【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及根系抗拉强度测试，具体为一种实时监控低温根系抗拉过程的测试装置及方法。
技术介绍
1、边坡生态防护技术可以在很大水平上减少因工程建设给生态环境造成的破坏，还可以实现不错的生态效益，在受到外力作用下，土壤变形土与根系的摩擦力会使根系拉伸形变，因此不同植被根系抗拉力的大小是用来评价植被根系护坡能力的重要指标。
2、目前国内外缺少针对低温影响下的植被根系抗拉强度的数据及仪器设备，而在寒旱区，负温是植被根土复合体必然经历过程，当前测定根系抗拉强度的试验系统大多数在常温下进行，已有的低温根系抗拉力试验装置及方法需要控温的空间较大，无法有效且快速地对根抗拉力试验过程进行温度控制，增加了低温根系拉拔力试验的时间，制约了试验速率，且已有设备没有可以对试验过程实时监控的功能，限制了对根系拉拔过程的变形情况的研究。
3、因此，设计实用性强和实时记录拉力与影像的一种实时监控低温根系抗拉过程的测试装置及方法是很有必要的。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种实时监控低温根系抗拉过程的测试装置及方法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
2、为了解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案：一种实时监控低温根系抗拉过程的测试装置及方法，包括低温恒温箱和拉力试验机以及工作站，所述拉力试验机上设有恒温控制单元和拉力数据采集单元，所述恒温控制单元设置在所述拉力数据采集单元中间，所述恒温控制单元包括恒温仓和硅胶片，所述恒温仓整体呈空心圆环柱设置，所述硅胶片分别
3、根据上述技术方案，所述拉力试验机包括试验机底座、操作面板、支柱模块、横梁模块以及加载模块，所述操作面板设置在所述试验机底座前壁，所述支柱模块包括左行程支柱和右行程支柱，所述左行程支柱和所述右行程支柱左右对称设置在所述试验机底座上端，所述横梁模块包括上横梁和下横梁，所述上横梁固定套设在所述左行程支柱和所述右行程支柱上，所述下横梁通过限位模块活动套设在所述左行程支柱和所述右行程支柱上，所述加载模块包括伺服电机和输出轴，所述伺服电机固定安装在所述试验机底座上端中心位置，所述伺服电机输出端固定安装有所述输出轴且所述输出轴螺纹连接在所述下横梁内。
4、根据上述技术方案，所述限位模块包括上限位器和下限位器以及限位传感器，所述限位传感器固定安装在所述下横梁右端，所述上限位器和所述下限位器分别活动套设在所述右行程支柱上，所述上限位器和所述下限位器分别设置在所述限位传感器上下端。
5、根据上述技术方案，所述拉力数据采集单元包括拉力传感器、圆盘、刚性夹具以及拉力数据采集仪，所述拉力传感器固定安装在所述上横梁下端中间位置，所述圆盘固定安装在所述下横梁上端中间位置，所述刚性夹具呈镜像设置在所述恒温仓上下端，上端的所述刚性夹具固定安装在所述拉力传感器下端，下端的所述刚性夹具固定安装在所述圆盘上端，所述拉力数据采集仪通过紧固螺栓固定安装在所述右行程支柱顶部向右延伸的铁片上，所述拉力传感器和所述拉力数据采集仪以及所述工作站依次通过导线电连接。
6、根据上述技术方案，所述温度监测收集单元包括温度传感器和温度数据采集器，所述恒温仓右侧壁贯穿开设有温度测量孔，所述恒温仓内壁且位于温度测量孔下方开设有卡槽，所述温度传感器固定安装在所述卡槽内，所述温度数据采集器设置在所述温度传感器和所述工作站之间，所述温度传感器和所述温度数据采集器以及所述工作站依次通过导线电连接。
7、根据上述技术方案，所述影像单元包括内窥镜摄像头组和拍照按键，所述恒温仓内开设有摄像孔，所述内窥镜摄像头组固定安装在所述摄像孔内，所述拍照按键设置在所述内窥镜摄像头组和所述工作站之间，所述内窥镜摄像头组和所述拍照按键以及所述工作站依次通过导线电连接。
8、根据上述技术方案，所述固定件包括支撑板和固定环，所述支撑板中间贯穿开设有让位口，所述让位口由矩形通过孔和圆形通过孔组成，所述恒温仓位于所述圆形通过孔内，所述固定环焊接在所述恒温仓外壁且通过紧固螺栓固定安装在所述支撑板上端，所述支撑板两侧开设有凹槽，所述左行程支柱和所述右行程支柱分别位于对应的所述凹槽内，所述凹槽前后侧贯穿开设有定位孔，所述定位孔之间通过紧固螺栓固定连接。
9、根据上述技术方案，所述工作站内安装有拉力处理软件、温度采集软件以及录像软件。
10、根据上述技术方案，包括以下步骤：
11、a、将目标直径的根系修剪成合适的标距，穿过恒温仓的上下硅胶片，根系露出的两端用刚性夹具上下分别进行固定；
12、b、将低温恒温箱设定为试验所需温度；
13、c、当工作站通过电连接线接收到来自温度数据采集器的温度数据与试验所需温度相同时，打开工作站的录像软件，开始对试验进行录制视频；
14、d、人工通过拉力试验机前侧的操作面板，控制伺服电机顺转或逆转，从而带动下横梁上升或下降，可以便于对下方刚性夹具的高度进行调节，对根系（9）进行便捷夹持，当夹持根系底部下降时，向下产生拉力，同时拉力传递给上方的拉力传感器；
