阅读说明：本技术 一种人工气候模拟试验箱 (Artificial climate simulation test box ) 是由 邵华 冯红玲 王欣 邵喆 于 2019-10-27 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种人工气候模拟试验箱,包括环境气体制备及湿度控制单元和环境模拟单元,本发明可对模拟试验箱体内的光谱分布、光照度、辐照度、气温、湿度、风力、地下水位埋深、土壤温度等条件进行调控,可实现自然环境的室内人工模拟。其通过外置式气体发生室配合鳍片冷热源媒介气温控制模块实现气温及湿度调控,避免了电加热、电制冷、除湿设备的频繁启闭、依次启闭现象,消除了上述设备在断电后所留存的余热、余冷对于模拟试验箱体内气温、湿度控制的不良影响,保证了模拟试验箱体内气温及湿度调控的高精度、低波动；避免了传统人工气候模拟箱的鼓风设备对于模拟试验箱体内空气动力条件的干扰,可实现风力条件的单变量及组合变量研究。(The invention discloses a simulated climate test box, which comprises an environmental gas preparation and humidity control unit and an environmental simulation unit, and can regulate and control the conditions of spectral distribution, illuminance, irradiance, air temperature, humidity, wind power, underground water level buried depth, soil temperature and the like in a simulated test box body, thereby realizing indoor artificial simulation of natural environment. The external gas generation chamber is matched with the fin cold and heat source medium gas temperature control module to realize temperature and humidity regulation, so that the phenomena of frequent opening and closing and sequential opening and closing of electric heating, electric refrigeration and dehumidification equipment are avoided, the adverse effects of residual heat and residual cold reserved after the equipment is powered off on temperature and humidity control in the simulation test box are eliminated, and high precision and low fluctuation of temperature and humidity regulation in the simulation test box are ensured; the interference of the air blowing equipment of the traditional artificial climate simulation box on the aerodynamic conditions in the simulation test box body is avoided, and the study on the univariate and the combined variable of the aerodynamic conditions can be realized.)

一种人工气候模拟试验箱

技术领域

本发明涉及一种人工气候模拟装置，具体是涉及一种人工气候模拟试验箱。

背景技术

人工气候模拟试验箱是具有光照、控风、控湿功能的高精度冷热可变温设备，对于在实验室内研究自然界中光的能量转换、农林作物生长及发育、组织及微生物培养、生物行为、水-盐运移规律、水循环规律、工业产品耐久度等具有重要意义，广泛适用于农业、林业、环境科学、土壤学、水文学、土木工程学、医学、生物工程、畜牧、水产、工业产品设计与制造等生产和科研设计部门。

现有的人工气候模拟试验箱在对气候进行模拟时多采用简单光源，光照条件控制中未考虑光谱分布、光照度、辐照度等因素，不能对上述因素进行单变量及组合变量研究。此外，部分人工气候模拟试验箱的光源还兼做气温控制作用，使得光照条件研究与气温条件研究产生相互干扰。

空气湿度与气温存在函数关系，湿度的调控与气温的调控关联密切，要实现湿度的精准调控、稳定维持，首先要求气温调控的高精确度、低波动性、高稳定性。

现有的人工气候模拟试验箱在对气温、湿度进行模拟时，部分采用将加热装置、制冷装置、加湿装置、除湿装置直接设置在模拟试验箱内，但是加热装置、制冷装置、加湿装置、除湿装置会因气温偏差阈值和湿度偏差阈值的触发而产生频繁的启闭，同时加热装置断电后会留存余热、制冷装置及除湿装置断电后会留存余冷，留存的余热或余冷都会对模拟试验箱内的气温及湿度控制产生不良影响，造成模拟试验箱内气温及湿度调控的不稳定和高波动。

现有的人工气候模拟试验箱在对气温、湿度进行模拟时，部分采用“先在模拟试验箱外的特定容器内制备指定气温、湿度的气体，再通过模拟试验箱内大功率风机的鼓风湍流，以此使模拟试验箱内的气温、湿度分布均匀”的技术路线，虽然此技术路线可保证气温及湿度调控的高精度、高均匀性，但是为了确保气温、湿度分布的均匀性，而采用大功率风机的鼓风湍流，严重影响了模拟试验箱内的空气动力条件，无法进行风力条件的单变量研究。

现有的人工气候模拟试验箱在对温度进行模拟时多只考虑气温条件，而未考虑下垫面土壤的表层温度、深部温度及土壤地温梯度条件，不能对上述条件进行单变量及组合变量研究。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术中的不足，提供一种室内人工气候模拟试验装置。其不同于部分传统恒温恒湿箱、人工气候模拟箱所采用的“直接在试验箱内以电加热、电制冷实现气温调控，直接在试验箱内以加湿机、除湿机实现湿度调控”的技术路线，而通过采用全时伺服流体冷热源媒介技术的气温控制模块实现气温调控，并以此为湿度精准调控提供保障，避免电加热、电制冷、除湿设备因气温和湿度偏差阈值的触发而产生的频繁启闭、依次启闭现象，消除电加热、电制冷、除湿设备在断电后所留存的余热、余冷对于所述模拟试验箱体内气温、湿度控制的不良影响，保证所述模拟试验箱体内气温和湿度调控的高精确度、低波动性；其不同于部分传统恒温恒湿箱、人工气候模拟箱所采用的“以大功率风机鼓风湍流保证气温、湿度分布的均匀性”的技术路线，而采用通过加装鳍片的方式，既增大冷热量的交换行程、交换表面积、交换效率，又起到平顺试验箱内气体流线的作用，提升对气温调控的控制力度，强化气温、湿度分布的均匀程度，并可实现弱风力条件下气温、湿度的精准调控及其分布的高稳定性、高均匀性。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种人工气候模拟试验箱，其特征在于：包括环境气体制备及湿度控制单元和环境模拟单元，所述环境气体制备及湿度控制单元与环境模拟单元相连通且用于将所述环境气体制备及湿度控制单元内制备的符合预设条件的气体输送到环境模拟单元内；

所述环境气体制备及湿度控制单元包括气体发生室、气体发生室气体温湿度调节装置，所述气体发生室气体温湿度调节装置设置在气体发生室内且通过制冷或加热的方式对进入气体发生室内的气体的温度进行调节、通过除湿或加湿的方式对进入气体发生室内的气体的湿度进行调节；

所述气体发生室包括第一进气口、第二进气口和出气口，所述第一进气口和第二进气口均设置在气体发生室的侧壁上，所述第一进气口与环境模拟单元相连通且用于将所述环境模拟单元内气体导入到气体发生室内，所述第二进气口与外界空气相连通且用于将外界空气吸入至气体发生室内，所述出气口与环境模拟单元相连通；

所述环境模拟单元包括模拟试验箱体及辅助结构模块、太阳光模拟模块、风力控制模块、气温控制模块、土柱管温度控制及供水模块，所述太阳光模拟模块设置在模拟试验箱体及辅助结构模块内且用于产生模拟光照，所述风力控制模块设置在模拟试验箱体及辅助结构模块内且用于控制环境模拟单元内的空气动力条件，所述气温控制模块设置在模拟试验箱体及辅助结构模块内且用于控制环境模拟单元内的气温条件，所述土柱管温度控制及供水模块设置在模拟试验箱体及辅助结构模块的内部与下部且用于控制土壤的表层温度、底部温度和供水。

