[發明專利]一種土壤多參數傳感測量系統

無效

• 申請號: 201210551409.3
• 申請日: 2012-12-07
• 公開（公告）號: CN102997964A
• 公開（公告）日: 2013-03-27
• 發明（設計）人: 許景輝;何建強;韓文庭;趙英
• 申請（專利權）人: 西北農林科技大學
• 主分類號: G01D21/02
• 分類號: G01D21/02;G01N27/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及土壤物理多參數采集傳感器的設計和應用技術領域，具體涉及一種通過土熱參數測量技術和頻域反射技術進行土壤溫度、體積含水量、熱容量、導熱率、蒸發量、土壤水飽和度、土壤孔隙率等物理參數同時同地采集的傳感器。

背景技術

土壤是地球巖石圈表面的疏松表層，是陸生植物生活的基質。它提供了植物生活必需的營養和水分，是影響植物的一個重要生態因子，是生態系統中物質與能量交換的重要場所。作為地球生態系統的重要母體，對土壤物理參數的測量和研究是人們生活和生產順利進行的重要保障，它對農業生產、水文水利、氣象、自然地理、水土保持和環境保護等都有著重要的應用價值。

長期以來，為了測量土壤的不同物理參數，人們使用了很多設備和技術。這些技術只能對一種或兩種土壤物理參數進行測量，如果對同一點土壤進行多種物理參數信息分析時就遇到了困難，因為任何一個物理參數的先行測量都會擾動該點土壤而造成后行數據測量條件的干擾。若在該點附近測量又無法進行嚴格的數據比較，因此給土壤物理參數測量帶來困難。同時，一些測量技術采用土壤采樣后的實驗室方法進行，土壤采樣不但會擾動土壤，而且無法實現測量數據的現場化和自動化，因此尋找一種對同一被測點的土壤含水量、熱容量、導熱率、蒸發量、土壤水飽和度等重要物理參數進行同時測量的設備，對土壤物理研究意義重大。

發明內容

為了同時進行幾個重要土壤物理參數的同點測量，實現土壤物理參數的采集自動化，本發明利用土熱測量原理和土壤介電頻域反射測量技術，實現了土壤物理重要參數中土壤溫度、體積含水量、土壤介電常數、熱容量、導熱率、蒸發量、土壤水飽和度、土壤孔隙率的“同時同地”、多參數、現場化、自動化測量。

本發明實施例是這樣實現的，一種土壤多參數傳感測量系統，所述傳感器測量系統包括：

數據采集處理單元，對傳感器信號進行采集和存儲，同時通過計算模型進行土壤多參數的測算、存儲和數據顯示；其無線傳輸電路可完成傳感器的遙測和遙信；

傳感器，包括探頭電路和由PCB板固定的中間不銹鋼管和周邊不銹鋼管；不銹鋼管部分組成近似同軸線系統，并與土壤共同形成被測體；探頭電路負責電磁信號的產生和反射信號處理，進行土壤溫度和復阻抗的測量，其接口電路可與數據采集處理單元構成通信；

電源電路，包含熱源恒流源和系統穩壓源，其中熱源恒流源為電熱絲提供恒流電源，系統穩壓源為整個系統提供電源。

進一步，在周邊不銹鋼管內嵌有熱電偶，中間不銹鋼管中嵌有熱電偶和電熱絲；用環氧樹脂將中間不銹鋼管與PCB板進行絕緣，并起到固定中間不銹鋼管的作用；電熱絲填充中間不銹鋼管整個長度，熱電偶末端設置在中間不銹鋼管和周邊不銹鋼管的中間位置。

進一步，傳感器探針布置方式為：中間不銹鋼管的半徑為0.73mm，周邊不銹鋼管的半徑為0.6mm，布置在半徑為6mm的圓上。

進一步，通過探頭電路產生掃頻頻率，探頭電路測量出傳感器與土壤所形成的測體的彌散頻率，由彌散頻率計算土壤含水量。

進一步，通過電熱絲和熱電偶組成土熱參數測量部分。

進一步，通過土壤含水量、熱特性數據測量，多參數傳感器測量系統可根據土壤水熱理論自行進行土壤導熱率、蒸發量、水飽和度、孔隙率等參數計算和計量。

進一步，數據采集處理單元有計算機接口和基于無線的數據傳輸功能，數據采集處理單元將處理和采集的數據送入計算機，計算機還可進行進一步分析和運算；數據采集處理單元含有flash存儲器，能存儲至少1周的數據值，系統可以根據需要進行存儲容量的擴展。

本發明提供的土壤物理多參數傳感器測量系統，能同時進行土壤多個物理參數的數據采集，有效解決了土壤物理中無法同點測量的難題。同時由于采用彌散頻率法進行土壤含水量測量，能有效的減少因土壤溫度、含鹽量等因素造成的土壤含水量測量干擾，拓寬了傳感器的使用范圍，提高了土壤含水量的測量精度。傳感器頭使用特殊設計的PCB板，很好解決了探頭電路與探針的連接匹配，減少了微波反射，提高了測量精度，同時還利于傳感器的維修和探針更換。本發明適用于土壤物理參數測量、農田灌溉節水管理、植物生長監測等各個領域。

附圖說明

圖1是本發明實施例提供的傳感器測量系統示意圖；

圖2是本發明實施例提供的傳感器探針(鋼管)布置圖。