[發明專利]一種基于近紅外反射式土壤濕度測量裝置及其檢測方法

在審

• 申請號: 201910451635.6
• 申請日: 2019-05-28
• 公開（公告）號: CN110108659A
• 公開（公告）日: 2019-08-09
• 發明（設計）人: 秦華偉;尚均普;蔡真;韓冀皖;王耀微;吳迪
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: G01N21/3554
• 分類號: G01N21/3554;G01N21/3563;G01N21/359
• 代理公司: 杭州君度專利代理事務所(特殊普通合伙) 33240
• 代理人: 黃前澤

1.一種基于近紅外反射式土壤濕度測量裝置，包括裝置殼體；其特征在于：還包括檢測光源、參考光源和紅外傳感器；所述的殼體呈碗狀；紅外傳感器設置在殼體上，且朝向殼體內；c個檢測光源、d個參考光源均固定在殼體上；c個檢測光源、d個參考光源均朝向殼體的開口端。

2.根據權利要求1所述的一種基于近紅外反射式土壤濕度測量裝置，其特征在于：還包括控制電路；所述的控制電路包括光源控制電路、控制器和存儲器；c個檢測光源、d個參考光源的控制接口分別通過光源控制電路與控制器的光源控制接口連接；紅外傳感器的信號輸出接口與控制器的信號輸入接口連接；存儲器的通信接口與控制器的通信接口連接。

3.根據權利要求1所述的一種基于近紅外反射式土壤濕度測量裝置，其特征在于：所述的紅外傳感器、c個檢測光源、d個參考光源的中心軸線交于同一點，且該交點在殼體的基準面上；殼體的基準面即為殼體的開口端端面；c個檢測光源、d個參考光源且沿紅外傳感器檢測頭中心軸線的周向均布。

4.根據權利要求1所述的一種基于近紅外反射式土壤濕度測量裝置，其特征在于：所述殼體的側壁上設有一個錐度為1:1的圓臺面；c個檢測光源、d個參考光源均位于該圓臺面處。

5.根據權利要求1所述的一種基于近紅外反射式土壤濕度測量裝置，其特征在于：各檢測光源、參考光源的中心軸線與紅外傳感器中心軸線的夾角均為45°。

6.根據權利要求1所述的一種基于近紅外反射式土壤濕度測量裝置，其特征在于：c＝d；c個檢測光源、d個參考光源沿著紅外傳感器檢測頭中心軸線的周向依次交替排列。

7.根據權利要求1所述的一種基于近紅外反射式土壤濕度測量裝置，其特征在于：所述的檢測光源及參考光源均采用基于InGaAs型光電二極管；檢測光源的發光波長為1450nm；參考光源的發光波長為1300nm；紅外傳感器采用DLATGS探測器。

8.如權利要求1所述的一種基于近紅外反射式土壤濕度測量裝置的檢測方法，其特征在于：步驟一、將殼體倒扣在被測土壤上；

步驟二、參照光源、檢測光源分別在不同時間點照射土壤；紅外傳感器接收經土壤反射后的光，得到檢測光源照射時紅外傳感器接收到的反射光強X和參照光源照射時紅外傳感器接收到的反射光強X′；

步驟三、根據X、X′計算相對吸收深度

步驟四、將相對吸收深度X^*代入檢測數值模型Y＝aX^*+b中；得到被檢測土壤的濕度值Y；其中，a為第一模型參數，b為第二模型參數，其值通過標定得到。

9.根據權利要求8所述的一種基于近紅外反射式土壤濕度測量裝置的檢測方法，其特征在于：通過標定確定第一模型參數a和第二模型參數b的方法如下：

1)通過前述步驟一和二中的方法分別測試n份濕度值已知且不同的試驗土壤，n≥2，得到n個光強數對(X_i,X′_i)，i＝1,2,…,n；X_i為檢測光源照射第i份試驗土壤時所得的反射光強；X′_i為參照光源照射第i份試驗土壤時所得的反射光強；

2)分別計算n個光強數對的相對吸收深度

3)根據n份試驗土壤的相對吸收深度和濕度值Y_i；建立n條模型方程并根據n條模型方程求出a、b。

10.根據權利要求9所述的一種基于近紅外反射式土壤濕度測量裝置的檢測方法，其特征在于：求出a、b的方法如下：

①.用n條模型方程中任意二條組成待解方程組；通過排列組合，得到個待解方程組；

②.分別聯立個待解方程組內的方程，接出組a、b；

③.對第②步中求得的個a取平均值，得到最終的第一模型參數a；對第②步求得的個b取平均值，得到最終的第二模型參數b。