上述的一种人工气候模拟试验箱，其特征在于：所述模拟试验箱体及辅助结构模块包括模拟试验箱体、设备搭载平台和土柱管，所述模拟试验箱体为半球形腔体结构，所述模拟试验箱体包括上壳体和下壳体，所述上壳体和下壳体可拆卸密封连接，所述上壳体和下壳体之间设置有橡胶密封垫圈，所述模拟试验箱体设置在设备搭载平台的上部，所述土柱管竖直设置，所述土柱管的上端穿过下壳体的底部且与模拟试验箱体内部相连通。

上述的一种人工气候模拟试验箱，其特征在于：所述太阳光模拟模块包括光谱连续可调光源、可编程光源控制器、滤光片、整流隔温灯罩、风冷散热装置、可见光照度计和光谱辐射计，所述光谱连续可调光源的上部与风冷散热装置的底部相接触且用于将光谱连续可调光源工作时产生的热量传递给风冷散热装置，所述风冷散热装置固定安装在上壳体的顶部中央位置且用于将光谱连续可调光源传递给它的热量排放到模拟试验箱体的外部，所述滤光片设置在光谱连续可调光源的下方且用于过滤光谱连续可调光源发出的短波紫外光线，所述整流隔温灯罩设置在滤光片的下方，所述可见光照度计设置在下壳体内侧靠近土柱管顶端的位置，所述光谱辐射计设置在下壳体内侧靠近土柱管顶端的位置，所述可见光照度计与可编程光源控制器电连接且用于将其检测的可见光照度信息传递给可编程光源控制器，所述光谱辐射计与可编程光源控制器电连接且用于将其检测的光谱辐射信息传递给可编程光源控制器，所述可编程光源控制器与光谱连续可调光源电连接且用于控制光谱连续可调光源模拟太阳光照。

上述的一种人工气候模拟试验箱，其特征在于：所述风力控制模块包括进气管、轴流风机、再循环气体调控装置、风速传感器、可编程风力控制器、模拟试验箱温度传感器和模拟试验箱湿度传感器，所述进气管的一端穿过下壳体的中部后与再循环气体调控装置的下端相连通，所述再循环气体调控装置的上端与轴流风机的进风口相连通，所述轴流风机水平设置，所述风速传感器设置在下壳体内侧靠近土柱管顶端的位置且用于检测测点的风速值信息，所述风速传感器与可编程风力控制器电连接且用于将检测的风速值信息传递给可编程风力控制器，所述可编程风力控制器与轴流风机电连接且用于控制轴流风机的启停和转速；

所述再循环气体调控装置包括第一风道、第二风道和第二风道风口大小调节装置，所述第一风道竖直设置且所述第一风道的一端与进气管的一端相连通，所述第一风道的另一端与轴流风机的进风口相连通，所述第二风道水平设置且与所述第一风道的中部相连通，所述第二风道风口大小调节装置设置在所述第一风道和所述第二风道之间且用于调整所述第二风道与所述第一风道连通风口的大小，所述模拟试验箱温度传感器设置在下壳体内侧靠近土柱管顶端的位置且用于检测测点的环境气温值，所述模拟试验箱湿度传感器设置在下壳体内侧靠近土柱管顶端的位置且用于检测测点的环境湿度值，所述模拟试验箱温度传感器与可编程风力控制器电连接且用于将检测的气温值信息传递给可编程风力控制器，所述模拟试验箱湿度传感器与可编程风力控制器电连接且用于将检测的湿度值信息传递给可编程风力控制器，所述可编程风力控制器与再循环气体调控装置电连接且用于控制所述第二风道风口大小调节装置调节连通风口的大小；

所述第二风道风口大小调节装置包括上环形板、下环形板、再循环气体转轴启闭板和启闭板驱动装置，所述上环形板和下环形板均水平设置，所述上环形板设置在下环形板的正上方且上环形板与下环形板之间留有间隙，所述再循环气体转轴启闭板竖直设置在上环形板和下环形板之间且能够沿着其竖直的中轴线转动，所述再循环气体转轴启闭板的数量为多个且依次对接可形成一个闭合环形，所述可闭合环形设置在上环形板的环形面上且所述环形与上环形板的外圆同心，所述下环形板上设置有通气孔，所述通气孔位于所述可闭合环形的外侧，所述启闭板驱动装置固定安装在上环形板的上侧且启闭板驱动装置的输出轴穿过上环形板后与再循环气体转轴启闭板固定连接，所述启闭板驱动装置和再循环气体转轴启闭板的数量相同且均为多个，所述可编程风力控制器与启闭板驱动装置电连接且用于控制第二风道风口的大小。

上述的一种人工气候模拟试验箱，其特征在于：所述风力控制模块还包括进气阀门、回流阀门、回流气体收集管、回流气体收集容器、回流管和变频式空气压缩机；

所述进气阀门设置在进气管上，所述回流阀门设置在回流管上，所述回流气体收集管的一端固定安装在下壳体的底部且与模拟试验箱体的内部相连通，所述回流气体收集管的另一端固定安装在回流气体收集容器的外壁上且与回流气体收集容器的内部相连通，所述回流管的一端固定在回流气体收集容器的外壁上且与回流气体收集容器的内部相连通，所述回流管的另一端与第一进气口相连通，所述变频式空气压缩机的进气口与气体发生室的出气口相连通，所述变频式空气压缩机的出气口与模拟试验箱体相连通，所述可编程风力控制器与进气阀门电连接且用于控制进气阀门的开启与关闭，所述可编程风力控制器与回流阀门电连接且用于控制回流阀门的开启与关闭，所述可编程风力控制器与变频式空气压缩机电连接控制变频式空气压缩机工作。

上述的一种人工气候模拟试验箱，其特征在于：所述气温控制模块包括鳍片换热体和可编程换热介质温控及输送装置，所述可编程换热介质温控及输送装置与所述鳍片换热体相连通且用于将换热介质以预设温度、预设流量输送到鳍片换热体内进行热交换；

所述鳍片换热体包括导热管和导热鳍片组，所述导热管为未封闭的环形结构且导热管沿上壳体的下部内侧壁水平设置，所述导热鳍片组由多个竖直且沿着导热管长度方向均匀布设的导热鳍片组成，所述导热管依次穿过所述导热鳍片的中部且与各个所述导热鳍片固定连接，所述模拟试验箱温度传感器与可编程换热介质温控及输送装置电连接且用于将其检测的气温值传递给可编程换热介质温控及输送装置。

