本發明專利技術涉及一種人工氣候系統，特別涉及一種用于土壤-植被-大氣連續體系模型試驗的人工氣候系統，屬環境巖土工程領域。該人工系統可模擬刮風、降雨、光照、溫度、濕度等氣候環境自然變化。人工氣候系統由人工氣候箱箱體、箱體內膽、光源、人工降雨裝置、智能控制系統、多通道轉化器、氣流循環系統、雨水循環系統、溫度濕度調控系統、CO2和O2調控系統、氣候參數傳感器組、數字成像系統構成。可實現降雨強度、光照方向和強度、風速風向以及溫濕度的自動反饋調控。同時采用頂部旋轉式降雨光照聯合裝置，解決了降雨裝置與光照裝置位置重疊問題，確保了水平面內光照強度與降雨強度的均勻性。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及一種人工氣候系統，特別涉及一種用于土壤-植被-大氣連續體系模型試驗的人工氣候系統，屬環境巖土工程領域。該人工系統可模擬刮風、降雨、光照、溫度、濕度等氣候環境自然變化。
技術介紹
隨著我國土木水利工程建設的加大，氣候環境變化(如暴雨、高溫干旱、季節性干濕交替、凍融循環)而引發的工程地質災害等問題(如泥石流、山體滑坡、工程體開裂等)逐漸被暴露，已嚴重威脅到我國人民生命財產的安全。近年來，植被因其根系的加筋錨固作用，以及其空氣凈化功能被廣泛應用于巖土體防護中，對于抑制氣候環境變化而引發泥石流、山體滑坡等地質災害問題作用明顯，有關土壤-植被-大氣相互作用的研究已成為 環境巖土領域的一個熱點。室內模型試驗是土壤-植被-大氣相互作用研究的有效手段之一，一個穩定的、均勻的、程序可控的氣候環境是開展該研究的關鍵。人工氣候箱是一種根據試驗需要人為調控箱內氣候參數的設備。目前國內外根據各領域需要開發了多種人工氣候箱，主要應用于植物的生長和組織培養，微生物的培養實驗，昆蟲以及小動物的飼養實驗，水質監測的BOD測定，材料的抗腐蝕及使用壽命等的測定，以及其他用途的人工氣候試驗。異同于現有人工氣候箱，為土壤-植被-大氣連續體系相關的巖土工程模型試驗提供人工氣候環境的氣候箱，首先必須實現室內風速風向、降雨光照強度、溫濕度、CO2和O2等氣候參數的自動調控，同時確保試驗箱內各類氣候參數的均勻性，使試驗模型體具有相同的外界條件，降低非確定性環境因素對模型試驗產生的誤差。現有人工氣候箱試驗箱對于溫濕度控制、CO2和O2調節技術已較為成熟，但對太陽光照模擬多采用數個豎立于箱門上或箱頂的熒光燈作為光源，其無法調整光線入射角隨時間的變化且均勻性較差，而能實現人工降雨的人工氣候箱還少見報道。目前模擬降雨的人工降雨設備主要采用頂部等間距均布旋轉噴頭或者采用矩形盛水箱頂部均布滴水針管，但旋轉噴頭產生雨滴的均勻性存在明顯的尺寸效應，不適用于對小尺寸范圍內降雨均勻性要求過高的巖土體模型實驗。而矩形盛水箱頂部均布滴水針管雖然降雨均勻性較好，但體積較大不能直接應用于人工氣候箱，同時矩形盛水箱頂部均布滴水針管與同需置于箱頂的光源存在位置沖突問題。
技術實現思路
針對上述存在的問題，本專利技術的目的在于提供一種用于土壤-植被-大氣連續體系模型試驗的人工氣候系統，該人工系統可模擬刮風、降雨、光照、溫度、濕度等氣候環境自然變化。