CN101609058B - 一种土壤电导率测量装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种土壤电导率测量装置，主要包括传感器单元和数据采集和处理单元；所述传感器单元主要包括直线等间隔配置的电极；所述数据采集和处理单元主要包括电压转换电路、信号调理电路、模数转换器、数据控制器和液晶显示电路，还包括交流源信号产生电路、交流恒流源输出电路以及交流恒流源电流调节电路。根据所公开的土壤电导率测量装置，本发明还公开了一种土壤电导率测量方法。本发明可根据所测农田的土壤特性，随时调整输入土壤的激励电流大小，以保证传感器在任何土壤条件下都工作在线性区域，具有高的测量精度，还具有数据显示和存储功能。

Description

一种土壤电导率测量装置和方法

技术领域

本发明涉及传感技术和土壤理化特性测量技术，特别涉及一种土壤电导率测量装置和方法。

背景技术

土壤学研究表明，土壤电导率是土壤的一个重要参量。它与土壤质地、含盐量、有机物水平、阳离子交换水平、排水条件等影响作物产量的特性有着很好的相关性。因此，土壤电导率信息的获取对于确定各种田间参数空间分布的差异具有很重大的意义。

土壤电导率的测量大致可分为实验室测量和现场测量两大类。实验室测量首先要制备土壤浸提液，然后利用电极法测量土壤浸提液的电导率，利用土壤浸提液的测量值表征土壤电导率的变化。这种传统的实验室方法作为标准测量方法具有较高的精度，也是评价土壤电导率高低的基准，但测量过程繁琐，耗费时间较长，实时性差，不能满足现代精细农业要求短时间内完成大批量测量的要求。

土壤电导率的现场测量主要有两种基本设计思路：基于电磁感应原理的非接触式设计和基于“电流-电压四端法”的接触式设计。非接触式设计利用了电磁感应原理(EMI)，它是利用伴随受原始地下场感应而生成的地下交变电流所引起的电磁场检测土壤电导率，即向仪器内部的发射线圈通入交变电流，用接收线圈来感应土壤中磁场的变化，通过所测磁场的变化来表征土壤电导率的值。基于电磁感应原理的非接触式设计的典型代表产品是加拿大Geonics公司生产的EM38，EM38产品价格昂贵，无法适应国内农业广泛使用的需要，大部分应用于科学实验研究。另一种接触式设计是基于“电流-电压四端法”理论，运用该理论，在测量土壤电导率时，可以不需要采集土样，不搅动土体，保持原态原位连续观测，而且在作物生长前和生长期间都可以设法实现实时测量，符合现代精细农业对农田土壤信息获取的要求。国内外已有基于此原理的土壤电导率测试仪器的研究开发，如美国Veris Technology公司生产的Veris3100土壤电导率测试仪以及中国农业大学精细农业研究中心开发的基于六柱式电极传感器的具有中耕功能的车载式电导率快速测量设备。上述两种设备，其输入电极激励电流信号的大小在仪器制造完成后都是固定的，使得当待测土壤电导率平均值偏离仪器测量范围的平均值时，带来较大的测量误差。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种具有可调节交流恒流源输出的激励电流，可获得高的信噪比和高测量精度的土壤电导率测量装置和方法。

为了实现上述目的，本发明提出了一种土壤电导率测量装置，主要包括传感器单元和数据采集和处理单元；所述传感器单元主要包括直线等间隔配置的电极；所述数据采集和处理单元主要包括电压转换电路、信号调理电路、模数转换器、数据控制器和液晶显示电路；其特征在于：