所述可编程换热介质温控及输送装置包括导热介质恒温箱、导热介质循环泵、导热介质温度调节器、导热介质温度传感器和可编程鳍片温度控制器，所述导热介质循环泵设置在导热介质恒温箱内，所述导热介质循环泵的出口与导热管的一端相连通，所述导热管的另一端与导热介质恒温箱相连通，所述导热介质温度调节器设置在导热介质恒温箱内且用于通过加热或者制冷的方式对导热介质恒温箱内的导热介质的温度进行调节，所述导热介质温度传感器设置在导热介质恒温箱内且用于检测导热介质恒温箱内导热介质的温度值，所述可编程鳍片温度控制器与导热介质温度传感器电连接且用于接收导热介质温度传感器传输的温度值信息，所述可编程鳍片温度控制器与导热介质温度调节器电连接且用于控制导热介质温度调节器对导热介质进行温度调节，所述可编程鳍片温度控制器与导热介质循环泵电连接且用于控制导热介质循环泵的工作，所述可编程鳍片温度控制器与模拟试验箱温度传感器电连接且用于接收模拟试验箱温度传感器传输的气温值信息。

上述的一种人工气候模拟试验箱，其特征在于：所述土柱管温度控制及供水模块包括土柱管表层温控装置和土柱管底层温控及供水装置；

所述土柱管表层温控装置包括中远红外射灯、中远红外射灯控制器、红外测温仪和中远红外辐照计，所述中远红外射灯固定安装在所述上壳体的内侧顶部，所述红外测温仪设置在下壳体内侧靠近土柱管顶端的位置，所述中远红外辐照计设置在下壳体内侧靠近土柱管顶端的位置，所述中远红外射灯的光束能够照射到土柱管上端的管口处且所述光束能够覆盖土柱管上端的整个管口及靠近该土柱管顶端的中远红外辐照计，所述红外测温仪与中远红外射灯控制器电连接且用于将其检测的土壤表层温度值传递给中远红外射灯控制器，所述中远红外辐照计与中远红外射灯控制器电连接且用于将其检测的红外辐照值传递给中远红外射灯控制器，所述中远红外射灯控制器与中远红外射灯电连接且用于控制中远红外射灯的工作状态；

所述土柱管底层温控及供水装置包括马氏瓶、供水管路水温控制装置、土壤温度传感器和土柱管隔热保温层，所述马氏瓶通过水位连接管道与土柱管的底部相连通且用于调控土柱管内地下水位的高低，所述供水管路水温控制装置设置在马氏瓶和土柱管之间的水位连接管道上且用于调控从马氏瓶进入土柱管内的水流水温，所述马氏瓶上带有刻度，所述土壤温度传感器的数量为多个，多个所述土壤温度传感器依次间隔布设在土柱管内且用于检测各个布设点的土壤温度，所述土壤温度传感器与供水管路水温控制装置电连接且用于将其检测的温度信息传递给供水管路水温控制装置，所述土柱管隔热保温层裹缠在土柱管的侧壁上且用于防止土柱管内的土壤与外界环境进行热交换。

上述的一种人工气候模拟试验箱，其特征在于：所述土柱管的底部内侧设置有反滤层，所述土柱管内还设有土壤含水率传感器、土壤盐分传感器，所述土壤含水率传感器的数量为多个，多个所述土壤含水率传感器依次间隔布设在土柱管内且用于检测各个布设点的土壤含水率，所述土壤盐分传感器的数量为多个，多个所述土壤盐分传感器依次间隔布设在土柱管内且用于检测各个布设点的土壤盐分含量。

上述的一种人工气候模拟试验箱，其特征在于：所述设备搭载平台的底部设置有万向滚轮，所述万向滚轮为带制动功能的万向滚轮；

所述启闭板驱动装置为伺服电机；

所述气体发生室气体温湿度调节装置包括气体温湿度调节执行部件、气体发生室温度传感器、气体发生室湿度传感器、模拟试验箱湿度传感器、内部循环风机和可编程温湿度控制器，所述气体发生室温度传感器设置在气体发生室内且用于测量气体发生室内的气温值，所述气体发生室湿度传感器设置在气体发生室内且用于测量气体发生室内气体的湿度值，所述气体发生室温度传感器与可编程温湿度控制器电连接且用于将其测量的温度值传输给可编程温湿度控制器，所述气体发生室湿度传感器与可编程温湿度控制器电连接且用于将其测量的湿度值传输给可编程温湿度控制器，所述可编程温湿度控制器与气体温湿度调节执行部件电连接且用于控制气体温湿度调节执行部件对气体发生室内的气体温度和湿度进行调节，所述可编程温湿度控制器与内部循环风机电连接且用于控制内部循环风机的工作状态，所述可编程温湿度控制器与模拟试验箱温度传感器电连接且用于接收模拟试验箱温度传感器传递给它的温度信息，所述可编程温湿度控制器与模拟试验箱湿度传感器电连接且用于接收模拟试验箱湿度传感器传递给它的湿度信息。

上述的一种人工气候模拟试验箱，其特征在于：所述模拟试验箱体及辅助结构模块还包括冷凝水回收装置，所述冷凝水回收装置包括U型冷凝液集水槽、液位计、冷凝液排水阀门、排水管道、排水控制器和水泵电机，所述U型冷凝液集水槽设置在下壳体底部且用于收集所述模拟试验箱内产生的冷凝水，所述排水管道的一端与下壳体的底部固定连接且与U型冷凝液集水槽的槽底相连通，所述排水管道的另一端与气体发生室相连通，所述冷凝液排水阀门设置在排水管道上，所述液位计设置在U型冷凝液集水槽内且用于检测下壳体内冷凝水的液位，所述液位计与排水控制器电连接且用于将下壳体内冷凝水的液位信息传递给排水控制器，所述排水控制器与冷凝液排水阀门电连接且用于控制冷凝液排水阀门的开启和关闭，所述排水控制器与水泵电机电连接且用于控制水泵电机的开启和关闭。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、本发明不同于部分传统人工气候模拟箱所采用的“直接在试验箱内以电加热、电制冷实现气温调控，直接在试验箱内以加湿机、除湿机实现湿度调控”的技术路线，通过外置式气体发生室配合采用全时伺服流体冷热源媒介技术的气温控制模块实现气温调控，并以此为湿度精准调控提供保障，避免了电加热、电制冷、除湿设备因气温和湿度偏差阈值的触发而产生的频繁启闭、依次启闭现象，消除了电加热、电制冷、除湿设备在断电后所留存的余热、余冷对于所述模拟试验箱体内气温、湿度控制的不良影响。由于流体的比热容大、冷热源稳定性好，本发明的气温控制模块采用循环流体作为冷热源媒介、并在试验过程中全时伺服工作，保证了所述模拟试验箱体内气温、湿度调控的高精确度、低波动性。

2、本发明不同于部分传统人工气候模拟箱所采用的“先制备指定气温、湿度的气体，再通过大功率风机鼓风湍流，以此使试验箱内的气温、湿度分布均匀”的技术路线。通过加装鳍片，既增大了冷热量的交换行程、交换表面积、交换效率，又起到了平顺试验箱内气体流线的作用，提升了对气温调控的控制力度，强化了气温、湿度分布的均匀程度。流体冷热源媒介和鳍片换热体的联合设计，使得本发明不依赖鼓风设备的湍流，即可实现弱风力条件下气温、湿度的精准调控及其分布的高稳定性、高均匀性，极大地减弱了因气温分布的均匀性要求而对鼓风条件的需求，实现了弱风力条件下环境模拟试验的进行，提升了试验数据的可信度。

