[發明專利]深層土壤水分測定裝置的設計方法、裝置及控制方法

有效

• 申請號: 201410326542.8
• 申請日: 2014-07-10
• 公開（公告）號: CN104076132A
• 公開（公告）日: 2014-10-01
• 發明（設計）人: 戴偉;麻澤宇;鞏晟宣
• 申請（專利權）人: 北京林業大學
• 主分類號: G01N33/24
• 分類號: G01N33/24;G05B19/042
• 代理公司: 北京尚德技研知識產權代理事務所(普通合伙) 11378
• 代理人: 嚴勇剛

技術領域

本發明涉及土壤水分含量的測定技術領域，特別是關于野外深層土壤的水分測定裝置的設計方法、裝置及控制方法。

背景技術

土壤水分是土壤重要的肥力因子之一，其含量狀況對農林植物的生長有直接影響。在農林生產中，土壤水分含量信息的長期監測和及時獲取，是實現精準灌溉的重要基礎數據。

目前土壤野外水分含量的測定裝置多以介電方法為原理，利用針式結構的土壤水分傳感器測定土壤水分含量，該類傳感器具有幾何結構簡單，制作方便等特點，但也存在著一些應用方面上的問題，主要表現為深層土壤水分含量的測定限制。由于探針強度和土壤石礫的雙重影響，導致探針的長度不能太長，無法使其從土壤表層深入到下層，從而限制了對深層土壤和多石礫土壤水分含量的測定。雖然可以通過挖掘土壤剖面將探針埋入測定的深度，但由于剖面的挖掘和回填過程會嚴重破壞土壤的自然狀態，影響土壤中水分的運移特點，因此，測定獲得的土壤水分含量數據很難準確反映出土壤水分的真實特征，嚴重降低數據的代表性；同時，剖面挖掘和回填過程還有費工耗時的缺陷。伴隨著裝置開發的局限性，給深層土壤水分的測量也帶來了困難，沒有更好的方法實現深層土壤尤其是野外堅硬、石礫土壤的水分的準確測定，使得深層土壤的研究成為空白。

發明內容

本發明的目的就在于針對現有技術中的不足，提供一種深層土壤水分測定裝置的設計方法、裝置及控制方法。該設計方法在不破壞土壤自然狀態的情況下，使得深層土壤測量變為可能，還通過自動控制方法使結構更簡單，測試數據更準確，解決了深層土壤水分測定的難題。

本發明采取的技術方案是：

一種深層土壤水分測定裝置的設計方法，通過如下方面使得該裝置構成：

1)利用土鉆，在土鉆鉆管的下端部與鉆頭之間，固定銜接一段內、外徑與鉆管等直徑的環形附加管；

2)利用針式水分傳感器測量，在環形附加管中開設一細長的傳送槽，槽內設置水分傳感器，在傳送槽所正對的環形附加管的外壁上，開設有一探針孔；針式探頭由一水分傳感器驅動機構控制在傳送槽中移動；

3)在所述環形附加管中，還開設一曲面槽，位于傳送槽和探針孔之間，槽中設置一由隔離板驅動機構控制的上下移動的曲面隔離板；

4)在所述環形附加管中，還埋入一單片機，一地下無線通訊模塊；在地上設置一地上無線通訊模塊和終端機；所述水分傳感器和它的驅動機構，以及隔離板驅動機構均與單片機電連接，單片機與地下無線通訊模塊電連接；地上無線通訊模塊和地下無線通訊模塊之間通過無線信號傳輸，包括接收器和發射器。

該方法還包括在針式水分傳感器的探頭尾部接觸式設置一壓力傳感器，所述壓力傳感器與單片機電連接，所述單片機中預置有壓力極限值。

所述針式探頭，為單針式，或兩針平行式。

所述水分傳感器驅動機構是步進電機帶動下的傳送帶機構，包括一步進電機和兩根傳動軸和一傳送帶，針式探頭固定在傳送帶上，隨著傳送帶的運動而移動。

所述隔離板驅動機構為步進電機帶動下的齒輪齒條傳動機構，齒條固定在曲面隔離板上，齒輪由步進電機帶動，齒輪與齒條嚙合帶動曲面隔離板沿曲面槽上下移動。

一種深層土壤水分測定裝置：包括一銜接于土鉆鉆管下端與鉆頭之間的環形附加管；在環形附加管中，開設有一細長的傳送槽，傳送槽所正對的環形附加管的外壁上，開設有一探針孔；針式水分傳感器由傳感器驅動機構控制而滑動設置在傳送槽中；在探頭尾部接觸式設置一壓力傳感器；在環形附加管中，還開設一曲面槽，位于傳送槽和探針孔之間，槽中設置一由隔離板驅動機構控制而上下滑動的曲面隔離板；在環形附加管中，還埋入一單片機，一地下無線通訊模塊；在地上設置一地上無線通訊模塊和終端機；所述水分傳感器和它的驅動機構、壓力傳感器，以及隔離板驅動機構，均與單片機電連接，單片機與地下無線通訊模塊電連接；地上無線通訊模塊和地下無線通訊模塊之間通過無線信號傳輸，各包括接收器和發射器。

一種上述裝置的控制方法，包括如下步驟：

1)當土鉆鉆入土體內指定深度后，通過終端機發出指令，經地上無線通訊模塊和地下無線通訊模塊遠程發出無線信號，遙控單片機控制隔離板驅動機構將曲面隔離板推下打開探針孔；

2)然后單片機命令水分傳感器驅動機構啟動，針式探頭向前移動，伸出探針孔，針式探頭將測試的水分數據反饋給單片機，再經無線通訊模塊傳至終端機；

3)當測量完成后，水分傳感器驅動機構將探頭縮回，然后由終端機通過無線通訊模塊發命令給單片機，控制隔離板驅動機構將曲面隔離板推上，擋住探針孔。