[實用新型]一種新型測量土壤體積含水量和營養(yǎng)液濃度的裝置

有效

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• 申請日: 2017-06-11
• 公開（公告）號: CN206832735U
• 公開（公告）日: 2018-01-02
• 發(fā)明（設計）人: 楊浩;楊涵;戴志偉
• 申請（專利權）人: 北京乙辛科技有限公司
• 主分類號: G01N27/22
• 分類號: G01N27/22;G01N27/04
• 代理公司: 北京中知法苑知識產(chǎn)權代理事務所(普通合伙)11226
• 代理人: 常玉明

技術領域

本實用新型涉及測量裝置，尤其是涉及一種新型測量土壤體積含水量和營養(yǎng)液濃度的裝置。

背景技術

水是植物生長發(fā)育不可缺少的生態(tài)因子之一，不僅是光合作用與有機物水解過程的作用物，也是礦質元素在植物體內運行的主要溶劑和載體。另外，土壤水分是監(jiān)測土地退化的一個重要指標，是氣候、水文、生態(tài)、農(nóng)業(yè)等領域的主要參數(shù)，在地表與大氣界面的水分和能量交換中起重要作用。常用的表征土壤含水量的指標有質量含水量(Weight Water Content,WWC) 和體積含水量(Volume Water Content,VWC),WWC指的是單位質量的土壤中水分的含量比， VWC指的是單位體積內的土壤中水分的含量比。土壤中水分含量的高低與植物的生長密切相關，過高或過低都不利于植物的生長，并且不同的植物對土壤中的水分含量的要求也不一樣。土壤中的營養(yǎng)液濃度對農(nóng)作物的發(fā)展也至關重要，農(nóng)作物生長所必需的的各種礦物質和微量元素都需要從土壤中獲取，而土壤中的營養(yǎng)液是這些物質的重要來源。

現(xiàn)有技術中采用如下裝置進行測量：

時域反射裝置(Time domain reflectometry,TDR)也是一種通過測量土壤介電常數(shù)來獲得土含水率的一種裝置。TDR的原理是電磁波沿非磁性介質中的傳輸導線的傳輸速度V＝c/ε，而對于已知長度為L的傳輸線，又有V＝L/t，于是可得ε＝(ct/L)2，其中c為光在真空中的傳播速度，ε為非磁性介質的介電常數(shù)，t為電磁波在導線中的傳輸時間。而電磁波在傳輸?shù)綄Ь€終點時，又有一部分電磁波沿導線反射回來，這樣入射與反射形成了一個時間差T。因此通過測量電磁波在埋入土壤中的導線的入射反射時間差T就可以求出土壤的介電常數(shù)，進而求出土壤的含水率。然而，該裝置具有如下缺陷：該裝置結構復雜、設備成本高。

烘干裝置：烘干裝置是測定土壤水分最普遍的裝置。具體為：從野外獲取一定量的土壤，然后放到105℃的烘箱中，等待烘干。其中烘干的標準為前后兩次稱重恒定不變，烘干后失去的水分即為土壤的水分含量。計算公式為土壤含水量＝W/M*100％，M為烘干前的土壤重量， W為土壤水分的重量，即M與烘干后土壤重量M’的差值。

然而，該裝置具有如下缺陷：需要專門在野外取土再帶回室內測量，不便于野外實地作業(yè)，且測量耗時比較長，時效性比較差；需要烘箱、稱重儀等大型設備，操作不便捷。

實用新型內容

本實用新型涉及農(nóng)業(yè)傳感器領域，旨在提出一種能夠在方便準確測量土壤含水量和營養(yǎng)液濃度檢測的電路結構，該電路結構在原理上屬于間接測量，通過該電路結構測量土壤的介電常數(shù)和電導率來實現(xiàn)對土壤含水量和營養(yǎng)液濃度的檢測，具有測量時不需要擾動土壤、所需配套設備少和操作手法簡單的特點，該檢測電路實現(xiàn)了對土壤介電常數(shù)和電導率的檢測功能，提出的電路結構巧妙，所需電子元器件少，功耗低，特別適用于便攜式土壤檢測裝置或者用于實現(xiàn)土壤的長期定點檢測功能。

技術方案如下：一種新型測量土壤體積含水量和營養(yǎng)液濃度的裝置，包括傳感器PCB板，其特征為：所述傳感器PCB板包括四部分，第一部分為與外界連接的接口模塊；第二部分為控制模塊，用于對采集的土壤體積含水量和營養(yǎng)液濃度的數(shù)據(jù)進行處理；第三部分由刻蝕在傳感器PCB板上的兩塊相隔一定距離、平行的矩形金屬極板組成；第四部分由兩個金屬過孔焊盤組成，該部分將通過導電的黃銅螺絲固定到探頭載體上，與待測土壤直接接觸；上述四部分依次電連接。

優(yōu)選為：所述接口模塊中包括電源和地接口、以及反應土壤體積含水量的接口和反應土壤電導值的接口；上述接口通過導線與控制模塊電連接。

優(yōu)選為：所述控制模塊包括有源晶振、異或門以及電阻、第十三電容；所述電阻包括第八電阻和第十二電阻；該有源晶振在供電后能夠輸出一定頻率的方波信號，該方波信號的一路直接輸入到異或門的a輸入端，另一路信號經(jīng)過第八電阻以及所述第三部分中的兩塊矩形金屬極板分壓后輸入到異或門的另一輸入端b；所述異或門輸出端連接第十二電阻，并經(jīng)過第十三電容接地。

優(yōu)選為：兩塊所述矩形金屬極板間隔距離中間設置等間距的定位螺絲孔，用于將所述傳感器PCB板固定到探頭載體上。

優(yōu)選為：所述有源晶振采用KDS公司的70MHz貼片晶振。

優(yōu)選為：兩塊所述矩形金屬極板是刻蝕在PCB電路板上的長46.5mm，寬4.7mm，間距 12.7mm的銅導電層。

優(yōu)選為：所述電阻采用0402貼片電阻。

優(yōu)選為：該裝置供電電壓為5V。