所述数据采集和处理单元还包括：交流源信号产生电路、交流恒流源输出电路以及交流恒流源电流调节电路；

所述电压转换电路与外部电源相连，将外部电源提供的直流电转换为交流电分别提供给交流源信号产生电路、交流恒流源输出电路、信号调理电路和数据控制器；

所述交流源信号产生电路与交流恒流源输出电路相连，将交流源信号产生电路产生的正弦信号提供给交流恒流源输出电路；

所述交流恒流源输出电路通过一精密电阻与所述传感器单元相连，将交流恒流源输出电路产生的交流恒流信号提供给传感器单元；

所述传感器单元与信号调理电路相连，将传感器单元采集到的电压降信号送入信号调理电路；

所述传感器单元、信号调理电路、数据控制器和精密电阻之间接有一个钮子开关，钮子开关工作至电流端时，交流恒流源输出电路、精密电阻与信号调理电路参与构成交流恒流源电流调节电路；

所述信号调理电路与模数转换器相连，将信号调理电路处理后得到的模拟信号提供给模数转换器进行转换；

所述模数转换器与数据控制器相连，数据控制器对模数转换器转换后的数据进行分析得到土壤电导率值。

上述技术方案中，所述纽子开关为九脚钮子开关，当开关拨到E端时，管脚1和2、4和5、7和8相通；当开关拨到F端时，管脚2和3、5和6、8和9相通；将各个管脚接入所述信号调理电路中时，管脚电气特性连接为：1接交流恒流源电流调节电路A端；2接信号调理电路输入电压的正极；3接内侧探针M端；4接交流恒流源电流调节电路B端；5接信号调理电路输入电压的负极；6接内侧探针N端；7接VCC；8接控制器输入输出口，作为判断电平；9接地；其中，E端和F端分别为所述九脚钮子开关可拨动的两端，A端和B端分别为交流恒流源电流调节电路的两端，M端和N端分别为内侧探针的两端；所述传感器单元电极有4个，外侧2个电极中一个电极接交流恒流源输出端，并与所述纽子开关管脚1相连，另一个电极接地，并与所述纽子开关管脚4相连；内侧2个电极中一个电极接所述纽子开关管脚3，另一个电极接所述纽子开关管脚6。

上述技术方案中，所述交流源信号产生电路采用芯片MAX038作为正弦信号发生器。

上述技术方案中，所述交流恒流源输出电路采用芯片LM324构成深度负反馈电路。

上述技术方案中，所述数据采集和处理单元中还包括存储电路，该存储电路将数据控制器输出的土壤电导率结果存储在与其连接的外部存储设备中。

在土壤电导率测量装置中贯穿着土壤电导率测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)电压转换电路将外部电源提供的直流电转换为交流电分别提供给交流源信号产生电路、交流恒流源输出电路、信号调理电路和数据控制器；

(2)交流源信号产生电路中正弦信号发生器产生正弦信号传给交流恒流源输出电路进行处理；

(3)交流恒流源输出电路产生的交流恒流信号经过一个精密电阻传到传感器单元的两个外侧电极；

(4)交流恒流源输出电路、精密电阻和信号调理电路组成的交流恒流源电流调节电路根据检测到的精密电阻两端的电压实时调节交流恒流信号的大小；

(5)传感器单元两个内侧电极采集到的电压降信号送入信号调理电路单元进行处理；

(6)信号调理电路单元处理后的模拟信号经过模数转换，再通过数据控制器对数据进行线性回归运算转换为土壤电导率值，并通过液晶显示电路显示数据和存储电路存储数据。

上述土壤电导率测量方法中，所述步骤(4)中通过调节交流恒流源输出电路中滑动变阻器来调节交流恒流信号的大小。

本发明的优点和有益效果在于：

本发明采用交流恒流源设计，避免了土壤的极化现象，并且采用了交流恒流源电流调节电路，在交流恒流源输出电路中设置了滑动变阻器，可以根据所测农田的土壤质地结构的不同，随时调整土壤中输入电流的大小。

本发明中正弦信号发生器采用了芯片MAX038作为信号发生器，具有外围电路简单，性能稳定可靠，频率易于控制等特点。设计的交流恒流源采用芯片LM324构成深度负反馈电路，保证激励电流不随负载变化而变化。交流恒流源电流调节电路根据精密电阻两端的电压实时调节交流恒流信号的大小。

