[發明專利]凍土及干土層測量傳感器

有效

• 申請號: 201210054137.6
• 申請日: 2012-03-02
• 公開（公告）號: CN102607498A
• 公開（公告）日: 2012-07-25
• 發明（設計）人: 冶林茂;吳志剛;余國河;陳濤;張廣周;李鵬;王艷斌;薛龍琴;牛素軍;陳海波;李秀紅;師麗魁;田宏偉
• 申請（專利權）人: 河南省氣象科學研究所;中原光電測控技術公司
• 主分類號: G01B21/18
• 分類號: G01B21/18;G01B21/08;G01N27/22
• 代理公司: 鄭州科維專利代理有限公司 41102
• 代理人: 張欣棠

技術領域

本發明涉及一種用于凍土及干土層自動觀測的儀器，特別是一種凍土及干土層測量的傳感器。

背景技術

國內外，在氣象觀測上傳統的測量凍土深度的一般方法是將灌滿蒸餾水、兩端密封的塑膠管，垂直放在埋入土中的銅管中，根據水的凍結情況來判斷凍土深度，該方法實際上是觀測地溫0℃的位置，并不能準確測量凍土的位置。由于土壤質地、水溶液的成分和濃度及外界條件如壓力的不同，其凍結（冰點）溫度并不相同，因此該方法的觀測凍土深度并不科學，而且當凍土層較深時，觀測不方便、工作量大、耗時耗力，且測量數據密度不夠，不能實時監測凍土深度及其發展變化情況。而干土層的觀測完全依靠目測，無定量化標準、客觀性差。

衛星遙感的方式也可對凍土及干土層進行一定的監測，但是只適用于大范圍的監測，還不能對凍土深度和干土層厚度進行精細化監測。目前用于凍土及干土層的自動化監測設備基本上還屬空白。

凍土深度及干土層厚度的判定需要確定土壤溫度和土壤含水量。目前，自動測量土壤水分的傳感器在結構工藝上大多采用插針地埋式或銅環插管式，插針地埋式傳感器雖然能夠與土壤緊密接觸，但是，其安裝維護特別困難，安裝時需要首先挖一個剖面深坑，工作量非常大。另外，一旦傳感器出現問題，就需要把傳感器挖出來，重新安裝，而且還需要一個土壤自然沉降和儀器穩定的過程，因此大面積推廣難度較大。銅環插管式傳感器首先使用專用安裝工具在不破壞土壤結構的前提下把防護管打入地下土壤中，銅環傳感器安裝在防護管內，但由于機械加工和結構設計的問題，傳感器的感應部分與防護管壁很難緊密接觸，會影響測量精度，垂直分辨率也較低。而且，通常自動地溫和土壤水分觀測是分離的，不能自動獲取凍土深度和干土層厚度。

發明內容

本發明旨在解決凍土及干土層人工觀測存在的原理不客觀、觀測不方便、工作量大、垂直分辨率低、數據密度不夠、測量精度低，不能夠實時自動觀測和分析凍土深度及干土層厚度隨時間演變規律等技術問題，提供一種可為農業生產管理、環境保護、交通建設、氣候變化研究等提供客觀自動觀測數據的凍土及干土層測量傳感器。?

本發明采用的技術方案如下：

該凍土及干土層測量傳感器包括：

控制處理單元，用于數據的計算、通訊、分時采集控制、采集單元分時供電控制，通過供電線及通訊線與采集器連接；

頻率采集單元，接收控制處理單元的控制信號，進行頻率信號分時采集；

溫度采集單元，接收控制處理單元的控制信號，進行溫度采集。

所述控制處理單元包括微處理器CPU、插座、多芯排線端子和電源轉換單元；所述微處理器CPU具有多個IO接口連接所述多芯排線端子；所述插座為多芯插座連接采集器的電源及通訊線；所述多芯排線端子包括多個電源端子，多個開關控制信號端子以及頻率信號端子和溫度信號端子，該多芯排線端子通過排線分別連接頻率采集單元和溫度采集單元；所述電源轉換單元將通過插座輸入的電源電壓轉換成系統需要的電壓；所述多個電源端子分別為頻率采集單元的多路開關供電、為溫度采集單元的溫度傳感器供電；所述多個開關控制信號端子控制多路電子開關，實現對頻率采集電路的分時供電；所述頻率信號端子和溫度信號端子將多組頻率采集電路采集到的頻率信號和多個溫度傳感器采集到的溫度信號分別匯聚到一根頻率信號線和一根溫度信號線，傳送至控制處理單元進行處理計算。

所述頻率采集單元包括多路電子開關、多芯排線端子和多組頻率采集電路；所述多芯排線端子與控制處理單元的多芯排線端子利用排線相連；多芯排線端子中相應的電源端子為多路電子開關供電，相應的電源端子接入多路電子開關的選擇輸入端；所述控制處理單元通過控制其多芯排線端子的開關控制端子上的控制信號，實現接入多路電子開關輸入端的電源從多路電子開關的多個輸出端分時輸出，為多組頻率采集電路提供分時供電和控制；所述多組頻率采集電路的頻率輸出信號匯聚到頻率采集單元多芯排線端子的頻率信號端子，最終傳送至控制處理單元。

作為上述頻率采集單元進一步改進的方案，所述頻率采集單元還包括多組連接溫度采集單元上覆銅的電容接點、多個連接溫度采集單元相應溫度傳感器的溫度信號輸出接點和連接溫度采集單元的一組供電接點。