CN108802105A - 一种适应于农业灌溉的剖面式土壤墒情监测仪 - Google Patents

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Abstract

本发明属于土壤信息监测技术领域的一种适应于农业灌溉的剖面式土壤墒情监测仪。该土壤墒情监测仪是在剖面管内从上至下依次插入三个电阻式水势探头，第三个电阻式水势探头直接装入剖面管的底部，第一个电阻式水势探头、第二个电阻式水势探头分别用卡槽卡住，三个电阻式水势探头的电极片引线通过空心管插入到剖面管顶端，与螺旋接口连接；数据处理器底部的螺旋式插头插入到螺旋接口中。本发明的探头采用电阻式，方式新颖，成本较低，结构简单易于维护；采用电池与太阳能板联合供电，可实现无人值守下，在田间长期自动工作。

Description

一种适应于农业灌溉的剖面式土壤墒情监测仪
技术领域
本发明属于土壤信息监测领域，特别涉及一种适应于农业灌溉的剖面式土壤墒情监测仪。
背景技术
在农业生产中，精准灌溉要求长期检测和及时获取田间的土壤水分空间分布信息，这就需要在田间安装土壤水分监测装置。目前成熟的土壤含水率检测方法有TDR(时域反射法)、FDR(频域反射法)和SWR(驻波率法)，其中TDR和FDR是国外的专利技术，测量精度比较高，但是由于处理电路复杂导致成本极高，一台TDR高达数万美元，一台FDR高达数千美元；由于每亩水农作物每年的平均收益不高，所以上述三种土壤水分传感器不可能在田间推广应用。
当前我国不管是农业灌溉还是城市绿化用水都是采取很粗放的方式，即凭借经验定时人工灌溉。这种原始的灌溉方式既无法保证植物正常生活所需水量，同时又大大浪费了宝贵的水资源。而园林绿化用水当中常用的人工漫灌方法会造成土壤表层水流过快而来不及渗透到植物根系就顺着地形的流动形成水洼或流到马路当中造成浪费。在各种不同的灌溉系统中，由于土壤表层与其下方的各个深层含水量的不同，实时检测不同深度土壤商情信息，根据作物不同生长时期的需水量来酌量灌溉，这就需要大范围布设低成本的土壤水分传感器，进行实时监控，以解决如何既有利于植物的生长又尽量不浪费水资源的问题。
发明内容
本发明的目的是提出一种适应于农业灌溉的剖面式土壤墒情监测仪；其特征在于，所述土壤墒情监测仪是在剖面管6内从上至下依次插入三个电阻式水势探头1，第三个电阻式水势探头直接装入剖面管6的底部，第一个电阻式水势探头、第二个电阻式水势探头分别用卡槽7卡住，三个电阻式水势探头1的电极片3的电极片引线通过空心管8插入到剖面管6顶端，与螺旋接口9连接；土壤墒情监测仪的数据处理器10的侧方为无线传输模块的外部天线11，顶端为锂电池安装槽12，底部为螺旋式插头13，插入到螺旋接口9中进行土壤墒情的数据采集，采集的土壤墒情数据传输给数据处理器10存储、显示及处理；数据处理器10的背部布设太阳能板，太阳能板为数据处理器补充供电。
所述电阻式水势探头由电导芯2、电极片3固定在底座4上，底座4与陶土外套5固定组成。
所述剖面管为双层，内层空芯，外层为陶土壁。
所述陶土为透水型；能够与土壤进行水分交换，从而保证电阻式水势探头的正常工作。
所述数据处理器内部主板上集成了电源控制模块、采集控制模块、时钟模块、数据采集模块、数据存储模块和无线传输模块；面板上设置ON(开)、OF(关)、RS(复位)按钮以及站点、时间、通讯、电量和状态显示，即显示3层土壤的干湿程度；当按下ON按钮，土壤墒情监测仪即刻工作，并通过无线传输模块，将采集数据传输到远程上位机上。
本发明的有益效果是本土壤墒情监测仪的探头采用电阻式，相比市场上广泛使用的TDR原理的探头，本发明反演土壤吸力控制灌溉，避免了盐分的影响，降低了成本；探头与处理器连接使用螺旋式安装方式，简单易于维护；采用电池与太阳能板联合供电，实现无人值守下在田间长期自动工作，有利于在大面积农业自动灌溉中的推广使用。
附图说明
图1为土壤墒情监测仪的结构示意图。
图2为系统原理图(基于土壤水分特征曲线)。
具体实施方式
本发明提出一种适应于农业灌溉的剖面式土壤墒情监测仪；下面结合附图予以说明。
图1所示为土壤墒情监测仪的结构示意图。图中所示土壤墒情监测仪是在剖面管6内从上至下依次插入三个电阻式水势探头1，第三个电阻式水势探头直接装入剖面管6的底部，第一个电阻式水势探头、第二个电阻式水势探头分别用卡槽7卡住，三个电阻式水势探头1的电极片3的电极片引线通过空心管8插入到剖面管6顶端，与螺旋接口9连接；数据处理器10的螺旋式插头13插入到螺旋接口9中。其中电阻式水势探头由电导芯2、电极片3固定在底座4上，底座4与透水型的陶土外套5固定组成。所述剖面管为双层，内层空芯，外层为透水型陶土壁，能够与土壤进行水分交换，从而保证电阻式水势探头的正常工作。
所述土壤墒情监测仪的数据处理器10的侧方为无线传输模块的外部天线11，顶端为锂电池安装槽12，底部为螺旋式插头13，插入到螺旋接口9中进行土壤墒情的数据采集，采集的土壤墒情数据传输给数据处理器10存储、显示及处理；数据处理器10的背部布设太阳能板，太阳能板为数据处理器补充供电。据处理器内部主板上集成了电源控制模块、采集控制模块、时钟模块、数据采集模块、数据存储模块和无线传输模块；面板上设置ON(开)、OF(关)、RS(复位)按钮以及站点、时间、通讯、电量和状态显示，即显示3层土壤的干湿程度；当按下ON按钮，土壤墒情监测仪即刻工作，并通过无线传输模块，将采集数据传输到远程上位机上。
实施例
从顶端开始在10cm，30cm，60cm处安装电阻式水势探头，数据处理器的螺旋式插头插入到螺旋接口中；将土壤墒情监测仪埋人农作物田间土壤中，按下ON按钮，土壤墒情监测仪即刻工作。不同深度的电阻式水势探头，进行土壤墒情的数据采集，采集的土壤墒情数据传输给数据处理器存储、显示及处理；并通过无线传输模块，将采集数据传输到远程上位机上。
本发明的电导芯为一种吸水后电导特性变化较为明显的电解材料，性质跟土壤类似，但变化更为明显的硅藻土，底部安装电极片。当探头插入到土壤中时，电导芯材料中的水分会通过陶土外套跟土壤中的水进行交换，平衡后，二者的吸力值相等。
如图2所示，基于土壤水分特征曲线，找到适合作物生长的最佳吸力范围区间(大致在0.4～0.7bar)，此区间内土壤的导电系数范围为K1～K2，对应了土壤的电阻区间R2～R1。通过大量测定两个电极片间的电阻值，滤定出对应土壤水吸力0.4～0.7bar区间的两个电阻阀值R2～R1。使用时，当测定的电阻值小于R2时，田间水分过多，禁止灌溉。当R2～R1说明作物生长水分供给最佳，大于R1时，说明田间水分缺乏，需要灌溉。

