CN104111276B - 一种采用双频法检测土壤含水量的设备和方法 - Google Patents

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

一种采用双频法检测土壤含水量的设备和方法

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。