[实用新型]可现场检测土壤含水率的便携式探地雷达

说明书

技术领域

本实用新型属于探测设备技术领域，涉及一种可现场检测土壤含水率的便携式探地雷达。

背景技术

目前，现场检测土壤含水率的方法主要是电阻法、电容法等，都是根据土壤的电阻率/电容率随含水率的变化而变化，通过构建传感器两电极电阻/电容与土壤水的数学模型将传感器采集到的信号转换到含水率参数，并进行最终含水率指标显示，并可通过组建区域无线网络实现多点实时监控。

但是，上述的现场检测的前期是多传感器需要提前埋入目标区域，而且埋入后的传感器深度即不可更改，即只能检测相对固定深度的含水率；由于是埋入土壤中，不利于后期的土壤翻耕；此外，对于越大的目标区域所需的传感器越多，即同时增加了仪器成本与人工成本，降低了检测效率。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种可现场检测土壤含水率的便携式探地雷达，实现高效探测不同深度的土壤含水率。

本实用新型所采用的技术方案是，一种可现场检测土壤含水率的便携式探地雷达，包括发射/接收天线，发射/接收天线与环形器连接，发射机、接收机分别与环形器连接，频率合成单元与发射机连接，信号处理单元与接收机连接，上位机与信号处理单元连接。

本实用新型的特征还在于，频率合成单元由依次连接的第一FPGA控制模块、DDS内核和DAC转换模块组成。

发射机由相互连接的脉冲调制模块、功率放大模块组成。

接收机由相互连接的低噪放大模块、混频模块组成。

信号处理单元由依次连接的AD转换模块、算法处理模块、数据传输模块组成，算法处理模块包括相互连接的第二FPGA控制模块、DSP芯片，第二FPGA控制模块与AD转换模块连接，DSP芯片与数据传输模块连接。

本实用新型的有益效果是本实用新型能够完成对预设的码型进行雷达波发射、目标回波的高速采样、后续雷达算法处理以及上位机数据处理、显示等。对检测判定后所有超过门限的目标信号可上传到上位机。并结合试验总结的数学模型，由上位机进行不同土壤深度的含水率数据处理及显示。此外，由于采用无线局域网进行数据传输，可以在后期进行组网能力扩展，实现多点的同步测试。

附图说明

图1是本实用新型的结构简图。

图2是本实用新型的结构框图。

图3是频率合成单元结构图。

图4是发射机的结构图。

图5是接收机的结构图。

图6是信号处理单元的结构图。

图中，1.土壤，2.发射/接收天线，3.环形器，4.接收机，5.发射机，6.信号处理单元，7.频率合成单元，8.上位机，9.功率放大模块，10.脉冲调制模块，11.DAC转换模块，12.DDS内核，13.第一FPGA控制模块，14.低噪放大模块，15.混频模块，16.AD转换模块，17.算法处理模块，18.数据传输模块，20.第二FPGA控制模块，21.DSP芯片。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明。

本实用新型提供一种可现场检测土壤含水率的便携式探地雷达。由于土壤中的水会改变土壤的电导率和介电常数，即土壤的含水率会对雷达波的传播速度和能量损耗都会产生很大影响，因此，可以应用GPR(Ground Penetrating Radar)技术探测土壤1中含水率的变化情况。结构如图1、图2所示，包括发射/接收天线2，发射/接收天线2与环形器3连接，发射机5、接收机4分别与环形器3连接，频率合成单元7与发射机5连接，信号处理单元6与接收机4连接，上位机8与信号处理单元6连接。

其中频率合成单元7是通过FPGA产生所需的发射码型和后期处理所需的本振信号。频率合成单元7产生整个系统所需的时序/同步信号。

发射机5是将发射的码型经过滤波、功放后供给发射天线。发射机5完成所需码型的波形发射。

接收机4是将回波信号经过低噪放、混频后供给信号处理单元5。接收机4完成雷达回波信号的初步解调处理。

环形器3用于切换发射天线与接收天线。

信号处理单元6是将信号进行AD转换、后期算法处理后通过无线局域网上传到上位机8。信号处理单元6完成AD信号采集、雷达算法处理。

上位机8是将上传后的数据进行屏幕显示，并可对整个系统进行参数配置等。完成目标数据处理、显示和系统控制。

此外，由于只是监控土壤含水率，只需要最大探测距离达到土壤作物根系深度即可。

还包括必须的电源系统、调试接口等。