本发明还具备了数据存储功能，能够实现大量数据的快速实时存储，满足农业工程实践的需要。

附图说明

图1为本发明土壤电导率测量装置的原理结构框图；

图2为本发明土壤电导率测量装置中电压转换电路原理图；

图3为本发明土壤电导率测量装置中交流恒流源电路中电流值测量原理图；

图4为本发明土壤电导率测量装置中正弦信号产生电路原理图；

图5为本发明土壤电导率测量装置交流恒流源输出电路原理图；

图6为本发明土壤电导率测量装置中九脚钮子开关外观示意图；

图7为本发明土壤电导率测量装置中九脚钮子开关管脚分布图；

图8为本发明土壤电导率测量装置中信号调理电路原理图；

图9为本发明土壤电导率测量装置中差分电路原理图；

图10为本发明土壤电导率测量装置中有效值转换电路原理图；

图11为本发明土壤电导率测量装置中放大电路原理图；

图12为本发明土壤电导率测量装置中A/D转换电路原理图；

图13为本发明土壤电导率测量装置中系统控制面板示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式就本发明所述的土壤电导率测量装置和方法做进一步说明。

本发明的土壤电导率测量装置主要包括传感器单元以及数据采集和处理单元，其中，传感器单元主要包括直线等间隔配置的电极；数据采集和处理单元主要包括电压转换电路、信号调理电路、模数转换器、数据控制器和液晶显示电路；还包括：交流源信号产生电路、交流恒流源输出电路以及交流恒流源电流调节电路。整个装置的原理框图如图1所示。

电压转换电路将外部电源提供的直流电转换为交流电分别提供给交流源信号产生电路、交流恒流源输出电路、信号调理电路和数据控制器；交流源信号产生电路中正弦信号发生器产生正弦信号传给交流恒流源输出电路进行处理；交流恒流源输出电路产生的交流恒流信号经过一个精密电阻传到传感器单元的两个外侧电极；交流恒流源输出电路、精密电阻和信号调理电路组成的交流恒流源电流调节电路根据检测到的精密电阻两端的电压实时调节交流恒流信号的大小；传感器单元两个内侧电极采集到的电压降信号送入信号调理电路单元进行处理；处理后的模拟信号经过模数转换，再通过数据控制器对数据进行线性回归运算转换为土壤电导率值，并通过液晶显示电路显示数据和存储电路存储数据。

在本实施例中，电源采用的是9V的可充电镍氢电池，电压转换电路提供装置中所需的+5V和±5V两种电源电压，+5V的电源电压主要提供给以下两个部分：数据控制器等数字电路中芯片的工作电压，存储电路工作电压；±5V的电源电压主要提供给以下3个部分：信号调理电路、交流源信号产生电路和交流恒流源输出电路等模拟电路中芯片的工作电压，液晶显示单元工作电压。电压转换电路采用芯片LM7805和直流电源转换模块SR5D5/100，电路原理图如图2所示。LM7805电路将输入的9V电压转换为+5V，再经过SR5D5/100直流电源转换模块转换成±5V输出。

传感器部分的设计采用“电流-电压四端法”原理。在本实施例中，传感器由等间隔直线配置的4个电极J、M、N、K组成，如图3所示，间隔为a，外侧的2个电极是2个电流端，内侧的2个电极是2个电压端。两个电流端提供所需的交流恒流激励信号，通过检测两个电压端的电位差换算出土壤的电导率值。距离相等的四个电极构成Wenner组态，该组态的电导率计算公式为：

$\mathrm{\σ}=\frac{1}{2\mathrm{\πa}}\frac{1}{{\mathrm{\ΔV}}_{\mathrm{MN}}}---\left(1\right)$