Claims (5)

1.一种适应于农业灌溉的剖面式土壤墒情监测仪；其特征在于，所述土壤墒情监测仪是在剖面管(6)内从上至下依次插入三个电阻式水势探头(1)，第三个电阻式水势探头直接装入剖面管(6)的底部，第一个电阻式水势探头、第二个电阻式水势探头分别用卡槽(7)卡住，三个电阻式水势探头(1)的电极片(3)的电极片引线通过空心管(8)插入到剖面管(6)顶端，与螺旋接口(9)连接；土壤墒情监测仪的数据处理器(10)的侧方为无线传输模块的外部天线(11)，顶端为锂电池安装槽(12)，底部为螺旋式插头(13)，插入到螺旋接口(9)中进行土壤墒情的数据采集，采集的土壤墒情数据传输给数据处理器(10)存储、显示及处理；数据处理器(10)的背部布设太阳能板，太阳能板为数据处理器补充供电。
2.根据权利要求1所述一种适应于农业灌溉的剖面式土壤墒情监测仪；其特征在于，所述电阻式水势探头由电导芯(2)、电极片(3)固定在底座(4)上，底座(4)与陶土外套(5)固定组成。
3.根据权利要求1所述一种适应于农业灌溉的剖面式土壤墒情监测仪；其特征在于，所述剖面管为双层，内层空芯，外层为陶土壁。
4.根据权利要求1所述一种适应于农业灌溉的剖面式土壤墒情监测仪；其特征在于，所述陶土为透水型；能够与土壤进行水分交换，从而保证电阻式水势探头的正常工作。
5.根据权利要求1所述一种适应于农业灌溉的剖面式土壤墒情监测仪；其特征在于，所述数据处理器内部主板上集成了电源控制模块、采集控制模块、时钟模块、数据采集模块、数据存储模块和无线传输模块；面板上设置ON(开)、OF(关)、RS(复位)按钮以及站点、时间、通讯、电量和状态显示，即显示3层土壤的干湿程度；当按下ON按钮，土壤墒情监测仪即刻工作，并通过无线传输模块的外部天线(11)，将采集数据传输到远程上位机上。
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