，固定杆13的另一端通过支撑杆连接关节1211与支撑杆上臂121上连接。三角固定支架10 还包括固定钢钎171、钢钎方头172和提出杆173，固定钢钎171用于将固定脚片127固定于土壤内；钢钎方头172设于固定钢钎171的顶部，钢钎方头172上设有供提出杆173横向穿过以将固定钢钎171 提出土壤的提出孔174。
43.在本实施例中，水平泡152呈圆形，在调节三角固定支架10水平时方便观察是否已经打到水平状态，由于水平泡152所在的顶盘 151与支架的钻杆套筒11始终处于垂直状态，当水平泡152中的气泡处于中间位置时候，表明钻杆套筒11处于垂直状态。顶盘151与三角固定支架10的钻杆套筒11一体成形，能够起到防止支撑杆滑动环161移出钻杆套筒11的作
用，预留了足够的边缘，能够安装水平泡152。活动关节162方便支撑杆12摆开合适的角度，使得支撑杆 12能够收到与钻杆套筒11平行的方向，方便运输、包装和携带等。钻杆套筒11为中通圆柱形，圆柱的内径稍大于钻杆圆柱体的外径，以方便钻杆21和钻头22提出，去除废土；具有一定的高度(约40cm)，保证钻杆套筒11内径在稍大于钻杆21外直径的状态下其能够摆动的最大倾斜度不超出0.1度的误差，保证了传感器套管压入孔中后保持垂直。支撑杆滑动环161为中通圆柱形，内径与钻杆套筒11外径相同，能够沿钻杆套筒11滑动。支撑杆12收起时该支撑杆滑动环161 到达顶盘151位置，支撑杆12与钻杆套筒11之间的角度越大，支撑杆滑动环161的位置约靠下。上端呈120度分布3个活动关节162的固定座。固定环14为中通圆柱形，内径与钻杆套筒11外径相同，通过螺丝固定在钻杆套筒11上，其在钻杆套筒11上的位置不能移动。柱体边缘有3个固定杆13连接关节固定座。支撑杆上臂121为中空管形，截面比第一支撑杆下臂122大，使得第一支撑杆下臂122能够收进其中。支撑杆连接关节将支撑杆上臂121与固定杆13连接，且两者之间的角度能够变化。第一支撑杆下臂122两端为管形，中间部分为可第一调节螺杆123和六角调节杆124，整个第一支撑杆下臂122 和第二支撑杆下臂126能够收进支撑杆上臂12中。
44.在图5所示的结构中：中间的六角调节杆124中间为六边形杆，可以借助扳手等工具通过旋转调节第一支撑杆下臂122和第二支撑杆下臂126的长度，使得水气泡152中的气泡处于中间位置，从而调节支架的钻杆套筒11处于垂直状态，保证钻杆21在下钻时不会出现倾斜。整个调节杆两端通过螺孔螺杆的形式与下支撑臂的其他部分连接，两端的螺杆用具有一定强度的弹簧顶住，使得当调整好下支撑臂的长度后，在旋转钻杆的时候不至于出现小的长度变化。
45.进一步地，请见图4至图7，本实施例提供的管式fdr土壤水分传感器安装装置，插管式fdr土壤水分传感器安装装置还包括套设于钻杆套筒11内用于土壤打孔的打孔钻组件20，打孔钻组件20 包括钻杆21和钻头22，钻杆21包括杆体211、分别设于杆体211两端的钻杆螺孔212和钻杆螺杆213、以及设于杆体211中部的拆卸六角214。打孔钻组件20还包括把手23，把手23包括把手握杆231和把手螺杆232，把手螺杆232的一端与把手握杆231的中部固定连接，把手螺杆232的另一端设有与钻杆螺孔212相配合的螺纹。把手23 的作用是为钻头下钻提供压力和旋转钻杆，其长度要能够提供足够的扭矩。把手螺杆232的作用是将钻杆21与把手23相连接。
