CN104111276B - 一种采用双频法检测土壤含水量的设备和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种采用双频法检测土壤含水量的设备与方法,包括土壤湿度变送器主体、底座和多根金属探针,土壤湿度变送器主体固定安装在底座上,土壤湿度变送器主体内部设有PCB板,金属探针固定在底座底部并穿过底座与土壤湿度变送器主体内部的PCB板锡焊固定连接,PCB板上设有温度传感器和外部电缆线的焊接孔,外部电缆线一端锡焊在PCB板的焊接孔上,另一端穿过防水电缆护线接头与上位设备连接。本发明技术新颖,工作稳定、可靠,测量精度高,适合多种土质,不受土壤中化肥和金属离子的干扰,解决了检测电极与土壤的接触电阻、土壤含盐量以及电极老化对测量的影响,提高检测稳定度和精度。
Description
技术领域
本发明涉及一种农业土壤水分检测设备和方法,特别是一种采用双频法检测土壤含水量的设备和方法。
背景技术
随着现代科技的发展,目前国内亦有多种检测土壤水含量的方法,其中用得比较多的有称重法、中子法、γ射线法、土壤水分传感器法以及时域反射法。这几种方法中,称重法是测量土壤水分最普遍的方法,也是标准方法,它的测定步骤繁琐,使用十分不便;中子法是测定野外土壤水分的独特方法,它主要由快中子源在土壤中不断地放射出穿透力很强的快中子,当它和氢原子碰撞时,损失能量最大,但它造价高昂,不适合普通农业应用;γ射线法的基本原理是放射性同位素,其衰减度随着土壤的湿度和深度逐渐增大,该方法很容易受土壤中金属离子和其他矿物质的干扰;土壤水分传感器其准确性太差,不适应多种土壤,且还易受其他矿物质的干扰;时域发射法在现有的土壤检测中使用最多,通过电磁波在介质中传播,取决于土壤导电率和含水量来判定,判决误差极大。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足,提供一种农业土壤水分检测技术,特别是一种采用双频法检测土壤含水量的设备与方法。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的:一种采用双频法检测土壤含水量的设备,它包括土壤湿度变送器主体3、底座4和多根金属探针5,土壤湿度变送器主体3固定安装在底座4上,土壤湿度变送器主体3内部设有PCB板,金属探针5固定在底座4底部并穿过底座4与土壤湿度变送器主体3内部的PCB板6锡焊固定连接,PCB板6上设有温度传感器和外部电缆线1的焊接孔,外部电缆线1一端锡焊在PCB板6的焊接孔上,另一端穿过防水电缆护线接头2与上位设备连接。
所述的防水电缆护线接头2与土壤湿度变送器主体3的连接处灌封有环氧树脂密封胶。
所述的金属探针5的根数为三根。
一种采用双频法检测土壤含水量的方法,包括以下子步骤:
S1:将设备插入检测土壤中,金属探针至少没入土壤2/3;
S2:在双频模式下,金属探针向土壤发送两个不同频率的叠加信号形成交变电场,通过交变电场建立电场信号传递模型;
S3:根据两个不同频率的信号进入信号传递模型引起的变化,计算信号传递模型的转换矩阵数据;
S4:根据转换矩阵数据值计算出含水土壤的介电常数;
S5:通过水的介电常数与土壤的介电常数的差异性计算出土壤含水量;
S6:将计算出的数值存入存储器,并反馈给上位设备。
所述的子步骤S2和S3的电场信号传递模型的模式表达主要是电抗,最主要的参数是阻抗、感抗和容抗。
本发明的有益效果是:该设备方法技术新颖,工作稳定、可靠,测量精度高,适合多种土质,不受土壤中化肥和金属离子的干扰,解决了检测电极与土壤的接触电阻、土壤含盐量以及电极老化对测量的影响,提高检测稳定度和精度。
附图说明
图1为本发明的设备结构示意图;
图2为本发明的方法流程图;
图3为本发明的信号传递模型结构图。
图中,1-电缆线,2-防水电缆护线接头,3-土壤湿度变送器主体,4-底座,5-金属探针,6-PCB板。
具体实施方式
下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案,但本发明的保护范围不局限于以下所述。
如图1所示,一种采用双频法检测土壤含水量的设备,它包括土壤湿度变送器主体3、底座4和多根金属探针5,土壤湿度变送器主体3固定安装在底座4上,土壤湿度变送器主体3内部设有PCB板,金属探针5固定在底座4底部并穿过底座4与土壤湿度变送器主体3内部的PCB板6锡焊固定连接,PCB板6上设有温度传感器和外部电缆线1的焊接孔,外部电缆线1一端锡焊在PCB板6的焊接孔上,另一端穿过防水电缆护线接头2与上位设备连接。
所述的防水电缆护线接头2与土壤湿度变送器主体3的连接处灌封有环氧树脂密封胶。
所述的金属探针5的根数为三根。
如图2所示,一种采用双频法检测土壤含水量的方法,包括以下子步骤:
S1:将设备插入检测土壤中,金属探针至少没入土壤2/3;
S2:在双频模式下,金属探针向土壤发送两个不同频率的叠加信号形成交变电场,通过交变电场建立电场信号传递模型;
S3:根据两个不同频率的信号进入信号传递模型引起的变化,计算信号传递模型的转换矩阵数据;
S4:根据转换矩阵数据值计算出含水土壤的介电常数;
S5:通过水的介电常数与土壤的介电常数的差异性计算出土壤含水量;
S6:将计算出的数值存入存储器,并反馈给上位设备。
所述的子步骤S2和S3的电场信号传递模型的模式表达主要是电抗,最主要的参数是阻抗、感抗和容抗。
当电极在土壤中形成交变电场时,电极之间就形成了电场信号传递模型。如图3所示,信号传递模型可以看做是阻抗、感抗、容抗形成的电路,其中Vi为交流电源,Rs为内阻,Lx、Rx、Cx分别为未知的感抗、阻抗和容抗,在具体计算过程中,电容和电感都可以忽略不计。当不同频率的信号通过这个电场信号传递模型后,信号传输就会发生变化,通过两个不同频率信号的变化,把信号传递模型的阻抗的转换矩阵数据计算出来。根据转换矩阵数据值计算出含水土壤的介电常数,通常情况下水的介电常数与土壤的介电常数有较大差异,根据信号传递模型的介电常数差异,就能够计算出土壤含水量。
该方法技术新颖,工作稳定、可靠,测量精度高,适合多种土质,不受土壤中化肥和金属离子的干扰。
Claims (1)
1. 一种采用双频法检测土壤含水量的方法,它包括以下子步骤:
S1:将设备插入检测土壤中,金属探针至少没入土壤2/3;
S2:在双频模式下,金属探针向土壤发送两个不同频率的叠加信号形成交变电场,通过交变电场建立电场信号传递模型;
S3:根据两个不同频率的信号进入信号传递模型引起的变化,计算信号传递模型的转换矩阵数据;
S4:根据转换矩阵数据值计算出含水土壤的介电常数;
S5:通过水的介电常数与土壤的介电常数的差异性计算出土壤含水量;
S6:将计算出的数值存入存储器,并反馈给上位设备。
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