[发明专利]基于电磁波传输原理的土壤水分测量装置及其方法

权利要求书

1.一种基于电磁波传输原理的土壤水分测量装置，其特征在于：包括传感模块、信号预处理模块和数据采集处理模块，其中，传感模块由方波信号发生器和传输线连接构成，信号预处理模块包括限幅放大电路、直流偏置电路和整形电路；数据采集处理模块包括微处理器；方波信号发生器产生高频方波振荡信号，通过传输线将高频方波振荡信号传输给信号预处理模块，高频方波振荡信号经预处理模块进行整形预处理，由数据采集处理模块的微控制器采集方波振荡信号的频率，然后根据方波振荡信号的频率和土壤介质水分含量之间的关系进行计算，获得待测土壤介质的水分含量。

2.根据权利要求1所述的基于电磁波传输原理的土壤水分测量装置，其特征在于：信号预处理模块还包括D触发器，所述限幅放大电路、直流偏置电路、整形电路和D触发器依次连接。

3.根据权利要求1所述的基于电磁波传输原理的土壤水分测量装置，其特征在于，所述的传输线为扁平传输线，该传输线埋设在待测土壤介质中。

4.根据权利要求1所述的基于电磁波传输原理的土壤水分测量装置，其特征在于：所述方波信号发生器为传输线振荡器，采用开关门延时时间纳秒级的线接收器形成环形振荡，振荡信号频率为50~100MHz。

5.根据权利要求1所述的基于电磁波传输原理的土壤水分测量装置，其特征在于：所述数据采集处理还包括电源控制电路、键盘单元、LCD显示、通信接口电路，分别与微控制器相应接口相连接；微控制器主频频率为100MHz以上，微控制器内部集成定时器和捕获单元用于测量方波信号频率。

6.一种基于电磁波传输原理的土壤水分测量方法，其特征在于：方波信号发生器产生的方波振荡信号通过埋设在待测土壤中的传输线，产生延时，使得方波振荡信号的频率变低；方波振荡信号通过信号预处理模块进行整形；然后输入信号采集处理模块，信号采集处理模块采集方波振荡信号的频率，根据信号频率与介电常数之间的关系，以及土壤介电特性，最终计算获得待测土壤水分含量。

7.根据权利要求6所述的基于电磁波传输原理的土壤水分测量方法，其特征在于：所述的微控制器测量方波振荡信号的频率采用多周期测量法，将被测信号和标准信号分别输入到两个计数器， 其实际闸门时间是被测信号周期的整数倍。

8.根据权利要求6所述的基于电磁波传输原理的土壤水分测量方法，其特征在于：还包括预先确定频率与土壤体积水分含量θ之间的函数关系式：

θ=0.115ctl-0.176]]>，t=1fx-1f]]>

其中：c表示光速，l表示传输线长度，t表示传输线延时 

f表示干土样本介质测得频率，f_x表示待测土壤介质测得频率。