[發(fā)明專利]基于時域傳輸技術(shù)的土壤水分傳感器標(biāo)定裝置及方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210441476.X
• 申請日: 2012-11-08
• 公開（公告）號: CN102944577A
• 公開（公告）日: 2013-02-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 沈征濤;周春慧;施斌
• 申請（專利權(quán)）人: 蘇州南智傳感科技有限公司
• 主分類號: G01N27/00
• 分類號: G01N27/00
• 代理公司: 蘇州創(chuàng)元專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 32103
• 代理人: 范晴

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及測量技術(shù)領(lǐng)域，尤其一種基于時域傳輸技術(shù)（TDT）的土壤水分傳感器的標(biāo)定方法。

背景技術(shù)

目前，國際上有很多土壤水分測定技術(shù)，其中稱重法為標(biāo)準(zhǔn)方法，中子儀法為第2標(biāo)準(zhǔn)方法，時域反射法（TDR）為主流方法，另外還有γ射線（透射）法、電阻法和頻域反射法（FDR）等。不同的測定技術(shù)具有各自不同的應(yīng)用條件和優(yōu)缺點。以TDR?方法為例，該技術(shù)具有方便、快速、準(zhǔn)確和可實現(xiàn)定點自動監(jiān)測土壤水分動態(tài)變化等特點。但是TDR儀器價格相對比較昂貴，對使用者的知識和技術(shù)水平要求較高,限制了該技術(shù)在實際農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的推廣和普及。FDR技術(shù)與TDR技術(shù)相似，而其他方法在綜合評價上要遠(yuǎn)差于TDR和FDR方法。從未來土壤含水量測定方法的發(fā)展來看，高精度、低成本、非破壞和自動化必將是其發(fā)展的主要方向。近年來，一種時域傳輸技術(shù)（TDT）在土壤水分測定方面正在受到廣泛關(guān)注。與TDR?技術(shù)相比，TDT?技術(shù)最大的特點是電磁波在介質(zhì)中單程傳播，檢測的是電磁波單向傳輸?shù)男盘枺梢栽谙鄬^低的頻率(幾百兆赫茲)下運行。儀器線路設(shè)計比較簡單，除具備TDR所具有的高精度，破壞小，自動化等優(yōu)點外，還具有低成本，易操作的優(yōu)勢，便于推廣使用。??

目前市面上一些廠家如Precision?Soil?&?Water?Solutions?Ltd?生產(chǎn)的?TDT傳感器探頭，一般有效長度20cm；前端呈錐形，長3cm，便于插入土體內(nèi)部，探頭內(nèi)部裝有電路板，表面以雙螺旋形式纏有銅線，最外層均勻涂有環(huán)氧樹脂封裝。探頭尾端導(dǎo)出同軸電纜，用于連接供電設(shè)備，同時輸出測量結(jié)果信號。

TDT?傳感器主要原理如圖1所示，是通過測定電磁波單程傳播到探頭末端時接收信號和初始發(fā)射信號之間的相位差大小來反映土壤3?相體系的介電性質(zhì)，進而可以準(zhǔn)確測定土壤含水量。儀器的電路部分的主要元器件包括脈沖發(fā)射器，相位比較器和電壓轉(zhuǎn)化裝置。脈沖發(fā)射器發(fā)射周期性的方形波，電磁波發(fā)射后1?路信號經(jīng)過介質(zhì)傳輸?shù)浇邮斩?，獲得傳輸信號。另1?路信號不經(jīng)過介質(zhì)直接沿傳輸線傳輸?shù)浇邮斩?，作為參考信號。兩路信號通過相位比較器進行鑒相處理得到相位差，最終相位差被轉(zhuǎn)化成1?個相對輸出電壓。

采用TDT土壤水分傳感器測量前，必須先對TDT土壤水分傳感器在不同土質(zhì)、不同溫度下的測量情況進行標(biāo)定?，F(xiàn)有的標(biāo)定方法和標(biāo)定儀器不全，尤其是基于時域傳輸技術(shù)（TDT）的土壤水分傳感器，國內(nèi)未見相關(guān)產(chǎn)品及標(biāo)定方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的是：提供一種對基于時域傳輸技術(shù)（TDT）的土壤水分傳感器在不同土質(zhì)、不同溫度下的測量情況的標(biāo)定裝置及方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種基于時域傳輸技術(shù)的土壤水分傳感器標(biāo)定裝置，它包括有機玻璃柱、土柱、TDT傳感器、馬里奧特瓶（馬氏瓶）、人工氣候箱，所述有機玻璃柱為柱形容器，內(nèi)徑11cm，高25cm，下端閉合，上端開口，在所述有機玻璃柱左右兩側(cè)距離底面約0.5cm處各有一開口，開口內(nèi)徑約0.5cm，開口通過橡皮軟管與馬氏瓶相連，所述TDT傳感器探頭固定于有機玻璃柱中心位置，所述土柱高20cm，均勻填充在有機玻璃柱內(nèi)部，且與TDT傳感器探頭緊密接觸。

優(yōu)選的，所述有機玻璃柱底部放置一塊塑料泡沫，所述塑料泡沫直徑11cm，高3cm，所述TDT傳感器探頭前端插入塑料泡沫3cm。

優(yōu)選的，所述馬氏瓶內(nèi)有刻度線，容積為2L，可通過開關(guān)精確控制往有機玻璃柱內(nèi)所加水的體積。

優(yōu)選的，所述TDT傳感器探頭導(dǎo)出若干同軸電纜，其中兩根與9V電池相連，為TDT傳感器提供電源，三根與萬用表相連，讀取測量結(jié)果輸出信號（結(jié)果以電壓形式輸出）。

優(yōu)選的，所述有機玻璃柱頂端開口處的土柱表面覆蓋一層保鮮膜密封，防止土柱中水分蒸發(fā)。

一種基于時域傳輸技術(shù)的土壤水分傳感器標(biāo)定方法，其特征在于：繪制土壤體積含水量-傳感器輸出電壓標(biāo)定曲線包括以下步驟：

（1）標(biāo)定前，先測定土柱質(zhì)量，有機玻璃柱（含土柱和TDT傳感器探頭）總質(zhì)量和土柱體積，土柱初始體積含水量；

（2）為便于加水，馬氏瓶應(yīng)放置在高于有機玻璃柱的位置，盛有土柱和TDT傳感器探頭的有機玻璃柱放置于電子天平上，萬用表和電池不可放于電子天平上，其中，萬用表、電池、電子天平只在讀數(shù)時保持開啟狀態(tài)，其余時間保持關(guān)閉狀態(tài)；