[發明專利]土壤容重實時測量方法及其測量裝置

有效

• 申請號: 201410245770.2
• 申請日: 2014-06-04
• 公開（公告）號: CN104034861A
• 公開（公告）日: 2014-09-10
• 發明（設計）人: 盛文溢;李淼;曾新華;李華龍;鄭守國;朱澤德;翁士狀
• 申請（專利權）人: 中國科學院合肥物質科學研究院
• 主分類號: G01N33/24
• 分類號: G01N33/24;G01N21/3563;G01N21/359;G01N27/02
• 代理公司: 合肥天明專利事務所 34115
• 代理人: 奚華保

1.一種土壤容重實時測量方法，其特征在于包括如下步驟：

步驟一，在線測量原狀土條件下的土壤；

步驟二，通過頻域反射法采集土壤體積含水率的電壓信號，并通過標定試驗方法確定土壤體積含水率的值；

步驟三，通過可見光-近紅外反射法采集土壤質量含水率的原始光譜數據，將原始光譜數據經過預處理后代入系統預設的回歸模型中，計算出土壤質量含水率；

步驟四，由土壤體積含水率和土壤質量含水率換算出土壤容重，該土壤容重計算公式為式中：ρ_b為土壤容重，單位為g/cm³；θ為土壤體積含水率，單位為cm³/cm³；ω為土壤質量含水率，單位為g/g。

2.根據權利要求1所述的測量方法，其特征在于，所述步驟二中頻域反射法具體為：以高頻信號作為激勵信號，根據電磁波傳輸理論中阻抗匹配的原理，測量阻抗匹配電路兩端的高頻電壓峰值，將該電壓峰值差分放大后轉化成標準電壓輸出。

3.根據權利要求1所述的測量方法，其特征在于，所述步驟三中可見光-近紅外反射法具體為：光源的光束傳輸至土壤質量含水率探頭，其中一部分光束被土壤吸收，另一部分光束反射回來被可見光-近紅外光譜儀采集并輸出原始光譜數據。

4.根據權利要求1所述的測量方法，其特征在于，所述步驟三中的土壤質量含水率回歸模型需要在實驗室條件下建立：一方面通過烘干法獲得土樣的真實質量含水量；另一方面通過可見光-近紅外反射法采集土壤質量含水率的原始光譜數據，并原始光譜數據經過預處理得到特征光譜數據，結合真實質量含水量和特征光譜數據，通過多元回歸分析方法建立土壤質量含水率回歸模型。

5.一種實現權利要求1所述土壤容重實時測量方法的測量裝置，其特征在于，包括:

中空的錐桿(1)；

設置于所述錐桿內部的同軸電纜(2)和光纖(3)；

設置于所述錐桿下端的土壤體積含水率探頭(4)和土壤質量含水率探頭(5)；

設置于所述錐桿上端的土壤體積含水率檢測模塊(6)和土壤質量含水率檢測模塊(7)；

所述土壤體積含水率探頭(4)通過同軸電纜(2)連接到土壤體積含水率檢測模塊(6)，所述土壤質量含水率探頭(5)通過光纖(3)連接到土壤質量含水率檢測模塊(7)；

設置于所述土壤質量含水率檢測模塊上方用于采集信號并計算土壤容重的平板電腦(8)。

6.根據權利要求5所述的測量裝置，其特征在于，所述土壤體積含水率探頭(4)，包括錐頭(41)、金屬環(42)和絕緣環(43)，其中錐頭連接在錐桿下端，絕緣環嵌套在錐桿上，金屬環嵌套在絕緣環上。

7.根據權利要求5所述的測量裝置，其特征在于，所述土壤體積含水率檢測模塊(6)包括依次連接的高頻信號源(61)、阻抗匹配電路(62)、檢波電路(63)和微處理器(65)，其中微處理器(65)通過差分放大電路(64)與檢波電路(63)連接，并通過通訊接口與平板電腦(8)的信號輸入端連接。

8.根據權利要求5所述的測量裝置，其特征在于，所述土壤質量含水率檢測模塊(7)，包括光源(71)和可見光-近紅外光譜儀(72)；所述光纖(3)包括光源光纖(31)和檢測光纖(32)，其中光源光纖(31)用于連接光源(71)和土壤質量含水率探頭(5)，檢測光纖(32)用于連接土壤質量含水率探頭(5)和可見光-近紅外光譜儀(72)。

9.根據權利要求5所述的測量裝置，其特征在于，該測量裝置還包括設置于所述土壤質量含水率檢測模塊(7)下方一側用于確定測量深度的超聲波距離傳感器(9)；設置于所述土壤質量含水率檢測模塊(7)下方另一側用于定位測量地點的GPS模塊(10)；以及設置于所述土壤質量含水率檢測模塊(7)兩側的手柄(11)。