[发明专利]一种土壤多参数传感测量系统

说明书

技术领域

本发明涉及土壤物理多参数采集传感器的设计和应用技术领域，具体涉及一种通过土热参数测量技术和频域反射技术进行土壤温度、体积含水量、热容量、导热率、蒸发量、土壤水饱和度、土壤孔隙率等物理参数同时同地采集的传感器。

背景技术

土壤是地球岩石圈表面的疏松表层，是陆生植物生活的基质。它提供了植物生活必需的营养和水分，是影响植物的一个重要生态因子，是生态系统中物质与能量交换的重要场所。作为地球生态系统的重要母体，对土壤物理参数的测量和研究是人们生活和生产顺利进行的重要保障，它对农业生产、水文水利、气象、自然地理、水土保持和环境保护等都有着重要的应用价值。

长期以来，为了测量土壤的不同物理参数，人们使用了很多设备和技术。这些技术只能对一种或两种土壤物理参数进行测量，如果对同一点土壤进行多种物理参数信息分析时就遇到了困难，因为任何一个物理参数的先行测量都会扰动该点土壤而造成后行数据测量条件的干扰。若在该点附近测量又无法进行严格的数据比较，因此给土壤物理参数测量带来困难。同时，一些测量技术采用土壤采样后的实验室方法进行，土壤采样不但会扰动土壤，而且无法实现测量数据的现场化和自动化，因此寻找一种对同一被测点的土壤含水量、热容量、导热率、蒸发量、土壤水饱和度等重要物理参数进行同时测量的设备，对土壤物理研究意义重大。

发明内容

为了同时进行几个重要土壤物理参数的同点测量，实现土壤物理参数的采集自动化，本发明利用土热测量原理和土壤介电频域反射测量技术，实现了土壤物理重要参数中土壤温度、体积含水量、土壤介电常数、热容量、导热率、蒸发量、土壤水饱和度、土壤孔隙率的“同时同地”、多参数、现场化、自动化测量。

本发明实施例是这样实现的，一种土壤多参数传感测量系统，所述传感器测量系统包括：

数据采集处理单元，对传感器信号进行采集和存储，同时通过计算模型进行土壤多参数的测算、存储和数据显示；其无线传输电路可完成传感器的遥测和遥信；

传感器，包括探头电路和由PCB板固定的中间不锈钢管和周边不锈钢管；不锈钢管部分组成近似同轴线系统，并与土壤共同形成被测体；探头电路负责电磁信号的产生和反射信号处理，进行土壤温度和复阻抗的测量，其接口电路可与数据采集处理单元构成通信；

电源电路，包含热源恒流源和系统稳压源，其中热源恒流源为电热丝提供恒流电源，系统稳压源为整个系统提供电源。

进一步，在周边不锈钢管内嵌有热电偶，中间不锈钢管中嵌有热电偶和电热丝；用环氧树脂将中间不锈钢管与PCB板进行绝缘，并起到固定中间不锈钢管的作用；电热丝填充中间不锈钢管整个长度，热电偶末端设置在中间不锈钢管和周边不锈钢管的中间位置。

进一步，传感器探针布置方式为：中间不锈钢管的半径为0.73mm，周边不锈钢管的半径为0.6mm，布置在半径为6mm的圆上。

进一步，通过探头电路产生扫频频率，探头电路测量出传感器与土壤所形成的测体的弥散频率，由弥散频率计算土壤含水量。

进一步，通过电热丝和热电偶组成土热参数测量部分。

进一步，通过土壤含水量、热特性数据测量，多参数传感器测量系统可根据土壤水热理论自行进行土壤导热率、蒸发量、水饱和度、孔隙率等参数计算和计量。

进一步，数据采集处理单元有计算机接口和基于无线的数据传输功能，数据采集处理单元将处理和采集的数据送入计算机，计算机还可进行进一步分析和运算；数据采集处理单元含有flash存储器，能存储至少1周的数据值，系统可以根据需要进行存储容量的扩展。

本发明提供的土壤物理多参数传感器测量系统，能同时进行土壤多个物理参数的数据采集，有效解决了土壤物理中无法同点测量的难题。同时由于采用弥散频率法进行土壤含水量测量，能有效的减少因土壤温度、含盐量等因素造成的土壤含水量测量干扰，拓宽了传感器的使用范围，提高了土壤含水量的测量精度。传感器头使用特殊设计的PCB板，很好解决了探头电路与探针的连接匹配，减少了微波反射，提高了测量精度，同时还利于传感器的维修和探针更换。本发明适用于土壤物理参数测量、农田灌溉节水管理、植物生长监测等各个领域。

附图说明

图1是本发明实施例提供的传感器测量系统示意图；

图2是本发明实施例提供的传感器探针(钢管)布置图。