[發明專利]一種土壤含水率分布式測量方法及系統

有效

• 申請號: 201310398355.6
• 申請日: 2013-09-04
• 公開（公告）號: CN103454309B
• 公開（公告）日: 2013-12-18
• 發明（設計）人: 施斌;曹鼎峰;魏廣慶;嚴珺凡
• 申請（專利權）人: 南京大學;蘇州南智傳感科技有限公司
• 主分類號: G01N25/56
• 分類號: G01N25/56
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 陳建和

1.一種土壤含水率分布式測量方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟一、將碳纖維光纜植入土壤中，所述碳纖維光纜為具有內加熱功能的碳纖維溫 度感測光纜，由內到外依次包括光纖、碳纖維、護套；

步驟二、對步驟一所述碳纖維光纜進行通電加熱，利用DTS解調設備解調、記錄碳 纖維光纜通電加熱過程中的溫度值；所述DTS解調設備基于拉曼光時域反射測量技術進 行分布式溫度測量，感溫元件為步驟一所述碳纖維光纜；

步驟三、運用數據分析軟件計算碳纖維光纜溫度特征值，根據碳纖維光纜溫度特征 值與土壤含水率之間的線性關系：w＝kT_t+b計算出土壤含水率，其中w為土壤含水率， T_t為碳纖維光纜溫度特征值，k和b為常數，通過標定試驗確定；所述碳纖維光纜溫度 特征值為通電加熱后碳纖維光纜形成的溫度場梯度不再改變時，選取一個特征時間區間 內的等時間間隔所測得的溫度值的算數平均值。

2.根據權利要求1所述的土壤含水率分布式測量方法，其特征在于，碳纖維光纜 每隔0.5～1米設置一個溫度測量點；步驟三中所述等時間間隔為1分鐘。

3.根據權利要求1所述的土壤含水率分布式測量方法，其特征在于，所述標定試 驗包括如下步驟：

步驟a、將碳纖維光纜依次植入若干組預配含水率的土壤中，所述碳纖維光纜為具 有內加熱功能的碳纖維溫度感測光纜，由內到外依次包括光纖、碳纖維、護套；

步驟b、對步驟a所述各碳纖維光纜進行通電加熱，利用DTS解調設備解調、記錄 各碳纖維光纜通電加熱過程中的溫度值；所述DTS解調設備基于拉曼光時域反射測量技 術進行分布式溫度測量，感溫元件為步驟a所述碳纖維光纜；

步驟c、運用數據分析軟件計算各碳纖維光纜溫度特征值，并擬合出碳纖維光纜溫 度特征值與土壤含水率之間的線性關系：w＝kT_t+b，其中w為土壤含水率，T_t為碳纖 維光纜溫度特征值，k和b為常數；所述碳纖維光纜溫度特征值為通電加熱后碳纖維光 纜形成的溫度場梯度不再改變時，選取一個特征時間區間內的等時間間隔所測得的溫度 值的算數平均值。

4.根據權利要求3所述的土壤含水率分布式測量方法，其特征在于，所述若干組 預配含水率的土壤為4～6組。

5.一種土壤含水率分布式測量系統，其特征在于，包括碳纖維光纜、加熱電源、 DTS解調設備、具有數據分析軟件的計算機，所述碳纖維光纜為具有內加熱功能的碳纖 維溫度感測光纜，由內到外依次包括光纖、碳纖維、護套；所述DTS解調設備基于拉曼 光時域反射測量技術進行分布式溫度測量，感溫元件為所述碳纖維光纜；所述碳纖維光 纜分別與加熱電源、DTS解調設備連接，DTS解調設備連接具有數據分析軟件的計算機。