[发明专利]土壤冻融过程的测量方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及测量领域，特别涉及一种土壤冻融过程的测量方法及装置。

背景技术

土壤冻融是指由于土壤温度降到零度以下和升至零度以上而产生冻结和融化的一种物理地质作用和现象。土壤冻融是地质灾害的种类之一，它可产生一系列灾害作用，在我国高纬度，高海拔地区这种现象尤为突出。在农业领域，土壤冻融的危害主要表现在：

首先春耕时未完全融化的冻结土壤增加农业耕作时机械的能耗及磨损程度；其次冻结土壤具有减渗特性，导致土壤导水率减小，降雨或者灌溉时期产生地表径流，造成水土流失；而且冻结土壤达一定深度会影响地下管道与电缆的正常工作，给生产建设和人民生活造成危害。

现有技术的冻融土壤的测量方法是采用温度指示剂对土壤剖面冻结情况进行定性测量，该方法测量周期较长，而测量结果只是定性反映土壤剖面的冻结状况。目前，最常用的测量方法是采用TDR插入式定点测量，通过测量土壤剖面液态水含量的变化来反映土壤冻结情况，这种测量方法需要在不同深度埋入多个TDR水分传感器，存在的缺点包括(1)TDR水分传感器成本过高，(2)埋入过程耗时费力，又会对土壤结构产生破坏，影响测量结果的准确性。现有技术的测量方法都不能快速、有效地获取土壤剖面冻结状况，无法解决土壤冻融危害。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是提供一种土壤冻融过程的测量方法及装置，以解决现有技术对冻融土壤的测量方法测量周期过长、成本高、测量结果不够准确等缺陷。

(二)发明内容

为此，本发明提供的一种土壤冻融过程的测量装置，包括：

操作杆；

固定于所述操作杆底端的冰水介电传感模块，用于实时测量土壤剖面的冰水介电常数；

嵌于所述操作杆内部的深度传感模块，用于测量当前到达的深度数据；

埋在测量土壤中，用作所述深度传感模块的运行导轨的聚氯乙烯(Polyvinylchloride，简称PVC)塑料管；

数据传输线，用于将所述冰水介电常数和深度数据传输至数据采集模块；

所述数据采集模块，用于根据接收到的数据判断当前土壤冻融情况。

其中，所述冰水介电传感模块包括：

PVC塑料单元，嵌入所述PVC塑料单元中的电极，介电信号处理单元以及连接所述电极和介电信号处理单元的信号线，其中所述电极用于产生冰水介电信号，所述介电信号处理单元用于将所述介电信号转换为数字化的信号并输出。

所述介电信号处理单元包括：与所示电极相连接的高频振荡器，与所示高频振荡器相连接的模数分频模块，与所述模数分频模块相连接的二次分频模块，以及与所述二次分频模块相连接的单片机芯片。

还包括：顶盖，套设于所述操作杆的外部，用于保护所述PVC塑料模块。

所述深度传感模块为磁敏霍尔开关阵列，以相同间隔嵌于所述操作杆内部。

本发明还提供了一种土壤冻融过程的测量方法，包括以下步骤：

步骤101、将PVC塑料管埋入测量地点的土壤中；

步骤103、在数据采集模块上设定测量参数，所述测量参数包括深度、采样间隔以及测量速度；

步骤105、将操作杆置于PVC塑料管顶端，使得管式冰水介电传感模块进入PVC塑料管；

步骤107、保持操作杆稳速向下滑动，管式冰水介电传感器随着操作杆的滑动实时测量土壤剖面的冰水介电常数，并将测得的所述冰水介电常数发送至数据采集模块；所述操作杆内的深度传感器按步骤103设定的参数采集测量深度数据，达到设定的最大测量深度后停止测量，并将测得的深度数据传输至数据采集模块；

步骤109、数据采集模块将接收到的深度数据和冰水介电常数保存。

所述步骤105之后还包括：用顶盖将PVC塑料管的上端密封。

(三)有益效果

本发明的技术方案具有如下有益效果：通过采用基于介电测量原理的冰水介电传感模块可快速方便、准确高效地获取土壤冰水含量，为土壤冻融情况的分析带来准确的数据；所采用的深度传感模块可同步记录测量点的深度数据，可根据实际情况设定不同的采样间隔，采集数据方式灵活，准确，且本发明装置的成本较现有技术的成本大大降低。

附图说明

图1是本发明土壤冻融过程的测量装置结构示意图；

图2是图1中的冰水介电传感模块结构示意图；

图3是图2中的介电信号处理单元结构示意图；

图4是本发明土壤冻融过程的测量方法流程图；

图5是本发明某一时间段得到的土壤冰冻深度变化曲线示意图。