為了實現上述目的，其技術解決方案為一種用于土壤-植被-大氣連續體系模型試驗的人工氣候系統，包括人工氣候箱箱體、箱體內膽、光源、人工降雨裝置、智能控制系統、多通道轉化器、氣流循環系統、雨水循環系統、溫度濕度調控系統、C02和02調控系統、氣候參數傳感器組、數字成像系統，其特征在于在所述箱體內膽頂部內設置有三臺由人工降雨器、光源和旋轉裝置構成的旋轉式降雨光照聯合裝置，各旋轉式降雨光照聯合裝置相互平行，其中，人工降雨器由承壓分水箱、滴水針管組成，滴水針管均布在承壓分水箱上表面，光源由全光譜燈管、平行光反射鏡和矩形防水罩組成，矩形防水罩固定在承壓分水箱下表面，全光譜燈管與平行光反射鏡均位于矩形防水罩內并固定在矩形防水罩側壁，旋轉裝置由定軸、密封止水裝置、旋轉齒輪組成，定軸為中空狀，定軸的管壁上設有均勻分布的透水孔，定軸平行于旋轉式降雨光照聯合裝置，定軸貫通承壓分水箱且兩端均固定在箱體內膽上，定軸和承壓分水箱的連接處設置密封止水裝置，旋轉齒輪活動套裝在定軸一端并固定在承壓分水箱上，三臺旋轉式降雨光照聯合裝置上的旋轉齒輪上連接有履帶，履帶連接數控式動力設備，數控式動力設備與多通道轉化器導線連接，定軸一端為密封狀，另一端通過供水管道與設置在人工氣候箱箱體和箱體內膽之間的雨水循環系統中的承壓供水箱和非承壓回水箱底部連通，雨水循環系統由承壓供水箱、非承壓回水箱、氣壓調控設備、抽水機、溫度調控設備、供水管道、回水管道、氣壓管道、大氣連通管道和閥門組成，承壓供水箱和非承壓回水箱分別為密封體，且相互平行排列，雨水收集箱位于箱體內膽底部，回水管道一端與雨水收集箱連通，另一端分別與承壓供水箱和非承壓回水箱頂部連接，回水管道 中設有抽水機和控制閥，氣壓管道一端與氣壓調控設備連通，另一端與承壓供水箱和非承壓回水箱頂部連通，氣壓管道中設有控制閥，大氣連通管道一端延伸至人工氣候箱箱體外，另一端與承壓供水箱和非承壓回水箱頂部連通，大氣連通管道中設有控制閥，數字成像系統位于旋轉式降雨光照聯合裝置下方，數字成像系統由數控攝像頭、移動軌道、第一移動裝置、固定軌道、第二移動裝置組成，固定軌道固定在箱體內膽兩側壁上，移動軌道通過第二移動裝置活動安裝在固定軌道上，數控攝像頭通過第一移動裝置活動安裝在移動軌道，氣流循環系統由數控式軸流風扇、循環風道組成，箱體內膽內壁對稱開有出風口和回風口，數控式軸流風扇位于出風口處，循環風道一端與回風口連接，另一端與數控式軸流風扇連接，雨水收集箱上方設置有滑行軌道，滑行軌道與固定軌道平行，滑行軌道上設置有承載平臺。所述的溫度濕度調控系統、C02和02調控系統位于雨水收集箱與人工氣候箱箱體底部之間。所述的氣候參數傳感器組固定在箱體內膽的內壁上。所述的多通道轉化器位于數控式軸流風扇上方，多通道轉化器一端與智能控制系統導線連接，另一端與旋轉式降雨光照聯合裝置、雨水循環系統、氣流循環系統、溫度濕度調控系統、C02和02調控系統、數字成像系統導線連接。所述的智能控制系統位于多通道轉化器上方。由于采用了以上技術方案，本專利技術的用于土壤-植被-大氣連續體系模型試驗的人工氣候系統采用旋轉式降雨光照聯合裝置以及氣壓控制式雨水循環系統，由全光譜燈管發射的散射光線經由平行光反射鏡反射后變成平行光線，并可通過智能控制中心發給全光譜燈管和數控式動力設備的指令，調整旋轉式降雨光照聯合裝置發出的平行光線的強度和入射角，實現太陽光照的高仿真模擬以及降雨和光照的交替變化，解決了太陽光模擬裝置與人工降雨裝置位置重疊問題，承壓分水箱底部均布的滴水針管可高仿真模擬降雨，且可確保雨水的均勻性，降雨強度可通過調整承壓供水箱中的氣壓進行調節，降雨由雨水收集箱收集，然后抽至非承壓回水箱，雨水事先在承供水箱和承壓回水箱中調整溫度，可大大提高工作室內氣候的穩定性和均勻性，通過調整供水管道、氣壓管道、回水管道、大氣連通管道與壓供水箱和非承壓回水箱的連通狀態，可將承壓供水箱和非承壓回水箱進行角色互換，實現雨水的循環利用，氣流循環系統采用左進右出循環式風道，軸流風機可提供最高8m/s的風速，可實現O到4級自然風的高仿真模擬，旋轉式降雨光照聯合裝置、雨水循環系統、氣流循環系統、溫度濕度調控系統、C02和02調控系統、數字成像系統均通過智能控制系統經由多通道轉化器發來的指令工作，并通過氣候參數傳感器組返回的氣候參數信息進行反饋調節。