其中I表示输入激励(交流恒流源)的电流值，ΔV_MN为在电极M和N端测得的电压差。

电极探针采用的是导电性良好的不锈钢材料，在本实施例中，传感器最优结构参数选取为：探针总长度35cm，探针探测部分长度30cm，探针直径8mm，探针间距150mm。

在测试过程中，为了测量土壤电导率的变化，激励电流的幅值需要保持恒定。对于不同的土壤类型，激励电流存在最佳工作点，在保持此恒流的条件下，可以获得最高的测量精度。传感器输出信号将随土壤条件变化波动。当传感器信号过小时，A/D转换过程中的量化误差会增大；当传感器信号很大时，将造成信号失真或是超过A/D转换的基准电压值，同样造成很大的误差。为了解决此问题，本发明采用改变激励电流值来调节传感器信号，控制其在最佳范围内，并可通过液晶屏显示电流值。改进后的传感器插入土壤后，等效电路如图3所示。在交流恒流源电路(包括交流源信号产生电路和交流恒流源输出电路)中增加了交流恒流源电流调节电路，该调节电路将一个精密电阻串接在激励回路中，以精密电阻A、B两端电压差作为调节电路输入信号，通过测量精密电阻A、B两端电压差，进而获取激励电流I值，就可实时调节激励电流的大小。

在本实施例中，精密电阻选用阻值为50Ω，阻值误差为±2％，温度系数为0.00374Ω/℃的电阻。

本发明采用交流恒流源为传感器提供激励电源，且电源频率可调，采用芯片MAX038作为正弦信号发生器。芯片MAX038只需很少外部元件即可构成精密信号发生器，外围电路简单，性能稳定可靠，频率易于控制。

正弦信号产生电路的原理图如图4所示。设置A0为低电平，A1为高电平，使产生波形为正弦波。引脚DADJ接地，使该正弦波的占空比固定为50％。MAX038输出频率取决于注入IIN脚电流的大小、COSC脚的电容量(对地)和FADJ脚的电压。当V_FADJ＝0V时，输出的基波频率F(MHz)＝IIN(μA)/CF(pF)；式中IIN为注入IIN脚的电流(2μA～750μA)，IIN＝V_REF/R2，CF为COSC脚和地所接的电容值(20pF～100μF)。MAX038内设2.5V电压基准，因此本电路图中正弦信号频率的计算公式为：

F(MHz)＝2.5(V)÷[R2(MΩ)*CF(pF)]        (2)

当电容CF为固定值时，正弦信号发生器的输出频率由电位器R2进行控制，输出信号的频率在0.1Hz-20MHz范围内可调，具有输出性能稳定、失真度小等特点。为使MAX038能长时间在正常温度范围内产生频率稳定的正弦信号，在本实施例中，R13选用了高精度的金属膜电阻，精度为1％；C1、C2、C17选用了温度系数低的陶瓷电容器；设置电容CF值为0.33uF，通过调节电位器R2的值，使产生正弦信号的频率为300Hz。

交流恒流源输出电路采用芯片LM324构成深度负反馈电路，可以使交流电流源在负载阻值变化时保持恒定，进而提高土壤电导率传感器的测量精度。如图5所示，芯片LM324内部包含四组形式完全相同的运算放大器，除电源公用外，四组运放相互独立。当运算放大器在开环增益很大和存在负反馈的时候产生“虚短”和“虚断”现象，同时运放的输入电阻很高。根据这个原理，U1B的5、6脚电压约等于Vsin，U1C的9、10脚电压约等于0，将阻值为100KΩ可调电阻R4接在U1A的输出端与负载相连，输出电流Iout＝Vsin/R4，调节R4的阻值就可以改变交流电流源的大小。