15、e、人工操作拉力试验机前侧的操作面板，控制伺服电机逆转及其速率，从而控制下横梁上端刚性夹具下降速率，从而实现根系在低温条件下的自然拉伸；
16、f、拉力传感器将通过电连接线，实时将拉力数据传输给拉力数据采集仪，拉力数据采集仪将采集到的数据通过电连接线传输给工作站；
17、g、当工作站里的拉力处理软件识别到根系被拉断时，通过拉力试验机前侧的操作面板控制伺服电机停止运转，接着停止对试验过程的录制；
18、h、最终由工作站调整拉力数据采集频率并对试验数据进行处理绘制出拉力曲线图，从而表达出冻结根系的抗拉强度及根系抗拉过程中力的变化情况，导出所拍摄的视频，可以表达出根系拉拔过程中的形变过程及断裂情况。
19、与现有技术相比，本专利技术所达到的有益效果是：
20、（1）通过恒温仓对植物根系提供低温恒温环境，提供小范围的低温空间，能够快速的对试验空间进行降温，可以节省试验时间且可以使试验环境温度更接近试验目标温度；
21、（2）植物根系夹持端均处于常温环境中，可以降低植物根系因处于低温环境中变脆而被夹具夹烂的情况，可以提高试验的成功率；
22、（3）通过伺服电机控制下横梁的下降速率，配合拉力传感器，可以实时监测拉力的变化，为根系拉伸试验提供数据支撑；
23、（4）影像单元应用内窥镜摄像头组配合录像软件，可以将根系拉伸过程拍摄下来，为根系拉伸试验的研究提供影像支撑；
24、（5）通过工作站、温度传感器、拉力传感器及内窥镜摄像本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种实时监控低温根系抗拉过程的测试装置及方法，包括低温恒温箱（1）和拉力试验机（2）以及工作站（3），其特征在于：所述拉力试验机（2）上设有恒温控制单元（4）和拉力数据采集单元（5），所述恒温控制单元（4）设置在所述拉力数据采集单元（5）中间，所述恒温控制单元（4）包括恒温仓（4-1）和硅胶片（4-2），所述恒温仓（4-1）整体呈空心圆环柱设置，所述硅胶片（4-2）分别设置在所述恒温仓（4-1）的上下侧开口处，所述硅胶片（4-2）中间位置贯穿开设有十字孔，所述恒温仓（4-1）一端分别设有出液口（4-1-1）和进液口（4-1-2），所述低温恒温箱（1）上分别设有出液软管（1-1）和进液软管（1-2），所述出液软管（1-1）和所述进液软管（1-2）分别连接至所述出液口（4-1-1）和所述进液口（4-1-2），所述恒温仓（4-1）通过固定件（6）固定安装在所述拉力试验机（2）上，所述恒温仓（4-1）内设有温度监测收集单元（7）和影像单元（8）。
2.根据权利要求1所述的一种实时监控低温根系抗拉过程的测试装置及方法，其特征在于：所述拉力试验机（2）包括试验机底座（2-1）
3.根据权利要求2所述的一种实时监控低温根系抗拉过程的测试装置及方法，其特征在于：所述限位模块（2-6）包括上限位器（2-6-1）和下限位器（2-6-2）以及限位传感器（2-6-3），所述限位传感器（2-6-3）固定安装在所述下横梁（2-4-2）右端，所述上限位器（2-6-1）和所述下限位器（2-6-2）分别活动套设在所述右行程支柱（2-3-2）上，所述上限位器（2-6-1）和所述下限位器（2-6-2）分别设置在所述限位传感器（2-6-3）上下端。
4.根据权利要求1所述的一种实时监控低温根系抗拉过程的测试装置及方法，其特征在于：所述拉力数据采集单元（5）包括拉力传感器（5-1）、圆盘（5-2）、刚性夹具（5-3）以及拉力数据采集仪（5-4），所述拉力传感器（5-1）固定安装在所述上横梁（2-4-1）下端中间位置，所述圆盘（5-2）固定安装在所述下横梁（2-4-2）上端中间位置，所述刚性夹具（5-3）呈镜像设置在所述恒温仓（4-1）上下端，上端的所述刚性夹具（5-3）固定安装在所述拉力传感器（5-1）下端，下端的所述刚性夹具（5-3）固定安装在所述圆盘（5-2）上端，所述拉力数据采集仪（5-4）通过紧固螺栓固定安装在所述右行程支柱（2-3-2）顶部向右延伸的铁片上，所述拉力传感器（5-1）和所述拉力数据采集仪（5-4）以及所述工作站（3）依次通过导线电连接。
5.根据权利要求1所述的一种实时监控低温根系抗拉过程的测试装置及方法，其特征在于：所述温度监测收集单元（7）包括温度传感器（7-1）和温度数据采集器（7-2），所述恒温仓（4-1）右侧壁贯穿开设有温度测量孔（4-1-3），所述恒温仓（4-1）内壁且位于温度测量孔（4-1-3）下方开设有卡槽（4-1-4），所述温度传感器（7-1）固定安装在所述卡槽（4-1-4）内，所述温度数据采集器（7-2）设置在所述温度传感器（7-1）和所述工作站（3）之间，所述温度传感器（7-1）和所述温度数据采集器（7-2）以及所述工作站（3）依次通过导线电连接。
6.根据权利要求1所述的一种实时监控低温根系抗拉过程的测试装置及方法，其特征在于：所述影像单元（8）包括内窥镜摄像头组（8-1）和拍照按键（8-2），所述恒温仓（4-1）内开设有摄像孔（4-1-5），所述内窥镜摄像头组（8-1）固定安装在所述摄像孔（4-1-5）内，所述拍照按键（8-2）设置在所述内窥镜摄像头组（8-1）和所述工作站（3）之间，...