3、本发明采用的光谱连续可调光源设计，使得光照的光谱带宽、光谱能量分布、光出射度、辐出射度等可实现连续可调，可模拟不同工况条件下的太阳光照、可见光照及不可见光照。

4、本发明的土柱管温度控制模块上侧采用中远红外射灯对土柱表面加热，下侧采用供水管路水温控制装置对土柱下侧温度进行调节和控制，使得土柱地温及温度梯度条件与试验预设相一致。

5、本发明的气温控制模块、湿度控制单元、风力控制模块和太阳光模拟模块均采用闭环设计，能够更加精确地控制模拟试验箱体内空气温度、湿度、风速及光照与试验预设相一致。

下面通过附图和实施例，对本发明做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明主视图。

图2为图1的A处放大剖视图。

图3为本发明左视图。

图4为本发明环境模拟单元的结构方框图。

图5为图2的B处方大图。

图6为图2的D处方大图。

图7为本发明太阳光模拟模块的电气原理框图。

图8为本发明可编程换热介质温控及输送装置的结构方框图。

图9为本发明风力控制模块的电气原理框图。

图10为本发明模拟试验箱体内部部分部件的安装位置关系俯视图。

图11为本发明鳍片换热体结构示意图。

图12为本发明土柱管温度控制及供水模块的结构方框图。

图13为本发明土柱管表层温控装置的电气原理框图。

图14为本发明气温控制模块的电气原理框图。

图15为本发明再循环气体调控装置的立体结构示意图。

图16为图2的C处方大图。

图17为本发明冷凝水回收装置的电气原理框图。

图18为本发明气体发生室的电气原理框图。

图19为本发明气体发生室气体温湿度调节装置的结构方框图。附图标记说明:

1—环境气体制备及湿度控制单元； 11—气体发生室；

11-1—第一进气口； 11-2—第二进气口； 11-3—出气口；

12—气体发生室气体温湿度调节装置；

12-1—气体温湿度调节执行部件； 12-2—气体发生室温度传感器；

12-3—气体发生室湿度传感器； 12-4—内部循环风机；

12-5—可编程温湿度控制器； 2—环境模拟单元；

21—模拟试验箱体及辅助结构模块； 21-1—模拟试验箱体；

21-11—上壳体； 21-12—下壳体； 21-13—橡胶密封垫圈；

21-2—设备搭载平台； 21-3—土柱管； 21-4—反滤层；

21-5—土壤含水率传感器； 21-6—土壤盐分传感器；

21-7—冷凝水回收装置； 21-71—U型冷凝液集水槽；

21-72—液位计； 21-73—冷凝液排水阀门；

21-74—排水管道； 21-75—排水控制器； 21-76—水泵电机；

22—太阳光模拟模块； 22-1—光谱连续可调光源；

22-2—可编程光源控制器； 22-3—滤光片；

22-4—整流隔温灯罩；22-5—风冷散热装置；22-6—可见光照度计；

22-7—光谱辐射计； 23—风力控制模块； 23-1—进气管；

23-2—轴流风机； 23-3—再循环气体调控装置；

23-31—上环形板； 23-32—下环形板；

23-33—再循环气体转轴启闭板； 23-34—启闭板驱动装置；

23-35—通气孔； 23-4—风速传感器；

23-5—可编程风力控制器； 23-6—模拟试验箱温度传感器；

23-7—模拟试验箱湿度传感器； 23-8—回流阀门；

23-9—回流气体收集管； 23-10—回流气体收集容器；

23-11—回流管； 23-12—变频式空气压缩机；

23-13—进气阀门；24—气温控制模块；24-1—鳍片换热体；

24-11—导热管；24-12—导热鳍片组；

24-2—可编程换热介质温控及输送装置；24-21—导热介质恒温箱；

24-22—导热介质循环泵；24-23—导热介质温度调节器；

24-24—导热介质温度传感器；24-25—可编程鳍片温度控制器；

25—土柱管温度控制及供水模块；25-1—土柱管表层温控装置；

25-11—中远红外射灯；25-12—中远红外射灯控制器；

25-13—红外测温仪；25-14—中远红外辐照计；

25-2—土柱管底层温控及供水装置；25-21—马氏瓶；

25-22—供水管路水温控制装置；25-23—土壤温度传感器；

25-24—土柱管隔热保温层。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合，下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

如图1至图4所示，本实施例提供了一种人工气候模拟试验箱，其包括环境气体制备及湿度控制单元1和环境模拟单元2，所述环境气体制备及湿度控制单元1与环境模拟单元2相连通且用于将所述环境气体制备及湿度控制单元1内制备的符合预设条件的气体输送到环境模拟单元2内；所述环境气体制备及湿度控制单元1包括气体发生室11、气体发生室气体温湿度调节装置12，所述气体发生室气体温湿度调节装置12设置在气体发生室11内且通过制冷或加热的方式对进入气体发生室11内的气体的温度进行调节、通过除湿或加湿的方式对进入气体发生室11内的气体的湿度进行调节；所述气体发生室11包括第一进气口11-1、第二进气口11-2和出气口11-3，所述第一进气口11-1和第二进气口11-2均设置在气体发生室11的侧壁上，所述第一进气口11-1与环境模拟单元2相连通且用于将所述环境模拟单元2内气体导入到气体发生室11内，所述第二进气口11-2与外界空气相连通且用于将外界空气吸入至气体发生室11内，所述出气口11-3与环境模拟单元2相连通；所述环境模拟单元2包括模拟试验箱体及辅助结构模块21、太阳光模拟模块22、风力控制模块23、气温控制模块24、土柱管温度控制及供水模块25，所述太阳光模拟模块22设置在模拟试验箱体及辅助结构模块21内且用于产生模拟光照，所述风力控制模块23设置在模拟试验箱体及辅助结构模块21内且用于控制环境模拟单元2内的空气动力条件，所述气温控制模块24设置在模拟试验箱体及辅助结构模块21内且用于控制环境模拟单元2内的气温条件，所述土柱管温度控制及供水模块25设置在模拟试验箱体及辅助结构模块21的内部与下部且用于控制土壤的表层温度、底部温度和供水。

本实施例公开的人工气候模拟试验箱，其设置有独立的环境气体制备及湿度控制单元1，环境气体制备及湿度控制单元1能够制备预设温度和湿度条件的气体并能够将达到预设温度和湿度条件的气体送入环境模拟单元2内，将直接对气体温度加热、制冷、加湿和除湿的气温调节装置与环境模拟单元2分开设置，通过间接的方式调节环境模拟单元2内气体的温湿度，保证环境模拟单元2内气体温湿度的控制和调节需求，避免了直接将气温及湿度调节装置设置在环境模拟单元2内容易引起环境模拟单元2内气温及湿度调控的低精度和高波动。同时还可以将环境模拟单元2内温湿度不达标的待修正气体从环境模拟单元2内导出，导入到环境气体制备及湿度控制单元1内，对不达标气体的温湿度进行调节，由于从环境模拟单元2内导出的不达标气体已有的温湿度很接近试验要求的温湿度，所以将不达标气体导入环境气体制备及湿度控制单元1内的再利用能有效降低能耗。