根据图3中已知精密电阻A、B两端电阻的大小，因此只需要测得A、B两端电压差就能获得输入土壤中的激励电流的电流大小。由于需要将内侧探针的电压差和A、B两端的电压差用同一数据调理电路进行数据处理，为了避免电路重复，减小电路板大小，本发明采用了一个九脚钮子开关，通过开关来选择任一电压差输入到信号调理电路中，进行差分、有效值转换、放大及A/D转换。同时通过开关选择不同的电平信号输入到数据控制器中，数据控制器根据电平信号来判断所输入的电压差，以便进行不同的数据处理和数据显示，这样实现了只采用一个信号调理电路，进行了两路数据的处理。

九脚钮子开关的外观示意图如图6所示，管脚分布如图7所示，当开关拨到E端时，管脚1和2、4和5、7和8相通；当开关拨到F端时，管脚2和3、5和6、8和9相通。将各个管脚接入电路中，管脚电气特性连接为：1接交流恒流源电流调节电路A端；2接信号调理电路输入电压的正极；3接内侧探针M端；4接交流恒流源电流调节电路B端；5接信号调理电路输入电压的负极；6接内侧探针N端；7接VCC；8接控制器输入输出口，作为判断电平；9接地。因此，当开关拨到E端时，信号调理电路输入口的正负端和交流恒流源输出电路中精密电阻的A、B端相连，将精密电阻A、B端电压差进行数据处理。且管脚8和7相连，向控制器中输入一个高电平，控制器通过判断出管脚8的高电平，将输入的电压信号转换为电流值显示及存储。当开关拨到F端时，信号调理电路输入口的正负端和内侧探针的M、N端相连，这样信号调理电路对内侧探针两端的电压差进行数据处理，且管脚8和9相连，向控制器中输入一个低电平。控制器通过判断出管脚8的低电平，将输入的电压信号通过线形回归运算转换为电导率值显示及存储。本发明实现了实时的改变激励源电阻来改变电流值的大小，并且通过液晶屏显示电流值，减小了系统误差，提高了仪器的采集精度。

信号调理电路的作用是将传感器电极电压端检测到的交流小电压信号转换成为合适大小的直流信号。信号调理电路的原理图如图8，主要包括对检测到的电压信号进行差分、有效值转换、放大等处理。

差分电路的电路原理图如图9所示，运放U1A、U1B组成第一级差分式电路，U3组成第二级差分式电路。在第一级电路中，V1，V2分别加到U1A和U1B的同相端，R1、R7和R8组成的反馈网络引入了深度的电压串联负反馈，两运放U1A和U1B的两输入端形成了“虚短”和“虚断”。当R7＝R8及R5＝R6＝R9＝R10时，根据运放的性质求得Vsin和V1及V2之间的关系：

$V\sin =-\frac{R6}{R5}(1+\frac{2R7}{R1})(V1-V2)---\left(3\right)$

在本实施例中，差分电路中采用了运放LM358、OP-07，该电路具有高输入阻抗，低输出阻抗的特点，适用于信号调理电路前级。

信号经过差分电路后，输出的是交流信号，通常通过测量交流信号的有效值来测量交流信号，所以将差分后信号经过一级有效值转换电路，转换为与有效值等效的直流电压。有效值转换电路采用了芯片AD536外接电容构成，该电路具有硬件结构简单、转换精度高等特点，电路图如图10所示。图中C14和R14组成低通滤波器，用于将信号中的交流信号提取出来。C18为平均电容，用于减小纹波信号的大小，纹波信号的大小取决于C18与输入交流信号频率的大小，在输入信号频率固定的情况下，纹波信号的大小仅取决于C18的大小。C18越大，纹波越小，但是交流信号转换成有效值的时间越长。

经过有效值转换出来的信号比较小，为了减少测量误差，对转换后的信号进行放大。图11为同相放大电路，图中R12和R4构成反馈电路，放大增益为20log(R4+R12)/R4，式中R4为电位器接入电阻。

