[發(fā)明專利]一種電容式測(cè)量土壤體積含水量的方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510317708.4
• 申請(qǐng)日: 2015-06-10
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104977329A
• 公開(kāi)（公告）日: 2015-10-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 郇戰(zhàn);王振海;鄭劍鋒
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 常州大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N27/22
• 分類號(hào): G01N27/22
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于農(nóng)業(yè)測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，具體設(shè)計(jì)測(cè)量土壤體積含水量的方法。

背景技術(shù)

土壤的水分含量是精細(xì)農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉中測(cè)定的重要參數(shù)。通過(guò)對(duì)土壤水分含量的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，可以了解農(nóng)作物的生長(zhǎng)規(guī)律，為農(nóng)作物提供一個(gè)適宜的生長(zhǎng)環(huán)境具有重要意義。

目前在市場(chǎng)上，TDR、FDR、電容和張力傳感器比較常見(jiàn)。至今國(guó)內(nèi)外的研究人員就TDR(時(shí)域反射法)研究最多最廣，TDR法是目前普遍認(rèn)可的準(zhǔn)確測(cè)量土壤水分含量的方法，與烘干法一同作為標(biāo)定其他水分測(cè)量?jī)x器的標(biāo)準(zhǔn)。但由于TDR與FDR兩種傳感器在價(jià)格上比較昂貴，無(wú)法大面積的使用，勢(shì)必要尋找一種能準(zhǔn)確測(cè)量，并且能大面積使用的測(cè)量方法。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決傳統(tǒng)TDR和FDR傳感器價(jià)格昂貴、無(wú)法大面積使用的問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種新型的電容式測(cè)量土壤體積含水量的方法。具體技術(shù)方案為：

一種電容式測(cè)量土壤體積含水量的方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟1：建立電容器的高頻等效電路模型；

步驟2：將步驟1中所述的高頻等效電路模型串連連接一個(gè)電感L_f，組成LC電路，并推導(dǎo)出LC電路的諧振頻率與土壤體積含水量的關(guān)系式；

步驟3：將振蕩器的輸出端連接步驟2中所述的LC電路；

步驟4：利用示波器對(duì)步驟2中所述的LC電路進(jìn)行觀測(cè)，得到諧振頻率f₀的值；

步驟5：根據(jù)步驟4測(cè)得的f₀的值，根據(jù)步驟2中所述諧振頻率與土壤體積含水量的關(guān)系式計(jì)算出土壤體積含水量θ_v。

進(jìn)一步地，所述步驟1中所述的等效電路模型為：電容C_P、電阻R、和電容C_X相并聯(lián)后的一端連接電阻R_P的一端、電容C_P、電阻R、和電容C_X相并聯(lián)后的另一端連接電感L_P的一端，所述R_P的另一端和所述L_P的另一端作為所述等效電路模型的輸入端。

進(jìn)一步地，所述步驟2中的諧振頻率與土壤體積含水量的關(guān)系式滿足：

f0=(1LC-1R2C2)2π]]>

C＝C_P+k(θ_v-b)²

其中，f₀為諧振頻率，θ_v為土壤體積含水量，L_f為固定諧振電感值，L_P為電容器極板的寄生電感,C_P為電容器極板間的寄生電容，R為電容器極板間土壤的電阻，δ為電容器極板的幾何因子，L＝L_p+L_f，a，b是校正參數(shù)，所述δ和所述a、b均通過(guò)實(shí)驗(yàn)標(biāo)定具體值，所述L_P、所述C_P和所述R均通過(guò)儀器測(cè)量出具體值。

進(jìn)一步地，所述關(guān)系式中參數(shù)δ的標(biāo)定方法為：

步驟4-1：將土壤完全曬干，置于容器中，把電容器極板完全插入土壤，利用高精度電容表測(cè)得在完全干燥的環(huán)境下的電容值Cx；

步驟4-2：查詢干燥情況下土壤的介電常數(shù)ε；利用步驟4-1中測(cè)量的Cx的值，根據(jù)電容與土壤介電常數(shù)的線性關(guān)系式，得到電容器極板的幾何因子δ。

進(jìn)一步地，所述關(guān)系式中參數(shù)a、b的標(biāo)定方法為：

步驟5-1：將測(cè)試用的干土壤放在直徑和高已知的圓柱形PVC管,置于20℃的環(huán)境中，記錄此時(shí)干土壤和PVC管的總重量W₁，并計(jì)算干土壤體積V；用TDR傳感器測(cè)試干土壤的介電常數(shù)ε