如图2、图18和图19所示，所述气体发生室气体温湿度调节装置12包括气体温湿度调节执行部件12-1、气体发生室温度传感器12-2、气体发生室湿度传感器12-3、内部循环风机12-4和可编程温湿度控制器12-5，所述气体发生室温度传感器12-2设置在气体发生室11内且用于测量气体发生室11内的气温值，所述气体发生室湿度传感器12-3设置在气体发生室11内且用于测量气体发生室11内气体的湿度值，所述气体发生室温度传感器12-2与可编程温湿度控制器12-5电连接且用于将其测量的温度值传输给可编程温湿度控制器12-5，所述气体发生室湿度传感器12-3与可编程温湿度控制器12-5电连接且用于将其测量的湿度值传输给可编程温湿度控制器12-5，所述可编程温湿度控制器12-5与内部循环风机12-4电连接且用于控制内部循环风机12-4的工作状态，所述可编程温湿度控制器12-5与模拟试验箱温度传感器23-6电连接且用于接收模拟试验箱温度传感器23-6传递给它的温度信息，所述可编程温湿度控制器12-5与模拟试验箱湿度传感器23-7电连接且用于接收模拟试验箱湿度传感器23-7传递给它的湿度信息，所述可编程温湿度控制器12-5与气体温湿度调节执行部件12-1电连接且用于控制气体温湿度调节执行部件12-1对气体发生室11内的气体温度和湿度进行调节。

所述气体发生室气体温湿度调节装置12可依照预设条件制备符合模拟试验对气体气温、湿度要求的气体，在初始热机状态下，气体发生室气体温湿度调节装置12制备并输出预设气温、湿度的气体给环境模拟单元2；在后续待机工作状态下，气体发生室气体温湿度调节装置12以环境模拟单元2内的实时温湿度数据为依据，调节气体发生室11内气体的温湿度，使环境模拟单元2内的气温、湿度与试验预设的气温、湿度相一致。本申请避免了传统人工气候模拟箱，电加热、电制冷、除湿设备因气温和湿度偏差阈值触发而产生的频繁启闭、依次启闭现象，消除了电加热、电制冷、除湿设备在断电后所留存的余热、余冷对于所述模拟试验箱体内气温、湿度控制的不良影响，保证了所述模拟试验箱体内气温、湿度调控的高精确度、低波动性。

本申请的可编程温湿度控制器12-5可选用可编程逻辑控制器或者单片机进行温湿度信息的接收，再通过内部数值计算及逻辑运行控制气体温湿度调节执行部件12-1及内部循环风机12-4运行，所述气体温湿度调节执行部件12-1是采用加热、制冷、加湿和除湿的方法对气体发生室11内的气体温度、湿度进行调节的部件，其可以为包括加热板、制冷机、加湿器和除湿器。本实施例中的内部循环风机12-4可以加速气体发生室11内气体流动，使得气体发生室11内各处的气体的气温及湿度均匀。

如图1至图5所示，所述模拟试验箱体及辅助结构模块21包括模拟试验箱体21-1、设备搭载平台21-2和土柱管21-3，所述模拟试验箱体21-1为半球形腔体结构，所述模拟试验箱体21-1包括上壳体21-11和下壳体21-12，所述上壳体21-11和下壳体21-12可拆卸密封连接，所述上壳体21-11和下壳体21-12之间设置有橡胶密封垫圈21-13，所述模拟试验箱体21-1设置在设备搭载平台21-2的上部，所述土柱管21-3竖直设置，所述土柱管21-3的上端穿过下壳体21-12的底部且与模拟试验箱体21-1内部相连通。

本实施例中，所述模拟试验箱体21-1采用双层不锈钢制作的半球型壳体，两层不锈钢夹层间用保温发泡料充填。所述模拟试验箱体21-1由上壳体21-11和下壳体21-12两部分组成，上壳体21-11和下壳体21-12之间垫有橡胶垫圈密圈21-13，然后由圆周均布的八个铰链螺钉和蝶形螺母紧固，密封性能好、装卸便利、连接紧固牢靠。本实施例中，所述设备搭载平台21-2的底部还设置有万向滚轮，所述万向滚轮为带制动功能的万向滚轮，便于设备的转移。所述设备搭载平台21-2为本发明的承重主体，用以承载这个设备的各个组成部分，设备搭载平台21-2设有支腿。

所述可编程温湿度控制器12-5、可编程光源控制器22-2、可编程鳍片温度控制器24-25、可编程风力控制器23-5和中远红外射灯控制器25-12安装在设备搭载平台21-2距地面1.4m处。为了防止试验装备发生侧翻，本发明在4条支腿上设拉线紧固环，采用预应力钢索将设备与地面斜拉固定。为了加强支架的稳定性，本发明在每2条相邻的支腿间安装X型稳固支架。为了便于设备的转移，本发明在支架底端设置4个带制动功能的万向滚轮。

如图2、图6、图7和图10所示，所述太阳光模拟模块22包括光谱连续可调光源22-1、可编程光源控制器22-2、滤光片22-3、整流隔温灯罩22-4、风冷散热装置22-5、可见光照度计22-6和光谱辐射计22-7，所述光谱连续可调光源22-1的上部与风冷散热装置22-5的底部相接触且用于将光谱连续可调光源22-1工作时产生的热量传递给风冷散热装置22-5，所述风冷散热装置22-5固定安装在上壳体21-11的顶部中央位置且用于将光谱连续可调光源22-1传递给它的热量排放到模拟试验箱体21-1的外部，所述滤光片22-3设置在光谱连续可调光源22-1的下方且用于过滤光谱连续可调光源22-1发出的短波紫外光线，所述整流隔温灯罩22-4设置在滤光片22-3的下方，所述可见光照度计22-6设置在下壳体21-12内侧靠近土柱管21-3顶端的位置，所述光谱辐射计22-7设置在下壳体21-12内侧靠近土柱管21-3顶端的位置，所述可见光照度计22-6与可编程光源控制器22-2电连接且用于将其检测的可见光照度信息传递给可编程光源控制器22-2，所述光谱辐射计22-7与可编程光源控制器22-2电连接且用于将其检测的光谱辐射信息传递给可编程光源控制器22-2，所述可编程光源控制器22-2与光谱连续可调光源22-1电连接且用于控制光谱连续可调光源22-1模拟太阳光照。

