[實(shí)用新型]可現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)土壤含水率的便攜式探地雷達(dá)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201520163295.4
• 申請(qǐng)日: 2015-03-20
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN204462414U
• 公開(kāi)（公告）日: 2015-07-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉中培;于福榮;馮武
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 華北水利水電大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G01V3/12
• 分類(lèi)號(hào): G01V3/12
• 代理公司: 四川君士達(dá)律師事務(wù)所 51216
• 代理人: 芶忠義

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型屬于探測(cè)設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種可現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)土壤含水率的便攜式探地雷達(dá)。

背景技術(shù)

目前，現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)土壤含水率的方法主要是電阻法、電容法等，都是根據(jù)土壤的電阻率/電容率隨含水率的變化而變化，通過(guò)構(gòu)建傳感器兩電極電阻/電容與土壤水的數(shù)學(xué)模型將傳感器采集到的信號(hào)轉(zhuǎn)換到含水率參數(shù)，并進(jìn)行最終含水率指標(biāo)顯示，并可通過(guò)組建區(qū)域無(wú)線網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)實(shí)時(shí)監(jiān)控。

但是，上述的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的前期是多傳感器需要提前埋入目標(biāo)區(qū)域，而且埋入后的傳感器深度即不可更改，即只能檢測(cè)相對(duì)固定深度的含水率；由于是埋入土壤中，不利于后期的土壤翻耕；此外，對(duì)于越大的目標(biāo)區(qū)域所需的傳感器越多，即同時(shí)增加了儀器成本與人工成本，降低了檢測(cè)效率。

實(shí)用新型內(nèi)容

本實(shí)用新型的目的是提供一種可現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)土壤含水率的便攜式探地雷達(dá)，實(shí)現(xiàn)高效探測(cè)不同深度的土壤含水率。

本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是，一種可現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)土壤含水率的便攜式探地雷達(dá)，包括發(fā)射/接收天線，發(fā)射/接收天線與環(huán)形器連接，發(fā)射機(jī)、接收機(jī)分別與環(huán)形器連接，頻率合成單元與發(fā)射機(jī)連接，信號(hào)處理單元與接收機(jī)連接，上位機(jī)與信號(hào)處理單元連接。

本實(shí)用新型的特征還在于，頻率合成單元由依次連接的第一FPGA控制模塊、DDS內(nèi)核和DAC轉(zhuǎn)換模塊組成。

發(fā)射機(jī)由相互連接的脈沖調(diào)制模塊、功率放大模塊組成。

接收機(jī)由相互連接的低噪放大模塊、混頻模塊組成。

信號(hào)處理單元由依次連接的AD轉(zhuǎn)換模塊、算法處理模塊、數(shù)據(jù)傳輸模塊組成，算法處理模塊包括相互連接的第二FPGA控制模塊、DSP芯片，第二FPGA控制模塊與AD轉(zhuǎn)換模塊連接，DSP芯片與數(shù)據(jù)傳輸模塊連接。

本實(shí)用新型的有益效果是本實(shí)用新型能夠完成對(duì)預(yù)設(shè)的碼型進(jìn)行雷達(dá)波發(fā)射、目標(biāo)回波的高速采樣、后續(xù)雷達(dá)算法處理以及上位機(jī)數(shù)據(jù)處理、顯示等。對(duì)檢測(cè)判定后所有超過(guò)門(mén)限的目標(biāo)信號(hào)可上傳到上位機(jī)。并結(jié)合試驗(yàn)總結(jié)的數(shù)學(xué)模型，由上位機(jī)進(jìn)行不同土壤深度的含水率數(shù)據(jù)處理及顯示。此外，由于采用無(wú)線局域網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，可以在后期進(jìn)行組網(wǎng)能力擴(kuò)展，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)的同步測(cè)試。

附圖說(shuō)明

圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。

圖2是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)框圖。

圖3是頻率合成單元結(jié)構(gòu)圖。

圖4是發(fā)射機(jī)的結(jié)構(gòu)圖。

圖5是接收機(jī)的結(jié)構(gòu)圖。

圖6是信號(hào)處理單元的結(jié)構(gòu)圖。

圖中，1.土壤，2.發(fā)射/接收天線，3.環(huán)形器，4.接收機(jī)，5.發(fā)射機(jī)，6.信號(hào)處理單元，7.頻率合成單元，8.上位機(jī)，9.功率放大模塊，10.脈沖調(diào)制模塊，11.DAC轉(zhuǎn)換模塊，12.DDS內(nèi)核，13.第一FPGA控制模塊，14.低噪放大模塊，15.混頻模塊，16.AD轉(zhuǎn)換模塊，17.算法處理模塊，18.數(shù)據(jù)傳輸模塊，20.第二FPGA控制模塊，21.DSP芯片。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。

本實(shí)用新型提供一種可現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)土壤含水率的便攜式探地雷達(dá)。由于土壤中的水會(huì)改變土壤的電導(dǎo)率和介電常數(shù)，即土壤的含水率會(huì)對(duì)雷達(dá)波的傳播速度和能量損耗都會(huì)產(chǎn)生很大影響，因此，可以應(yīng)用GPR(Ground?Penetrating?Radar)技術(shù)探測(cè)土壤1中含水率的變化情況。結(jié)構(gòu)如圖1、圖2所示，包括發(fā)射/接收天線2，發(fā)射/接收天線2與環(huán)形器3連接，發(fā)射機(jī)5、接收機(jī)4分別與環(huán)形器3連接，頻率合成單元7與發(fā)射機(jī)5連接，信號(hào)處理單元6與接收機(jī)4連接，上位機(jī)8與信號(hào)處理單元6連接。

其中頻率合成單元7是通過(guò)FPGA產(chǎn)生所需的發(fā)射碼型和后期處理所需的本振信號(hào)。頻率合成單元7產(chǎn)生整個(gè)系統(tǒng)所需的時(shí)序/同步信號(hào)。

發(fā)射機(jī)5是將發(fā)射的碼型經(jīng)過(guò)濾波、功放后供給發(fā)射天線。發(fā)射機(jī)5完成所需碼型的波形發(fā)射。

接收機(jī)4是將回波信號(hào)經(jīng)過(guò)低噪放、混頻后供給信號(hào)處理單元5。接收機(jī)4完成雷達(dá)回波信號(hào)的初步解調(diào)處理。

環(huán)形器3用于切換發(fā)射天線與接收天線。

信號(hào)處理單元6是將信號(hào)進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換、后期算法處理后通過(guò)無(wú)線局域網(wǎng)上傳到上位機(jī)8。信號(hào)處理單元6完成AD信號(hào)采集、雷達(dá)算法處理。

上位機(jī)8是將上傳后的數(shù)據(jù)進(jìn)行屏幕顯示，并可對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行參數(shù)配置等。完成目標(biāo)數(shù)據(jù)處理、顯示和系統(tǒng)控制。

此外，由于只是監(jiān)控土壤含水率，只需要最大探測(cè)距離達(dá)到土壤作物根系深度即可。

還包括必須的電源系統(tǒng)、調(diào)試接口等。