[发明专利]土壤三参数测量方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及土壤环境信息测量技术领域，具体涉及一种土壤三参数测量方法及系统。 

背景技术

土壤含水量、电导率和温度是土壤的三个重要参数，他们能够反映出土壤的丰富信息。TDR(Time domain reflectometer，时域反射法)，FDR(Frequency domain reflectometer，频域反射法)和ADR(Amplitude-domain reflectometry，振幅反射法)是目前测量土壤介电常数的主要方法。TDR方法通过高精度的脉冲发生检测电路，检测高频电磁波在同轴电缆与探针连接处以及探针与土壤相接处的反射波时间差，从而计算出土壤的含水量；FDR方法则通过发射连续频率的电磁波，根据发生共振频率(振幅最大)的频点振幅，计算出土壤含水量；ADR以固定频率的高频晶体振荡器发射电磁波，通过同轴电缆传输到插入土壤中的平行金属探针，ADR的反射波和入射波将在同轴电缆上形成幅度变化稳定的电压信号，信号的电压值与平行探针之间土壤的含水量相关。 

基于上述原理的很多仪器已得到了广泛应用，TDR仪器测量快速，准确，但由于需要精密的脉冲时间检测电路，因此在造价上相对昂贵；FDR方法，虽然在价格上相对较低，但其测量结果容易受到土壤中盐分和土壤空隙的影响；还有一种驻波法，该方法有着较好的适用范围，并且价格较之TDR和FDR更具有优势，但目前采用这种方法只能测量一种土壤参数，故而尚难以反映出土壤中的更多信息，难以满足对土壤多参数同时测量的需求。 

ADR传感器不但价格低廉，而且可以准确测量土壤的含水量，且适用于含盐量较高的场所。由于测量结果为电压信号，所以ADR传感器可以方便的接入常用的数据采集设备中。

发明内容

本发明的目的是提供一种测量精度高，速度快，适用范围宽，生产成本低，抗土壤类型和盐分影响能力强，且能够同时进行土壤含水量、电导率和温度的测量的土壤三参数测量方法及系统，以弥补现有技术中存在的不足。 

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案： 

一种土壤三参数测量方法，该方法包括步骤： 

S1.将探针插入到待测土壤中，系统上电，开始测量； 

S2.向所述探针发射固定频率的高频信号； 

S3.获取所述探针在接收到所述高频信号后形成的反射信号与所述高频信号叠加而成的交变电压信号，并对所述交变电压信号进行处理，将其转换为直流电压信号； 

S4.根据所述直流电压信号与土壤含水量的对应关系，计算所述土壤含水量； 

S5.根据所述反射信号以及所述高频信号，计算土壤的电导率，同时获取土壤温度信息； 

S6.根据所述土壤温度信息，对所述土壤电导率进行校准，完成土壤三参数的测量。 

其中，所述步骤S3中对所述电压信号的处理以及转换是通过两级差分放大电路实现，所述两级差分放大电路包括：第I级差分放大电路，由运算放大器a组成，用于对输入信号进行差分处理；第II级信号放大电路，由运算放大器b组成，用于对所述第I级差分放大电路处理后的信号进一步放大，并将其转换为直流电压输出。 

其中，所述探针上安装有温度传感器，用于采集土壤温度信息。 

一种土壤三参数测量系统，该系统包括：信号发生单元，用于发射固定频率的高频信号；传输单元，与所述信号发生单元相连，用于信号的传输；探针，与所述传输单元相连，用于在接收到所述高频信号后形成反射信号，所述探针上安装有温度传感器；信号处理单元，与所述信号发生单元、传输单元相连，用于对所述高频信号以及所述反射信号叠加而的交变电压信号进行差分放大处理，将其转换为直流电压信号；控制单元，与所述温度传感器、信号处理单元相连接，根据内嵌的公式进行土壤含水量、电导率的计算，以及根据所述温度传感器采集到的土壤温度信息对求得的电导率进行校准。 

其中，该系统还包括：通信单元，与所述控制单元相连，负责对外的数据通信，将测量结果传输到任意的数据采集装置中；电源单元，与系统各部分相连为其提供电源。 

其中，所述探针进一步包括：底座；固定于底座中心位置的中心探针；外围探针，均匀分布于底座圆周外围，平行于所述中心探针，且与所述中心探针通过同样固定于所述底座上的绝缘层绝缘；温度测量孔，设置与所述底座上，用于安装温度传感器。