[发明专利]一种冻土深度传感器

说明书

技术领域

本发明涉及冻土测量领域，具体而言，涉及一种冻土深度传感器。

背景技术

冻土测量是冻土地区生产建设的基本需求，在气候环境变化的研究和冻土气象灾害预警等领域是不可或缺的。目前测量冻土的方法有达泥林冻土测量、直接测量、遥感法测量、自动测量等方法。

达泥林方法测量冻土深度例如以灌注在橡胶皮管中水的冻结深度来记录冻土深度的。这种方法较为原始，由于土壤的质地和水溶液的成分复杂、浓度不均、压力的不同等因素使得冻土的冻结和纯水的冻结情况不同，这种测量冻土的方法并不科学，且不能实时监测土壤冻结深度。设计的结构简陋，易损毁。

直接测量方法如人工挖坑或者钻洞，这种方法较为原始，需要投入大量的人力和物力。这种方法的缺点是观测不方便，数据密度不够，不能实时监测冻土深度。

遥感法测量方法只能获取浅层地表的土壤的冻结情况，在我国北方地区，冻土层较厚，使用遥感法不能准确测量冻土的深度。缺点显而易见。

随着自动气象站在全国气象站的广泛普及，很多观测项目已经进行自动观测，但是冻土观测一直没有得到很好的改进。无法满足冻土自动化测量的要求，直到2013年以来一些自动测量冻土的方法开始兴起。

冻土与未冻土的水分和温度参数有一定的差异，且差异在数值上较明显。根据这一特性设计出很多自动化测量冻土的新方法。目前自动化测量冻土的方法主要有：电容法、电阻法、射线法，红外遥感法等。其中射线法和红外法成本高，不易推广。而电容法和电阻法测量冻土深度较为常见，电容法和电阻法其原理是测量土壤的介电常数，土壤含水量的变化主要是由于介电常数发生变化引起的，当土壤中水变为冰晶时，介电常数会发生明显变化。以此来测量。这种方法需要做大量数据实验用于标定，工作量庞大，且电容极板受热涨冷缩的影响会发生变形，还有土壤中含有大量金属矿石对电容的电场进行干扰也会影响测量结果。

发明内容

本发明提供一种冻土深度传感器，用以克服现有技术中存在的至少一个问题。

为达到上述目的，本发明提供了一种冻土深度传感器，包括：控制器、温度采集器、保护管、防水密封盒、灌封材料和控制电缆，其中所述控制器安装在所述防水密封盒内；所述防水密封盒固定设置在所述保护管一端；所述温度采集器通过灌封材料整体灌封在所述保护管一侧的凹槽中，所述保护管的另一端埋入土壤中，所述温度采集器与所述保护管一起被埋入被测土壤中；所述控制电缆连接在所述控制器与所述温度采集器之间。

进一步地，所述防水密封盒的防水等级为IP65。

进一步地，所述控制器与所述温度采集器通过温度采集接口相连，所述温度采集接口包含SPI总线、温度传感器分时测量控制信号和供电电源。

进一步地，所述温度采集器由多块温度采集电路板串接构成。

进一步地，每块所述温度采集电路板包括温度采集器接口电路、总线驱动能力增强电路、温度传感器分时测量控制电路和8个温度传感器，所述温度采集器接口电路用于实现与所述控制器相连以及温度采集电路板之间的级联；所述总线驱动能力增强电路用于增强SPI总线驱动能力，实现同时驱动200个节点；所述温度传感器分时测量控制电路用于选择读取某个温度传感器的数据；所述温度传感器用于测量所在位置的温度值。

进一步地，所述控制器采用意法半导体公司的STM32F103。

经过测试，本发明的冻土传感器结构简单，成本低廉，易于实现，可操作强。大大提高了冻土检测的精度。而且使用这种结构的冻土传感器使用寿命长，不受季节限制，非常适合野外使用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1a、图1b图为本发明一个实施例的冻土深度传感器的正视图和侧视图；

图2为本发明一个实施例的冻土深度传感器的结构图；

图3为本发明一个实施例的控制器结构示意图；

图4为本发明一个实施例的温度采集器结构示意图；

图5为本发明一个实施例的保护管剖面图；

图6为本发明一个实施例的温度采集板示意图；

图7a、图7b为本发明一个实施例的总线驱动能力增强电路示意图；