[實用新型]一種基于頻域反射法的管針式土壤含水率檢測裝置

有效

• 申請號: 201320734342.7
• 申請日: 2013-11-20
• 公開（公告）號: CN203824956U
• 公開（公告）日: 2014-09-10
• 發明（設計）人: 郭文川;宋克鑫;韓文霆
• 申請（專利權）人: 西北農林科技大學
• 主分類號: G01N27/02
• 分類號: G01N27/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本實用新型涉及土壤含水率檢測技術領域，特別涉及一種基于頻率反射法的管針式土壤含水率檢測方法和裝置。

背景技術

土壤是農業生產的基本生產資料，也是為農作物提供養分的載體。土壤含水率對于農作物的生長非常重要。首先農作物必須要吸收足夠的水分才能滿足自身的生長需要；其次，水分將土壤中營養物質溶解成溶液，通過植物根部細胞內外的溶液濃度進行交換，完成營養的吸收；最后，水分的滲透作用可以將人工施加的肥料帶入土壤內部，使土壤肥力提高。土壤含水率是了解農田狀況以及農作物生長狀況的一項重要指標。

目前，土壤含水率檢測裝置所采用的方法主要有張力計法、電阻法、中子法、射線法、光學法和介電法。相比而言，通過土壤介電特性測量土壤含水率的介電法是一種快速、簡單、有效的測量方法。1976年，Topp和Davis首先將時域反射法引入到土壤水分快速測量的研究中，并于1980年應用統計數學中數值逼近理論中的理論分類法找出了土壤含水率與介電常數間的多項式關系的經驗方程，并在不同成分、類型的土壤條件下進行了試驗，證明具有較高的測量精度。以此為基礎，基于介電特性測量土壤含水率的方法得到了廣泛的探索和應用。

目前，在國內市場上基于介電法研發的土壤含水率傳感器主要有時域反射法（TDR）和頻域反射法（FDR）兩種。其中時域反射法（TDR）是基于電磁波在不同介質中傳播速度不同的原理，根據高頻電磁波在土壤中發射波和反射波間的時間差來測定土壤含水率。由于電磁波傳播速度很快，導致發射波與反射波的時間差極短，需要超高速延遲測量技術，因此，該技術的成本較高，較難應用于低成本的農業生產中。

頻域反射法（FDR）是根據土壤表觀介電常數隨土壤含水率變化而變化的原理測量土壤含水率。基于頻域反射法（FDR）的土壤含水率檢測儀器一般在幾十到幾百兆赫茲范圍內工作，可以將介電常數的變化用電壓或其他形式表現。頻域反射法（FDR）土壤含水率檢測儀器的測量結果易受土壤的質地、溫度和容重的影響。現有的頻域法土壤含水率檢測儀通過實驗標定和引入溫度傳感器來克服土壤質地和環境溫度的影響，而大多未考慮土壤容重的影響，導致測量精度不高。增加土壤緊實度傳感器而設計的復合式土壤含水率傳感器對于減小容重影響，提高含水率檢測精度有重要的作用，但卻使儀器成本增加，而且步進電機的使用又增加了傳感器操作的復雜程度。因此，有必要開發快速、低成本、操作簡便、精度較高的土壤含水率檢測儀。

本實用新型的目的：克服現有技術不足，提供一種基于頻域反射法（FDR）土壤水分快速、低成本、操作簡便、精度高的測量裝置。

本實用新型要解決的技術問題：（1）在頻域反射法（FDR）土壤水分測量技術基礎上如何同時消除土壤溫度、土壤容積密度對測量結果的影響，且測量速度快、操作方便、成本低、精度高；（２）基于頻域反射法（FDR），設計一種測量探頭及相關的測量輔助系統，實現對土壤水分測量時，能快速、方便、低成本地同時消除溫度和容積密度對測量結果的影響，獲得較高的測量精度。

發明內容

本實用新型的目的在于提供一種結構簡單、操作方便、可以快速測量土壤容積密度的基于頻率反射法的管針式土壤含水率檢測裝置。

該裝置包括：管針式土壤含水率探頭1、50Ω同軸連接線2、高頻信號激勵電路3、電壓檢測電路4、溫度傳感器5、質量傳感器6、電源模塊7、微處理器8和顯示模塊9；

所述管針式土壤含水率探頭1包括測量探針10、測量管11和測量手柄12；測量探針10位于測量管11中心，測量探針10和測量管11固定在測量手柄12上；所述溫度傳感器5嵌入安裝于管針式土壤含水率探頭1測量管11外側；所述質量傳感器6安裝于管針式土壤含水率探頭1的測量手柄12下端，質量傳感器6的下端面為一個平面，可保證管針式土壤含水率探頭（1）及其上附屬部件以此平面為支撐倒立站穩；測量手柄12上對稱布置有手把19，與管針式土壤含水率探頭1、溫度傳感器５以及質量傳感器6相連的電纜20從一側手把19中心穿出。

所述50Ω同軸連接線2的中心導線的一端與管針式土壤含水率探頭1的測量探針10相連，其屏蔽金屬網線與管針式土壤含水率探頭1的測量管11相連；50Ω同軸連接線2中心導線的另一端連接高頻信號激勵電路3。

所述高頻信號激勵電路3包括高頻信號發生芯片16、差分處理電路17和放大電路18，用于產生管針式土壤含水率探頭1所適用的高頻信號。