[實用新型]一種土壤水分測試系統

有效

• 申請號: 200920105818.4
• 申請日: 2009-02-19
• 公開（公告）號: CN201413299Y
• 公開（公告）日: 2010-02-24
• 發明（設計）人: 馮煒;紀奕才;方廣有
• 申請（專利權）人: 中國科學院電子學研究所
• 主分類號: G01N23/20
• 分類號: G01N23/20;G01R27/26
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司
• 代理人: 周長興

技術領域

本實用新型屬于土壤水分探測技術領域，具體地涉及一種基于時域反射技術的土壤水分測試裝置。

背景技術

時域反射儀(TDR)技術是一種工作于時域脈沖體制下的時域電磁探測系統，它涉及到電磁波理論、傳輸線理論、瞬態信號檢測和處理技術及土壤學等多門學科。

時域反射儀土壤水分測試方法由國外在上世紀六七十年代提出，通過測試土壤樣品的表觀介電常數，進而反演土壤體積含水量。時域反射儀發射一個快速上升沿的測試脈沖，通過測定脈沖在TDR傳感器上傳播的準確時間，測試土壤的介電常數，反演土壤的體積含水量。該方法具有快速、準確、無輻射、不破壞土壤樣品和連續原位測定等優點，因此得到了廣泛應用。

要準確測定土壤體積含水量，要求TDR系統需要有高性能的發射機和接收機。TDR發射機需要產生具有高速上升沿的測試脈沖，接收機要準確反映接收端的真實信號，需要精確的等效采樣步進。

實用新型內容

本實用新型的目的在于提供一種基于時域反射技術的土壤水分測試系統，該系統具有方便、快速、無放射性污染及精度高的優點。

為實現上述目的，本實用新型提供的土壤水分測試系統，主要由系統控制電路、同步觸發電路、脈沖發生電路、傳感器探頭、步進電路和A/D采集電路組成，其中：

系統控制電路分別連接同步觸發電路、步進電路和A/D采集電路；

同步觸發電路分別連接脈沖發生電路和步進電路；

脈沖發生電路連接傳感器探頭；

A/D采集電路分別連接步進電路和傳感器探頭。

所述的土壤水分測試系統中，系統控制電路由主控制單元和輸入輸出界面組成；其中：主控制單元控制同步觸發電路和步進電路的工作，同時存儲和傳輸由模數轉換單元轉換出的數據；輸入輸出界面主控制單元與上位機0控制系統的通訊。

所述的壤水分測試系統中，同步觸發電路由計數器和晶振組成；其中：晶振產生本地時鐘，該時鐘用于計數器計數；計數器通過計算時鐘，產生同步觸發脈沖。

所述的土壤水分測試系統中，步進電路由可編程數字延時線和快慢斜波比較單元組成；其中：可編程數字延時線由主控制單元控制；可編程數字延時線產生較大的步進延時量，經過延時的脈沖進入快慢斜波比較單元；快慢斜波比較單元由主控單元控制，通過改寫數模轉換芯片上的數字量產生慢斜波，實現準確的小步進延時量。

所述的土壤水分測試系統中，脈沖發生電路產生的脈沖信號經同軸電纜傳輸到傳感器探頭，脈沖信號在傳感器探頭末端產生反射，反射信號經由同軸線傳輸到A/D采集電路。

所述的土壤水分測試系統中，傳感器探頭為介入式形式。

本實用新型的積極效果和優點：

本實用新型基于時域反射技術的土壤水分測試系統，能夠產生具有140ps上升沿的測試脈沖，等效步進時間8.69ps，因此能夠測定土壤的體積含水量，該系統相比于其它同功能的水分測試儀具有方便、快速、無放射性污染及精度高的優點，能夠發展我國農田節水灌溉普及，推動我國數字化信息化農業的快速發展。

附圖說明

圖1為本實用新型TDR土壤水分測試儀原理框圖；

圖2為本實用新型系統控制電路原理框圖；

圖3為本實用新型系統同步觸發電路原理框圖；

圖4為本實用新型傳感器探頭結構圖；

圖5為本實用新型步進電路原理框圖；

圖6為本實用新型A/D采集電路原理框圖；

圖7為本實用新型采樣單元的電路組成圖。

具體實施方式

下面將結合附圖對本實用新型加以詳細說明，應指出的是，所描述的實施例僅旨在便于對本實用新型的理解，而對其不起任何限定作用。

本實用新型研制出基于時域反射儀技術測試原理的土壤水分測試系統，該系統可以應用于土壤相對介電常數和土壤體積含水量的測量。

TDR土壤水分測試系統如圖1所示，該系統主要包括：系統控制電路1、同步觸發電路2、脈沖發生電路3、傳感器探頭4、步進電路5和A/D采集電路6。

同步觸發電路2、步進電路5和A/D采集電路6都受系統控制電路1控制。系統控制電路1向同步觸發電路2發送計數使能信號，同步觸發電路開始計數。系統控制電路1寫入步進電路5的數字量，控制步進量。A/D采集電路采集在傳感器探頭4上的信號幅度，并將到的數字量發送給系統控制電路1，系統控制電路將數字量儲存；當采樣完成后，系統控制電路將數字量發送到上位機。

圖2為系統控制電路1原理框圖，包括：主控單元11，輸入輸出界面12。采用的具體結構是：