[發明專利]一種FDR頻域反射式土壤水分傳感器原狀土壤標定的方法

有效

• 申請號: 201710732669.3
• 申請日: 2017-08-22
• 公開（公告）號: CN109425551B
• 公開（公告）日: 2021-06-04
• 發明（設計）人: 王黎明;周旭輝;王建波;丁岳強;陳珊
• 申請（專利權）人: 湖南省氣象技術裝備中心
• 主分類號: G01N5/04
• 分類號: G01N5/04
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種FDR頻域反射式土壤水分傳感器原狀土壤標定的方法，其特征在于：它的方法如下：

步驟一：原狀土壤反射頻率測量樣本制作：

設計貫入式取土器，取得大體積原狀土壤樣本；用隔板定位法將測量套管精確的安裝在土壤樣本中央；

步驟二：大體積原狀土壤濕度-頻率測量：

原狀土壤樣本表面覆蓋濾紙，進行模擬降水加濕，使其達到飽和狀態，在自然蒸發狀態下，通過測定原狀土壤樣本質量來確定全程濕度的體積含水量和對應的電磁頻率；用非線性擬合得到土壤的頻率-體積含水量關系；用高精度的100cm³標準環刀取得小原狀土樣本進行進一步的訂正；得到測站實地土壤濕度頻率測量模型；

步驟三：大體積原狀土壤樣本含水量精確測定：

大體積原狀樣本保持了土壤的孔隙數量和大小、質地、密度、酸堿度物理化學特性；多個100cm³標準環刀原狀土壤來精確測定大體積原狀土壤樣本的含水量及濕度、容重的不均勻度；

所述步驟一中大體積原狀土壤樣本是直徑為29cm，高度不少于10cm，最大為13cm；

一種FDR頻域反射式土壤水分傳感器原狀土壤標定的方法，具體的方法為：按照農業氣象觀測規范田間持水量的測定方法，使土壤達到高濕狀態；在對應土壤水分傳感器深度挖開土壤剖面，將特殊設計的內直徑29厘米、高度10-13厘米的取樣設備貫入土壤中；鋼筒完全貫入土壤中后，用四個標準體積100cm³的環刀在鋼筒周圍按照測定土壤容重的方法取4個小樣本，用電子天平測量其質量；將大型原狀土壤樣本取出，用電子天平測量其質量；

在大體積原狀土壤樣本上覆蓋濾紙，模擬自然降水，對其進行進一步加濕，使其達到飽和狀態；

用傳感器測量反射頻率，樣本置于常規實驗室環境下，由于土壤樣本水分蒸發，導致土壤樣本濕度不斷下降，每隔一段時間進行一次質量和頻率測量；

用烘干稱重法測定四個小樣本的重量含水量，取其平均值為w₀，根據大型原狀土壤樣本對環刀小樣本土壤的質量比值，來推算大樣本土壤中干土質量，從而得到大樣本每次質量測定時的體積含水量值，具體計算如下：

安裝套管后，大樣本土壤體積為：

V_o＝π(R²-r²)H

大樣本中初始土壤質量為：

M₁＝M-M_套管-M_容器

其中：M為容器、土壤、套管總質量，既通過電子天平直接測得的質量，M_套管為測量套管質量，M_容器為容器質量，兩者均事先已測定；

大型原狀土壤樣本中含有的干土質量M_soil，計算：

由于大樣本中水分蒸發，引起樣本質量減少，假設第n次測量大樣本的質量為M_n(n＝1，2，3··)，則大樣本第n次測定時的體積含水量Q_n為：

每次對比觀測以質量測定體積含水量Q_n為人工觀測值，傳感器測定歸一化頻率值為SF_n，用能夠體現土壤高濕、中濕、低濕的多組Q_n、SF_n值來對傳感器進行標定；

在大量實驗的基礎上，可以得到對均勻性較好的土壤代表性的標定方程，一般其形式為：

Θ_v＝aSF^b+c

其中a、b、c為確定常數，SF為歸一化頻率，Θ_v為體積含水量；

在精度要求不是很高的情況下，用線性方程對多組Q_n、Θ_v，以Q_n為標準，對傳感器進行訂正，線性方程一般適合于輕質土壤；或用對數方程對多組Q_n、Θ_v，以Q_n為標準，對傳感器進行訂正，對數方程一般適合于容重較大的粘性土壤。