46.把手螺杆232与把钻杆螺孔212相匹配，实现钻杆21与把手23 连接。拆卸六角214，两端为圆柱状，中间的六角部分其外接圆直径同钻杆21外直径相同，圆柱外径同钻杆21内径相同，与两端的杆体211采用焊接的形式连接。之所以在圆柱钻杆21加装此拆卸六角214，是因为当打孔完毕后，钻杆21与钻杆21之间以及钻杆21与把手23 之间经过较大力矩的旋转，其之间的螺丝已经拧到相当紧的程度，以至于钻杆21及其难以拧松，安装此拆卸六角214，可以方便的借助于扳手卡在拆卸六角处，将其拧松和拆下。钻杆21中空圆柱形，其圆柱外直径稍小于土壤水分传感器套管。要使fdr土壤水分传感器测量的数据准确，要求其套管与土壤紧密接触，不能出现孔隙，套管周围如果出现孔隙将对测量结果有较大的误差。由于钻杆21在下钻过程中需要多次提出，和作用在把手上的旋转力不可能始终保持垂直向下，不可避免所钻的孔径要稍大于钻杆的直径。钻杆螺杆213用于实现连接下一级钻杆21或连接钻头22。钻头22的顶端带螺孔，能够连接在钻杆21上。带拆卸六角214，方便将其从钻杆21
上拆下。钻头22有两个对称的钻片，钻片横向弧度与圆柱钻杆外弧度相同，钻片的末端焊接在一起，两个钻片之间的孔隙处盛装钻头钻取的废土。
47.电容式fdr土壤水分传感器每个层次探测的深度为10cm，根据探测土壤水分层次的不同需求，可以配备不同数量的传感器，传感器数量不同，所需要的安装套管的长度也不相同。一般情况下有安装8 个层次的传感器传感器探测1m深度的土壤湿度，和安装16个传感器，探测1.6m深度的土壤湿度。本实施例提供的管式fdr土壤水分传感器安装装置，打孔钻组件20采用分节接装的形式，通过加接不同数量的钻杆21，能够灵活方便的实现不同下钻深度的要求。
48.钻杆21采用分节安装的形式，根据实际需要安装的土壤水分传感器数量所决定的深度来加接不同数量的钻杆21，实现下钻不同的深度。这样使得钻杆21的每个部分都不会太长，方便野外作业携带。
49.进一步地，请见图8至图9，本实施例提供的管式fdr土壤水分传感器安装装置，插管式fdr土壤水分传感器安装装置还包括安装于传感器套管上用于将传感器套管压入土壤内的传感器套管垫桩 30，传感器套管垫桩30包括内圆柱体31、外柱体32和顶面33，顶面33设于外柱体32的顶端，外柱体32通过顶面33与内圆柱体31 相连接。
50.传感器套管，一般情况下其标准长度为1.5m或2.0m。为了使得安装的传感器套管能够紧密的与周围土壤接触，不出现孔隙，钻头直径稍微小于套管外直径，所以套管需要借助大锤砸入将传感器套管沿打好的孔将套管砸入土壤中，如果直接用大锤敲击套管，将导致套管破裂，为此在敲击的时候需加装上套管垫桩，如图8所示。传感器套管垫桩30能够起到保护套管和方便敲击受力的作用。
51.传感器套管垫桩30的具体结构如图9所示，由2个不同直径的圆柱体套接在一起组成，其中内圆柱体31为实心结构，外柱体32为中空结构。
52.内圆柱体31其外径与传感器套管内径相同，具有一定的长度，保证与套管内壁能够提供足够的摩擦力避免在敲击的时候出现较大的回弹；采用实心体结构，增加垫桩重量，避免在敲击的时候出现较大的回弹。外柱体32在顶面处与内柱体连接在一起，顶面封闭，保证敲击的时候能够提供足够的受力面，其内径稍大于传感器套管外径，其作用是保证整个垫桩能够套在套管上，在敲击的时候不至于跌落。顶面33具有一定的厚度，约5mm，保证长时间受大锤的打击后能够保证整个顶面33的完好。
53.本实施例提供的插管式fdr土壤水分传感器安装装置，同现有技术相比，采用三角固定支架，三角固定支架的作用是保持钻杆的下钻的时候始终保持垂直状态，避免安装的传感器套管出现倾斜；采用滑动环和支撑杆采用分节抽拉的形式，使得三角固定架在收起来后整体上的长度与钻杆套管长度(60cm左右)一样，方便野外作业携带。
54.尽管已描述了本实用新型的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本实用新型范围的所有变更和修改。显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。