附圖說明附圖I是本專利技術的結構示意圖附圖2是旋轉式降雨光照聯合裝置結構示意圖 附圖3是圖2的剖視圖附圖4是圖2側視圖附圖5是雨水循環系統結構示意圖具體實施例方式下面結合附圖對本專利技術進行進一步詳細描述見附圖一種用于土壤-植被-大氣連續體系模型試驗的人工氣候系統，人工氣候系統由人工氣候箱箱體I、箱體內膽2、光源、人工降雨裝置、智能控制系統4、多通道轉化器5、氣流循環系統、雨水循環系本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種用于土壤？植被？大氣連續體系模型試驗的人工氣候系統，包括：人工氣候箱箱體(1)、箱體內膽(2)、光源、人工降雨裝置、智能控制系統(4)、多通道轉化器(5)、氣流循環系統、雨水循環系統(6)、溫度濕度調控系統(7)、CO2和O2調控系統(8)、氣候參數傳感器組(9)、數字成像系統，其特征在于：在所述箱體內膽(2)頂部內設置有三臺由人工降雨器、光源和旋轉裝置構成的旋轉式降雨光照聯合裝置(3)，各旋轉式降雨光照聯合裝置(3)相互平行，其中，人工降雨器由承壓分水箱(32)、滴水針管(25)組成，滴水針管(25)均布在承壓分水箱(32)上表面，光源由全光譜燈管(29)、平行光反射鏡(30)和矩形防水罩(31)組成，矩形防水罩(31)固定在承壓分水箱(32)下表面，全光譜燈管(29)與平行光反射鏡(30)均位于矩形防水罩(31)內并固定在矩形防水罩(31)側壁，旋轉裝置由定軸(27)、密封止水裝置(28)、旋轉齒輪(26)組成，定軸(27)為中空狀，定軸(27)的管壁上設有均勻分布的透水孔，定軸(27)平行于旋轉式降雨光照聯合裝置(3)，定軸(27)貫通承壓分水箱(32)且兩端均固定在箱體內膽(2)上，定軸(27)和承壓分水箱(32)的連接處設置密封止水裝置(28)，旋轉齒輪(26)活動套裝在定軸(27)一端并固定在承壓分水箱(24)上，三臺旋轉式降雨光照聯合裝置(3)上的旋轉齒輪(26)上連接有履帶(10)，履帶(10)連接數控式動力設備(11)，數控式動力設備(11)與多通道轉化器(5)導線連接，定軸(27)一端為密封狀，另一端通過供水管道(39)與設置在人工氣候箱箱體(1)和箱體內膽(2)之間的雨水循環系統(6)中的承壓供水箱(33)和非承壓回水箱(34)底部連通，雨水循環系統(6)由承壓供水箱(33)、非承壓回水箱(34)、氣壓調控設備(35)、抽水機(36)、溫度調控設備(37)、供水管道(39)、回水管道(40)、氣壓管道(38)、大氣連通管道(41)和閥門組成，承壓供水箱(33)和非承壓回水箱(34)分別為密封體，且相互平行排列，雨水收集箱(24)位于箱體內膽(2)底部，回水管道(40)一端與雨水收集箱(24)連通，另一端分別與承壓供水箱(33)和非承壓回水箱(34)頂部連接，回水管道(40)中設有抽水機(36)和控制閥，氣壓管道(38)一端與氣壓調控設備(35)連通，另一端與承壓供水箱(33)和非承壓回水箱(34)頂部連通，氣壓管道(38)中設有控制閥，大氣連通管道(41)一端延伸至人工氣候箱箱體(1)外，另一端與承壓供水箱(33)和非承壓回水箱(34)頂部連通，大氣連通管道(41)中設有控制閥，數字成像系統位于旋轉式降雨光照聯合裝置(3)下方，數字成像系統由數控攝像頭(12)、移動軌道 (14)、第一移動裝置(15)、固定軌道(16)、第二移動裝置(17)組成，固定軌道(16)固定在箱體內膽(2)兩側壁上，移動軌道(14)通過第二移動裝置(17)活動安裝在固定軌道(16)上，數控攝像頭(12)通過第一移動裝置(15)活動安裝在移動軌道(14)，氣流循環系統由數控式軸流風扇(18)、循環風道(21)組成，箱體內膽(2)內壁對稱開有出風口(19)和回風口(20)，數控式軸流風扇(18)位于出風口(19)處，循環風道(21)一端與回風口(20)連接，另一端與數控式軸流風扇(18)連接，雨水收集箱(24)上方設置有滑行軌道(20)，滑行軌道(20)與固定軌道(16)平行，滑行軌道(20)上設置有承載平臺(21)。...
【技術特征摘要】
1.一種用于土壤-植被-大氣連續體系模型試驗的人工氣候系統，包括人工氣候箱箱體(I)、箱體內膽(2)、光源、人工降雨裝置、智能控制系統(4)、多通道轉化器(5)、氣流循環系統、雨水循環系統(6)、溫度濕度調控系統(7)、C02和02調控系統(8)、氣候參數傳感器組(9)、數字成像系統，其特征在于在所述箱體內膽(2)頂部內設置有三臺由人工降雨器、光源和旋轉裝置構成的旋轉式降雨光照聯合裝置(3)，各旋轉式降雨光照聯合裝置(3)相互平行，其中，人工降雨器由承壓分水箱(32)、滴水針管(25)組成，滴水針管(25)均布在承壓分水箱(32)上表面，光源由全光譜燈管(29)、平行光反射鏡(30)和矩形防水罩(31)組成，矩形防水罩(31)固定在承壓分水箱(32)下表面，全光譜燈管(29)與平行光反射鏡(30)均位于矩形防水罩(31)內并固定在矩形防水罩(31)側壁，旋轉裝置由定軸(27)、密封止水裝置(28)、旋轉齒輪(26)組成，定軸(27)為中空狀，定軸(27)的管壁上設有均勻分布的透水孔，定軸(27)平行于旋轉式降雨光照聯合裝置(3)，定軸(27)貫通承壓分水箱(32)且兩端均固定在箱體內膽(2)上，定軸(27)和承壓分水箱(32)的連接處設置密封止水裝置(28)，旋轉齒輪(26)活動套裝在定軸(27) —端并固定在承壓分水箱(24)上，三臺旋轉式降雨光照聯合裝置(3)上的旋轉齒輪(26)上連接有履帶(10)，履帶(10)連接數控式動力設備(11)，數控式動力設備(11)與多通道轉化器(5)導線連接，定軸(27) —端為密封狀，另一端通過供水管道(39)與設置在人工氣候箱箱體(I)和箱體內膽(2)之間的雨水循環系統出)中的承壓供水箱(33)和非承壓回水箱(34)底部連通，雨水循環系統(6)由承壓供水箱(33)、非承壓回水箱(34)、氣壓調控設備(35)、抽水機(36)、溫度調控設備(37)、供水管道(39)、回水管道(40)、氣壓管道(38)、大氣連通管道(41)和閥門組成，承壓供水箱(33)和非承壓回水箱(34)分別為密封體，且相互平行排列，雨水收集箱(24)位于箱體內膽(2)底部，回水管道(40) —端與雨水收集箱(24)連通，另一端分別與承壓供水箱(33)和非承壓回水箱(3...
【專利技術屬性】
技術研發人員：薛強，萬勇，陳億軍，王靜，趙穎，劉凱，
申請(專利權)人：中國科學院武漢巖土力學研究所，
類型：發明
國別省市：
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