A/D转换电路用于将传感器输出的模拟信号转换成数字信号。在本实施例中，A/D转换芯片选用12位单通道串行输入的模数转换器MAX187，采用+5V电源供电，采样速率75KHz，内部参考电压4.096V，分辨率为1mV。A/D转换原理图如图12所示，管脚2是模拟量的输入端。管脚6、7、8分别与单片机的I/O口相连，其中管脚6是转换完的数字量的输出端，管脚7是片选信号，只有当片选信号置低位时MAX187才能开始进行模数转换，管脚8是串行时钟输出。

A/D转换过程由CS的下降沿开始，MAX187内部采样保持器进入保持状态，同时启动转换，转换结束的标志是DOUT由低电平变为高电平。转换得到的数据存储在芯片内部的“连续近似寄存器”中。当有串行时钟输入时，数据开始移出，上跳沿触发。传输结束后，将CS置高，准备下一次转换。

在本实施例中，可选用南京沁恒电子公司生产的型号为CH375HM的U盘模块作为存储设备，其核心芯片是CH375，它是USB总线的HOST主机及DEVICE设备双用接口芯片，控制器单元通过此芯片读写U盘内的数据。

U盘模块具有三个外部接口：其一是USB插座，可以直接插入U盘或者通过USB延长线连接U盘；其二是DB9插针，用于连接控制器单元；其三是电源输入选择跳线或者电源输入端口。U盘文件读写模块向控制器单元提供了读写U盘内部文件数据的接口，在初次使用U盘模块时要通过USB延长线将模块与主机连接，配置U盘模块的波特率和接口方式，同时根据所使用的U盘模块的工作方式，将相应的底层文件下载到U盘模块内部的单片机中。这样基本不需要占用控制器单元的存储空间，最少只需要几个字节的RAM和几百字节的代码(用于字节读写模式)就可以实现驱动U盘读写的功能。

在本实施例中，对U盘模块的配置为：波特率为9600bps；波特率除数为60；接口方式为三线制异步串口。

处理器的作用是对数字信号进行处理，送入液晶显示模块显示和U盘模块存储。在本实施例中，处理器可选用AT89S52单片机；液晶模块可选用青云创新的LCM128645ZK，采用串行控制；单片机通过电平转换芯片MAX232和U盘存储模块连接；单片机和U盘模块之间的数据传输采用三线制串口通信方式。

本发明的土壤电导率测量装置中数据采集和控制单元的控制面板示意图如图13所示，控制面板上包括液晶显示屏，电流调节旋钮，以及各种按键，在控制面板的侧面有USB插口。

将本发明装置拿到田间或温室，将电极插入土壤或基质中约10cm左右，其测试过程如下：

首先，按下【电源】按键，打开系统电源，液晶屏显示“中国农业大学，精细农业实验室，土壤电导率测量仪”，表示仪器已经初始化完成，可以正常工作了。

第二步，将【选择开关】拨到电流端，微微的旋转【电流调节】旋钮，调节交流恒流源输出电流的大小，按下【采集】键，开始采集精密电阻两端的电压，并换算为流入土壤中的激励电流值，通过液晶屏显示出来。多次重复操作，直到所显示电流值达到实际工作的需要。

第三步，将【选择开关】拨到电导率端，按下【采集】键，系统将采集内侧探针两端的电压差，经过差分、有效值转换、放大、A/D转换及单片机数据处理后通过液晶屏显示出来。

第四步，打开【U盘电源】，插入U盘(U盘插口在控制面板的侧面)，按下【保存】键，系统将采集到的数据通过串口传输保存到U盘中，界面显示“数据存储中”，数据传输完后，界面显示“存储完成”。若在拨动保存键前没有插上U盘或是U盘没有插好，界面会提示“请插入U盘”。当测试过程中出现错误，则可按复位开关，使处理器复位，重新开始测试。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种土壤电导率测量装置，主要包括传感器单元和数据采集和处理单元；所述传感器单元主要包括直线等间隔配置的电极；所述数据采集和处理单元主要包括电压转换电路、信号调理电路、模数转换器、数据控制器和液晶显示电路；其特征在于：