【技术特征摘要】
1.一种实时监控低温根系抗拉过程的测试装置及方法，包括低温恒温箱（1）和拉力试验机（2）以及工作站（3），其特征在于：所述拉力试验机（2）上设有恒温控制单元（4）和拉力数据采集单元（5），所述恒温控制单元（4）设置在所述拉力数据采集单元（5）中间，所述恒温控制单元（4）包括恒温仓（4-1）和硅胶片（4-2），所述恒温仓（4-1）整体呈空心圆环柱设置，所述硅胶片（4-2）分别设置在所述恒温仓（4-1）的上下侧开口处，所述硅胶片（4-2）中间位置贯穿开设有十字孔，所述恒温仓（4-1）一端分别设有出液口（4-1-1）和进液口（4-1-2），所述低温恒温箱（1）上分别设有出液软管（1-1）和进液软管（1-2），所述出液软管（1-1）和所述进液软管（1-2）分别连接至所述出液口（4-1-1）和所述进液口（4-1-2），所述恒温仓（4-1）通过固定件（6）固定安装在所述拉力试验机（2）上，所述恒温仓（4-1）内设有温度监测收集单元（7）和影像单元（8）。
2.根据权利要求1所述的一种实时监控低温根系抗拉过程的测试装置及方法，其特征在于：所述拉力试验机（2）包括试验机底座（2-1）、操作面板（2-2）、支柱模块（2-3）、横梁模块（2-4）以及加载模块（2-5），所述操作面板（2-2）设置在所述试验机底座（2-1）前壁，所述支柱模块（2-3）包括左行程支柱（2-3-1）和右行程支柱（2-3-2），所述左行程支柱（2-3-1）和所述右行程支柱（2-3-2）左右对称设置在所述试验机底座（2-1）上端，所述横梁模块（2-4）包括上横梁（2-4-1）和下横梁（2-4-2），所述上横梁（2-4-1）固定套设在所述左行程支柱（2-3-1）和所述右行程支柱（2-3-2）上，所述下横梁（2-4-2）通过限位模块（2-6）活动套设在所述左行程支柱（2-3-1）和所述右行程支柱（2-3-2）上，所述加载模块（2-5）包括伺服电机（2-5-1）和输出轴（2-5-2），所述伺服电机（2-5-1）固定安装在所述试验机底座（2-1）上端中心位置，所述伺服电机（2-5-1）输出端固定安装有所述输出轴（2-5-2）且所述输出轴（2-5-2）螺纹连接在所述下横梁（2-4-2）内。
3.根据权利要求2所述的一种实时监控低温根系抗拉过程的测试装置及方法，其特征在于：所述限位模块（2-6）包括上限位器（2-6-1）和下限位器（2-6-2）以及限位传感器（2-6-3），所述限位传感器（2-6-3）固定安装在所述下横梁（2-4-2）右端，所述上限位器（2-6-1）和所述下限位器（2-6-2）分别活动套设在所述右行程支柱（2-3-2）上，所述上限位器（2-6-1）和所述下限位器（2-6-2）分别设置在所述限位传感器（2-6-3）上下端。
4.根据权利要求1所述的一种实时监控低温根系抗拉过程的测试装置及方法，其特征在于：所述拉力数据采集单元（5）包括拉力传感器（5-1）、圆盘（5-2）、刚性夹具（5-3...
【专利技术属性】
技术研发人员：李清林，于帅龙，张美雪，冯鹏瑞，杨广，陈文娟，王博玮，王瑞，朱健林，尹玉聪，
申请(专利权)人：石河子大学，
类型：发明
国别省市：
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