[发明专利]一种土壤含水率与电导率检测方法及检测装置

说明书

技术领域

本发明涉及土壤含水率与电导率检测技术领域，具体涉及一种基于双频率交替激励的土壤含水率与电导率检测方法及检测装置。

背景技术

土壤含水率的检测方法已有很多，如采集土样称重的烘干称重法，既能得出土壤的质量含水率，又能得到土壤的体积含水率。依据水对中子能量具有较强衰减特性的中子衰减法。依据土壤含水率不同其电阻也不同的电阻法。依据水的介电常数(常温下一般为80左右)与土壤骨架介电常数(常温下一般为3～5之间)以及空气介电常数(近似等于1)具有较大差异性的土壤介电特性法，即土壤含水率的差异反映于土壤介电常数的不同，由此又发展出频域分解法、时域反射法、驻波率法、电容法等等方法以测量土壤介电常数，由测量的土壤介电常数推算出土壤含水率。这些方法各有其优缺点，适于用不同的应用场合。总之，事物总是矛盾对立的，简单的不可靠，可靠的不简单。

土壤电导率能不同程度地反映土壤中的盐分、水分、有机质含量、速效养分、土壤质地结构和孔隙率等参数的大小，是研究土壤不可或缺的重要参数。土壤电导率的检测方法分为非接触式和接触式两种。非接触式方法以加拿大Geonics limited公司生产的电磁感应大地电导率仪(EM38系列)为代表，不需要接触土壤就可进行测量，具有测量快速、高效、成本低的优点。但是受制于电磁感应的测量原理，仪器放置的相对位置、环境电磁场、甚至人体所附带的金属配件等都会对检测造成较大的误差。土壤电导率的接触式检测基于标准的电流-电压四端法原理，它克服了非接触式电磁感应测量的缺点，但是需要将检测电极插入土壤中与土壤良好地接触。研究表明，土壤电导率的大小不但与土壤盐分有关，而且与土壤含水率有关。因此，在检测土壤电导率的同时检测出土壤含水率是十分必要的。

发明内容

本发明是针对现有技术的不足，提供一种基于双频率交替激励的土壤含水率与电导率检测方法及检测装置，以实现车载大面积快速检测土壤含水率与电导率。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种土壤含水率与电导率检测方法，该检测方法包括以下步骤：

(1)将两个土壤含水率检测电极插入到被测土壤中。

(2)在上述两个土壤含水率检测电极之间插入两个土壤电导率检测电极，且使两个土壤含水率检测电极与两个土壤电导率检测电极位于同一直线上。

(3)对被测土壤交替循环施加两个不同频率的正弦激励信号。

(4)分别获取被测土壤在两个不同频率的正弦激励信号下的输出电压值，由分别获取的被测土壤在两个不同频率的正弦激励信号下的输出电压值，结合输入电压值以及电路参数计算被测土壤的电阻值与电容值，并根据被测土壤的电阻值与电容值，求得土壤含水率。

(5)获取两个土壤电导率检测电极之间在任一频率的正弦激励信号下的电压值与电流值，并结合土壤含水率检测电极与土壤电导率检测电极之间的距离参数，求得土壤电导率。

本发明还涉及一种采用上述检测方法的土壤含水率与电导率检测方法的检测装置。该检测装置包括上位机、单片机、双频率正弦激励信号发生电路、土壤含水率检测控制电路、土壤含水率检测控制电路执行机构、土壤含水率检测电极、土壤含水率检测电路、土壤电导率检测电极、土壤电导率检测电路和A/D转换电路。

具体地说，所述的上位机与单片机交互连接。

所述的单片机，其输入输出端与含水率检测控制电路交互连接，其输出端与双频率正弦激励信号发生电路的输入端相连，其输入端与A/D转换电路的输出端相连。

所述的双频率正弦激励信号发生电路，其输出端通过土壤含水率检测控制电路执行机构与土壤含水率检测电极的输入端相连；所述的土壤含水率检测控制电路执行机构的输入端与土壤含水率检测控制电路的输出端相连。

所述的土壤含水率检测电极，其输出端与含水率检测电路的输入端相连；所述的土壤含水率检测电路，其输出端与A/D转换电路的输入端相连。

所述的土壤电导率检测电极与土壤电导率检测电路的输入端相连；所述的土壤电导率检测电路，其输出端与A/D转换电路的输入端相连。

进一步的，所述的土壤含水率检测电极、土壤电导率检测电极均为成对设置，且两个成对设置的土壤电导率检测电极位于两个成对设置的土壤含水率检测电极之间。

更进一步的，所述的双频率正弦激励信号发生电路包括相互独立的第一正弦激励信号源和第二正弦激励信号源，且第一正弦激励信号源和第二正弦激励信号源的频率不同。

本发明的有益效果为：