所述数据采集和处理单元还包括：交流源信号产生电路、交流恒流源输出电路以及交流恒流源电流调节电路；

所述电压转换电路与外部电源相连，将外部电源提供的直流电转换为交流电分别提供给交流源信号产生电路、交流恒流源输出电路、信号调理电路和数据控制器；

所述交流源信号产生电路与交流恒流源输出电路相连，将交流源信号产生电路产生的正弦信号提供给交流恒流源输出电路；

所述交流恒流源输出电路通过一精密电阻与所述传感器单元相连，将交流恒流源输出电路产生的交流恒流信号提供给传感器单元；

所述传感器单元与信号调理电路相连，将传感器单元采集到的电压降信号送入信号调理电路；

所述传感器单元、信号调理电路、数据控制器和精密电阻之间接有一个钮子开关，钮子开关工作至电流端时，交流恒流源输出电路、精密电阻与信号调理电路参与构成交流恒流源电流调节电路；

所述信号调理电路与模数转换器相连，将信号调理电路处理后得到的模拟信号提供给模数转换器进行转换；

所述模数转换器与数据控制器相连，数据控制器对模数转换器转换后的数据进行分析得到土壤电导率值。

2.根据权利要求1所述的土壤电导率测量装置，其特征在于，所述纽子开关为九脚钮子开关，当开关拨到E端时，管脚1和2、4和5、7和8相通；当开关拨到F端时，管脚2和3、5和6、8和9相通；将各个管脚接入所述信号调理电路中时，管脚电气特性连接为：1接交流恒流源电流调节电路A端；2接信号调理电路输入电压的正极；3接内侧探针M端；4接交流恒流源电流调节电路B端；5接信号调理电路输入电压的负极；6接内侧探针N端；7接VCC；8接控制器输入输出口，作为判断电平；9接地；其中，E端和F端分别为所述九脚钮子开关可拨动的两端，A端和B端分别为交流恒流源电流调节电路的两端，M端和N端分别为内侧探针的两端；所述电极有4个，外侧2个电极中一个电极接交流恒流源输出电路输出端，并与所述纽子开关管脚1相连，另一个电极接地，并与所述纽子开关管脚4相连；内侧2个电极中一个电极接所述纽子开关管脚3，另一个电极接所述纽子开关管脚6。

3.根据权利要求1所述的土壤电导率测量装置，其特征在于，所述交流源信号产生电路采用芯片MAX038作为正弦信号发生器。

4.根据权利要求1所述的土壤电导率测量装置，其特征在于，所述交流恒流源输出电路采用芯片LM324构成深度负反馈电路。

5.根据权利要求1所述的土壤电导率测量装置，其特征在于，所述数据采集和处理单元中还包括存储电路，该存储电路将数据控制器输出的土壤电导率结果存储在与其连接的外部存储设备中。

6.一种土壤电导率测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)电压转换电路将外部电源提供的直流电转换为交流电分别提供给交流源信号产生电路、交流恒流源输出电路、信号调理电路和数据控制器；

(2)交流源信号产生电路中正弦信号发生器产生正弦信号传给交流恒流源输出电路进行处理；

(3)交流恒流源输出电路产生的交流恒流信号经过一个精密电阻传到传感器单元的两个外侧电极；

(4)交流恒流源输出电路、精密电阻和信号调理电路组成的交流恒流源电流调节电路根据检测到的精密电阻两端的电压实时调节交流恒流信号的大小；

(5)传感器单元两个内侧电极采集到的电压降信号送入信号调理电路单元进行处理；

(6)信号调理电路单元处理后的模拟信号经过模数转换，再通过数据控制器对数据进行线性回归运算转换为土壤电导率值，并通过液晶显示电路显示数据和存储电路存储数据。

7.根据权利要求6所述的土壤电导率测量方法，其特征在于，所述步骤(4)中通过调节交流恒流源输出电路中的滑动变阻器来调节交流恒流信号的大小。

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