本实施例中，通过光谱连续可调光源22-1、可编程光源控制器22-2、滤光片22-3、整流隔温灯罩22-4、风冷散热装置22-5、可见光照度计22-6和光谱辐射计22-7，可获取与试验预设相一致的光照条件。光谱连续可调光源22-1背部与所述模拟试验箱体21-1顶部中央的风冷散热装置22-5相连接，以便在光谱连续可调光源22-1工作时，其产生的热量迅速通过风冷散热装置22-5排放到环境模拟单元2以外，减少光谱连续可调光源22-1工作时产生的热量对环境模拟单元2内气体温湿度的影响。光谱连续可调光源22-1下方为过滤短波紫外线的滤光片22-3及整流隔温灯罩22-4。光谱连续可调光源22-1的光谱带宽、光谱能量分布、光出射度、辐射度可通过可编程光源控制器22-2实现连续可调，十分适合作为室内人造光源，用以模拟不同工况条件下的太阳光照、可见光照及不可见光照。在下壳体21-12内侧靠近土柱管21-3顶端的位置布置可见光照度计22-6和光谱辐射计22-7，取其平均值作为实测的光照度、辐照度、辐射通量、辐射强度、辐射亮度，并与可编程光源控制器22-2实现数据交互，保证所述模拟试验箱体21-1内的光谱带宽、光谱能量分布、光出射度、辐出射度、光照度、辐照度、辐射通量、辐射强度、辐射亮度与试验预设一致。

如图2、图9和图10所示，所述风力控制模块23包括进气管23-1、轴流风机23-2、再循环气体调控装置23-3、风速传感器23-4、可编程风力控制器23-5、模拟试验箱温度传感器23-6和模拟试验箱湿度传感器23-7，所述进气管23-1的一端穿过下壳体21-12的中部后与再循环气体调控装置23-3的下端相连通，所述再循环气体调控装置23-3的上端与轴流风机23-2的进风口相连通，所述轴流风机23-2水平设置，所述风速传感器23-4设置在下壳体21-12内侧靠近土柱管21-3顶端的位置且用于检测测点的风速值信息，所述风速传感器23-4与可编程风力控制器23-5电连接且用于将检测的风速值信息传递给可编程风力控制器23-5，所述可编程风力控制器23-5与轴流风机23-2电连接且用于控制轴流风机23-2的启停和转速；所述再循环气体调控装置23-3包括第一风道、第二风道和第二风道风口大小调节装置，所述第一风道竖直设置且所述第一风道的一端与进气管23-1的一端相连通，所述第一风道的另一端与轴流风机23-2的进风口相连通，所述第二风道水平设置且与所述第一风道的中部相连通，所述第二风道风口大小调节装置设置在所述第一风道和所述第二风道之间且用于调整所述第二风道与所述第一风道连通风口的大小，所述模拟试验箱温度传感器23-6设置在下壳体21-12内侧靠近土柱管21-3顶端的位置且用于检测测点的环境气温值，所述模拟试验箱湿度传感器23-7设置在下壳体21-12内侧靠近土柱管21-3顶端的位置且用于检测测点的环境湿度值，所述模拟试验箱温度传感器23-6与可编程风力控制器23-5电连接且用于将检测的气温值信息传递给可编程风力控制器23-5，所述模拟试验箱湿度传感器23-7与可编程风力控制器23-5电连接且用于将检测的湿度值信息传递给可编程风力控制器23-5，所述可编程风力控制器23-5与再循环气体调控装置23-3电连接且用于控制所述第二风道风口大小调节装置调节连通风口的大小；风力控制模块23是以气体发生室11内产生的预设气温、湿度的成品气体为基础，将制备的预设温度、湿度的气体，经由进气管23-11吹进模拟试验箱体21-1。轴流风机23-12为模拟试验箱体21-1内的气体循环提供动力，同时保证指定风力条件的风速，所述轴流风机23-12的叶片采取水平布置。

如图2、图15所示，所述第二风道风口大小调节装置包括上环形板23-31、下环形板23-32、再循环气体转轴启闭板23-33和启闭板驱动装置23-34，所述上环形板23-31和下环形板23-32均水平设置，所述上环形板23-31设置在下环形板23-32的正上方且上环形板23-31与下环形板23-32之间留有间隙，所述再循环气体转轴启闭板23-33竖直设置在上环形板23-31和下环形板23-32之间且能够沿着其竖直的中轴线转动，所述再循环气体转轴启闭板23-33的数量为多个且依次对接可形成一个闭合环形，所述可闭合环形设置在上环形板23-31的环形面上且所述环形与上环形板23-31的外圆同心，所述下环形板23-32上设置有通气孔23-35，所述通气孔23-35位于所述可闭合环形的外侧，所述启闭板驱动装置23-34固定安装在上环形板23-31的上侧且启闭板驱动装置23-34的输出轴穿过上环形板23-31后与再循环气体转轴启闭板23-33固定连接，所述启闭板驱动装置23-34和再循环气体转轴启闭板23-33的数量相同且均为多个，所述可编程风力控制器23-5与启闭板驱动装置23-34电连接且用于控制第二风道风口的大小。

本实施例中，所述启闭板驱动装置23-34为伺服电机。

在环境模拟过程中，会存在热量损耗、所述模拟试验箱体21-1内的气体与土柱热量交换、蒸发水汽补充等情况，致使模拟试验箱体21-1内的气温、湿度产生偏差。为了维持设定的气温、湿度条件，需对模拟试验箱体21-1内气体进行一定比例或全部比例地回流换气。一定比例回流换气的气温、湿度偏差阈值小于全部比例回流换气的气温、湿度偏差阈值。当模拟试验箱体21-1内的气温、湿度偏差达到一定比例回流换气阈值、而未达到全部比例回流换气阈值时，再循环气体转轴启闭板23-33将保持开启状态，同时回流阀门23-32、进气阀门23-31将同步打开，并分别进行排气、进气工作，将所述模拟试验箱体21-1内一部分气温、湿度不达标的旧气排出，另一部分旧气经由再循环气体转轴启闭板23-33与新补充进来的达到预设气温、湿度的合格气体混合后，经轴流风机23-2吹出后继续循环工作。当模拟试验箱体21-1内的气温、湿度偏差达到一定比例回流换气阈值，且进一步达到全部比例回流换气阈值时，再循环气体转轴启闭板23-33将在启闭板驱动装置23-34的驱动下闭合。此时，模拟试验箱体21-1内的既有气体不再参与模拟试验箱体21-1内的气体循环，不再与新补充进来的达到预设设定气温、湿度的合格气体混合，只能经由回流气体收集管23-37排出，并送入气体发生室11进行再处理，待其气温、湿度达标后，再重新送回模拟试验箱体21-1内。

再循环气体转轴启闭板23-33采用ABS工程塑料材质。主要功能是减少模拟试验箱体内产生的湍流、涡流，并对流入进气管23-11、回流气体收集管23-37的气体进行分流。下环形板23-32上设置有等距环绕排列的通气孔23-35，主要是考虑当所述模拟试验箱体21-1达到全部比例回流换气阈值时，再循环气体转轴启闭板23-33闭合，如若不设置通气孔23-35，再循环气体转轴启闭板23-33附近将产生气体不流动的死端区域，进而干扰到土柱管21-3表面上方的气体过流条件，对试验结果造成偏差。

