[发明专利]土壤水分测量方法和土壤水分传感器

说明书

本发明涉及一种土壤水分测量方法和土壤水分传感器。该方法输出方波信号，方波信号连续且固定频率和幅值；通过感应电容变化方波信号的幅值和周期，感应电容的容值与土壤含水量相关；将变化后的信号变更为等效的直流电压信号；将等效的直流电压信号作为测量结果。本发明的方法输出连续且固定频率和幅值的方波信号，通过与土壤含水量相关的感应电容变化方波信号的幅值和周期，将变化后的信号变更为等效的直流电压信号，将等效的直流电压信号作为测量结果，采用电容传感技术，为直接传导方式测量体积含水量，具有高实时性和高准确性，同时能够测量较宽的水分范围。

技术领域

本发明涉及数据采集技术领域，尤其涉及一种土壤水分测量方法和土壤水分传感器。

背景技术

目前，对土壤水分及变化的检测是生态环境、农业、水文和水土保持等科研项目中的基础性工作。土壤基本由四种介电物质组成，即空气、土壤固体物质、束缚水和自由水。其土壤体积含水量变化主要是自由水含量的变化，现阶段土壤水分有多种测量方式，一类是直接测量土壤的重量含水量和容积含水量，如烘干称重法或测量土壤传导性，另一类则是测量土壤的机制势，如张力仪法、干湿计法等。

当前测量土壤水分的方法中，仍以电容原理的介电常数法最为普遍，在不破坏土壤原始状态情况下，其特点具有相应速度快，测量误差小，结构和测量过程简易等优势。

但烘干法或称重法，其测量需要现场取样且过程繁琐，无法适应便携或长时间趋势的测量，不能够完成在测量点的实时测量，而TDT(TimeDomainTransmission)时域测量具有快速准确、连续测定等优势，但其测量的准确性取决于测量时间t的精度，而且信号的相互干扰和电容干扰也使得测量结果的真实性受影响。

发明内容

(一)要解决的技术问题

为了保证土壤水分测量的高实时性和高准确性，本发明提供一种土壤水分测量方法和土壤水分传感器，输出连续且固定频率和幅值的方波信号，通过与土壤含水量相关的感应电容变化方波信号的幅值和周期，将变化后的信号变更为等效的直流电压信号，将等效的直流电压信号作为测量结果，采用电容传感技术，为直接传导方式测量体积含水量，具有高实时性和高准确性，同时能够测量较宽的水分范围。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：

一种土壤水分测量方法，所述方法，包括：

S101，输出方波信号，所述方波信号连续且固定频率和幅值；

S102，通过感应电容变化所述方波信号的幅值和周期，所述感应电容的容值与土壤含水量相关；

S103，将变化后的信号变更为等效的直流电压信号；

S104，将所述等效的直流电压信号作为测量结果。

可选地，所述感应电容的容值C通过如下公式得到：

C＝k×ε_r×ε_o；

其中，k为固定几何常数，ε_r为整体土壤按照体积比例混合的相对介电常数，ε_o为空气或者真空中的介电常数。

可选地，所述ε_o为8.85～15F/M。

可选地，所述S103具体包括：

将变化后的信号进行或处理；

将或处理后的信号中未超限输出波形变更为正弦信号；

将变更后的信号进行滤波处理得到等效的直流电压信号。

为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案还包括：