如图2、图3、图9和图10所示，所述风力控制模块23还包括进气阀门23-13、回流阀门23-8、回流气体收集管23-9、回流气体收集容器23-10、回流管23-11和变频式空气压缩机23-12；所述进气阀门23-13设置在进气管23-1上，所述回流阀门23-8设置在回流管23-11上，所述回流气体收集管23-9的一端固定安装在下壳体21-12的底部且与模拟试验箱体21-1的内部相连通，所述回流气体收集管23-9的另一端固定安装在回流气体收集容器23-10的外壁上且与回流气体收集容器23-10的内部相连通，所述回流管23-11的一端固定在回流气体收集容器23-10的外壁上且与回流气体收集容器23-10的内部相连通，所述回流管23-11的另一端与第一进气口11-1相连通；所述变频式空气压缩机23-12的进气口与气体发生室11的出气口11-3相连通，所述变频式空气压缩机23-12的出气口与模拟试验箱体21-1相连通；所述可编程风力控制器23-5与进气阀门23-13、回流阀门23-8电连接且用于控制进气阀门23-13、回流阀门23-8的开启与关闭，所述可编程风力控制器23-5与变频式空气压缩机23-12电连接且根据模拟试验箱体21-1内气温、湿度的偏差，通过控制变频式空气压缩机23-12的马达转速来调节换气流量。

如图2、图8、图11和图14所示，所述气温控制模块24包括鳍片换热体24-1和可编程换热介质温控及输送装置24-2，所述可编程换热介质温控及输送装置24-2与所述鳍片换热体24-1相连通且用于将换热介质以预设温度、预设流量输送到鳍片换热体24-1内进行热交换；所述鳍片换热体24-1包括导热管24-11和导热鳍片组24-12，所述导热管24-11为未封闭的环形结构且导热管24-11沿上壳体21-11的下部内侧壁水平设置，所述导热鳍片组24-12由多个竖直且沿着导热管24-11长度方向均匀布设的导热鳍片组成，所述导热管24-11依次穿过所述导热鳍片的中部且与各个所述导热鳍片固定连接，所述模拟试验箱温度传感器23-6与可编程换热介质温控及输送装置24-2电连接且用于将其检测的气温值传递给可编程换热介质温控及输送装置24-2。

所述可编程换热介质温控及输送装置24-2包括导热介质恒温箱24-21、导热介质循环泵24-22、导热介质温度调节器24-23、导热介质温度传感器24-24和可编程鳍片温度控制器24-25，所述导热介质循环泵24-22设置在导热介质恒温箱24-21内，所述导热介质循环泵24-22的出口与导热管24-11的一端相连通，所述导热管24-11的另一端与导热介质恒温箱24-21相连通，所述导热介质温度调节器24-23设置在导热介质恒温箱24-21内且用于通过加热或者制冷的方式对导热介质恒温箱24-21内的导热介质的温度进行调节，所述导热介质温度传感器24-24设置在导热介质恒温箱24-21内且用于检测导热介质恒温箱24-21内导热介质的温度值，所述可编程鳍片温度控制器24-25与导热介质温度传感器24-24电连接且用于接收导热介质温度传感器24-24传输的温度值信息，所述可编程鳍片温度控制器24-25与导热介质温度调节器24-23电连接且用于控制导热介质温度调节器24-23对导热介质进行温度调节，所述可编程鳍片温度控制器24-25与导热介质循环泵24-22电连接且用于控制导热介质循环泵24-22的工作，所述可编程鳍片温度控制器24-25与模拟试验箱温度传感器23-6电连接且用于接收模拟试验箱温度传感器23-6传输的气温值信息。

湿度与气温存在函数关系，故模拟试验箱体21-1内的湿度与其内的气温密切关联，要实现湿度的精准调控、稳定维持，首先要求气温调控的高精确度、低波动性和高稳定性。由于流体的比热容大、冷热源稳定性好，采用循环流体作为冷热源媒介、并在试验过程中全时伺服工作，以保证模拟试验箱体21-1内气温、湿度调控的高精确度和低波动性。同时，气温控制模块24中的鳍片换热体24-1包括导热管24-11和导热鳍片组24-12，导热鳍片组24-12能够增大冷热量的交换行程、交换表面积、交换效率，提升对气温调控的控制力度，强化气温、湿度分布的均匀程度；另一方面，导热鳍片组设计还会平顺模拟试验箱体21-1内的气体流线，减少湍流、涡流等对蒸发等模拟过程的噪音影响，进一步优化土柱管21-3土柱表面的风力条件。流体冷热源媒介的采用和鳍片设计，使得本发明不过度依赖鼓风设备的湍流，即可实现弱风力条件下所述模拟试验箱体21-1内气温、湿度的精准调控及其分布的高稳定性、高均匀性，提高试验数据的可信度。

本实施例中，导热管24-11采用紫铜材质，内部流体冷热源媒介采用质量浓度为20％的NaCl盐水。导热鳍片采用紫铜材质，外形与模拟试验箱体21-1内表面相贴合，一方面延长换热行程、增大换热表面积，提升换热效率，另一方面强化了所述模拟试验箱体21-1内循环气体的导流效果，使气体流线平顺，减少湍流、涡流等对蒸发等模拟过程的噪音影响。本发明区别于传统恒温恒湿箱、人工气候模拟箱所采用的“先制备指定气温、湿度的气体，再通过大功率风机鼓风湍流，以此使试验箱内的气温、湿度分布均匀”的技术路线。本发明采用气温控制模块24保证所述模拟试验箱体21-1内气温调控的高稳定性、低波动性，以鳍片冷热交换装置保证气温分布的均匀程度，增强气温调控效力，极大地减弱了因气温分布均匀性要求而对鼓风湍流条件的需求，实现了弱风力条件下蒸发等模拟试验的进行。

气温控制模块24依照预设的环境模拟气温，并以模拟试验箱体21-1内模拟试验箱温度传感器23-6的数据为依据，采用学习算法调节导热管24-11内的流体冷热源媒介的温度，维持模拟试验箱体21-1内的气温与试验预设的气温相一致；当模拟试验箱体21-1内的气温、湿度偏差，达到一定比例回流换气的气温、湿度偏差阈值时，气体发生室气体温湿度调节装置12才会介入到模拟试验箱体21-1的气温、湿度修正之中。气温控制模块24负责模拟试验箱体21-1内气温的维持与微调，气体发生室气体温湿度调节装置12负责模拟试验箱体21-1内气温的快递调整。

本实施例中，模拟试验箱温度传感器23-6、模拟试验箱湿度传感器23-7、风速传感器23-4均布置在下壳体21-12内侧靠近土柱管21-3的顶端位置，布设高度与土柱管21-3顶面高度持平，以消除传感器布设对于土壤表面上方流体环境的影响，精确测量土柱管顶面处实际的气温、湿度、风速。

本实施例中，所述土柱管21-3的数量为四个，每个土柱管21-3均布置有模拟试验箱温度传感器23-6、模拟试验箱湿度传感器23-7、风速传感器23-4，取模拟试验箱体21-1内各个同类测点的相同传感器的平均值作为实测值，所述气温控制模块24和风力控制模块23均与气体发生室11的气体发生室气体温湿度调节装置12连接，进行数据交互，以控制环境气体制备及湿度控制单元1制备满足模拟试验箱体21-1内预设要求的气体。

风力控制模块23依照预设的风力条件，并以模拟试验箱体21-1内实时的风速传感器23-4数据为依据，无级调节轴流风机23-2的转速，使模拟试验箱体21-1内土柱管21-3表层的风力条件与试验设定的风力条件相一致。

如图2、图3、图6、图12和图13所示，所述土柱管温度控制及供水模块25包括土柱管表层温控装置25-1和土柱管底层温控及供水装置25-2，其功能为控制土柱管21-3表层温度和底部温度，并以此在实验室内制造地温梯度；所述土柱管表层温控装置25-1包括中远红外射灯25-11、中远红外射灯控制器25-12、红外测温仪25-13和中远红外辐照计25-14，所述中远红外射灯25-11固定安装在所述上壳体21-11的内侧顶部，所述红外测温仪25-13设置在下壳体21-12内侧靠近土柱管21-3顶端的位置，所述中远红外辐照计25-14设置在下壳体21-12内侧靠近土柱管21-3顶端的位置，所述中远红外射灯25-11的光束能够照射到土柱管21-3上端的管口处且所述光束能够覆盖土柱管21-3上端的整个管口及靠近该土柱管21-3顶端的中远红外辐照计25-14，所述红外测温仪25-13与中远红外射灯控制器25-12电连接且用于将其检测的土壤表层温度值传递给中远红外射灯控制器25-12，所述中远红外辐照计25-14与中远红外射灯控制器25-12电连接且用于将其检测的红外辐照值传递给中远红外射灯控制器25-12，所述中远红外射灯控制器25-12与中远红外射灯25-11电连接且用于控制中远红外射灯25-11的工作状态。

由于空气中的水汽分子会对特定波长的红外线有较大吸收率，进而会对蒸发等环境模拟造成干扰，为保证模拟试验箱体21-1内的水汽分子不被用于加热土柱土壤表面温度的红外射灯所干扰，本发明选用大气窗口内的特定波长的中远红外射灯25-11，避开较强的水汽吸收带。土柱管21-3的表层温度控制，通过安装在模拟试验箱体21-1顶部的中远红外射灯25-11照射土柱表面实现，照射范围与土柱面范围相当，并以安装在土柱管口处的红外测温仪25-13数据、中远红外辐照计25-14数据为依据，通过中远红外射灯控制器25-12调节功率大小，使环境模拟单元2内土壤表层的温度与试验设定的土壤表层温度相一致或使环境模拟单元2内土壤表层接受的辐照能量与试验设定的辐照能量相一致。土柱底部温度控制是通过土柱管21-3底部的土壤温度传感器25-23和供水管路水温控制装置25-22来实现。由于蒸发等模拟过程中的水流运移速度极其缓慢，非肉眼可见，土柱管21-3底部供水管路中的水温和土柱管21-3底部的土壤温度达到平衡状态。故本发明利用控制土柱管21-3底部供水管路中的水温，来控制土柱管21-3底部的土壤温度。通过供水管路水温控制装置25-22以土柱管21-3底部的土壤温度传感器25-23数据为依据，对土柱管21-3底部供水管路中的水温进行调节，从而使土柱管21-3底部的土壤温度与预设温度相一致。

所述土柱管底层温控及供水装置25-2包括马氏瓶25-21、供水管路水温控制装置25-22、土壤温度传感器25-23和土柱管隔热保温层25-24，所述马氏瓶25-21通过水位连接管道与土柱管21-3的底部相连通且用于调控土柱管21-3内地下水位的高低，所述供水管路水温控制装置25-22设置在马氏瓶25-21和土柱管21-3之间的水位连接管道上且用于调控从马氏瓶25-21进入土柱管21-3内的水流水温，所述马氏瓶25-21上带有刻度，所述土壤温度传感器25-23的数量为多个，多个所述土壤温度传感器25-23依次间隔布设在土柱管21-3内且用于检测各个布设点的土壤温度，所述土壤温度传感器25-23与供水管路水温控制装置25-22电连接且用于将其检测的温度信息传递给供水管路水温控制装置25-22，所述土柱管隔热保温层25-24裹缠在土柱管21-3的侧壁上且用于防止土柱管21-3内的土壤与外界环境进行热交换。

本实施例中，通过土柱管底层温控及供水装置25-2来模拟地下水位的恒定，其包括4个带刻度的马氏瓶25-21和4条水位连接管道，马氏瓶25-21中的水经由供水管路水温控制装置25-22达到预设温度后，再通过土柱管21-3底端的反滤层21-4进入土柱管21-3。每一套集成测控探头的土柱管21-3，除了布设有红外测温仪25-13、土壤温度传感器25-23以外，为了获取土柱管21-3沿水盐运移路径上实时的含水率、温度、盐分信息，本发明在土柱管21-3的侧壁上布设有土壤含水率传感器21-5和土壤盐分传感器21-6。所述土壤含水率传感器21-5的数量为多个，多个所述土壤含水率传感器21-5依次间隔布设在土柱管21-3内且用于检测各个布设点的土壤含水率，所述土壤盐分传感器21-6的数量为多个，多个所述土壤盐分传感器21-6依次间隔布设在土柱管21-3内且用于检测各个布设点的土壤盐分含量。土柱管21-3的底部为防止土壤堵塞供水补给，设置反滤层21-4。土柱管21-3侧壁由土柱管隔热保温层25-24包裹，以防实验室环境温度对于设定土柱温度及其梯度的影响。

如图2、图3、图16和图17所示，所述模拟试验箱体及辅助结构模块21还包括冷凝水回收装置21-7，所述冷凝水回收装置21-7包括U型冷凝液集水槽21-71、液位计21-72、冷凝液排水阀门21-73、排水管道21-74、排水控制器21-75和水泵电机21-76，所述U型冷凝液集水槽21-71设置在下壳体21-12底部且用于收集所述模拟试验箱体21-1内产生的冷凝水，所述排水管道21-74的一端与下壳体21-12的底部固定连接且与U型冷凝液集水槽21-71的槽底相连通，所述排水管道21-74的另一端经水泵电机21-76与气体发生室11相连通，所述冷凝液排水阀门21-73设置在排水管道21-74上，所述液位计21-72设置在U型冷凝液集水槽21-71内且用于检测下壳体21-12内冷凝水的液位，所述液位计21-72与排水控制器21-75电连接且用于将下壳体21-12内冷凝水的液位信息传递给排水控制器21-75，所述排水控制器21-75与冷凝液排水阀门21-73电连接且用于控制冷凝液排水阀门21-73的开启和关闭，所述排水控制器21-75与水泵电机21-76电连接且用于控制水泵电机21-76的开启和关闭。

在土壤蒸发等模拟过程中，由于气温、气压原因，可能会使气体中的一部分水汽发生凝结，为了将这部分冷凝水及时排出，模拟试验箱体21-1底部采取倒圆锥倾斜设计和U型冷凝液集水槽21-71。下壳体21-12底部与进气管23-11连接处周围布设环状U型冷凝液集水槽21-71，U型冷凝液集水槽21-71内设置液位计21-72，当U型冷凝液集水槽21-71内水位达到排水阈值后，冷凝液排水阀门21-73将自动打开，冷凝液经由所述模拟试验箱体21-1的下壳体21-12、U型冷凝液集水槽21-71、排水管道21-74被抽出送入环境气体制备及湿度控制单元1的供水系统，过滤后循环使用。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变换，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。