CN108872326A

CN108872326A - 种植环境水分检测方法

Info

Publication number: CN108872326A
Application number: CN201710330609.9A
Authority: CN
Inventors: 李厚宽
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2017-05-11
Filing date: 2017-05-11
Publication date: 2018-11-23
Anticipated expiration: 2037-05-11
Also published as: CN108872326B

Abstract

本发明公开了一种种植环境水分检测方法，其步骤为先对至少一种植环境样本进行检测以取得样本初始导电度及样本初始介电常数，且对种植环境样本注入一定数量的水分以改变其湿度比，然后再次进行检测以取得复数样本变化导电度及复数样本变化介电常数，接着对样本初始导电度、样本初始介电常数、各样本变化导电度、及各样本变化介电常数进行计算以产生复数对比值，并提取各对比值较为接近的部分以产生至少一回归值；另外拿取至少一与种植环境样本相符的待检种植样本进行检测以取得其待检导电度及待检介电常数，且对待检导电度、待检介电常数、及回归值进行计算以取得待检种植样本的含水率，藉此令本发明达到能够正确量测土壤水分。

Description

种植环境水分检测方法

技术领域

本发明涉及一种种植环境水分检测方法，特别是指一种能够正确量测土壤水分的种植环境水分检测方法。

背景技术

按，为了能够测量土壤的含水率以利智慧化控管、或实时监测等，系有各种不同的习用水分测量方法，而目前技术较为成熟的有时间区域反射法(Time DomainReflectometry，TDR)、及频域反射法(Frequency Domain Reflectometry，FDR)。

土壤是由颗粒固体、空气、和水所组成之混合物，而空气的介电常数约为1，水的介电常数约为80，因此土壤的介电常数会随着其含水量的不同在1～81间变化；但是经实际实验检测发现，土壤会随着施肥度的不同影响其导电率，且当其实际含水率到达一定程度时，会与习用水分测量方法所测量的含水率有所误差，并误差值会随着含水率增加而增加。

举例来说，FDR所测出的土壤介电常数(dielectric constant)为K，它包含了实部和虚部，公式定义为：K＝K’-i(K”+σ_dc/2πfε₀)。

其中K’和K”分别代表介电常数的实部和虚部；σ_dc是电导率；ε₀是在自由空间(真空)的介电常数＝8.85×10_-12m_-3kg_-1s⁴A²；f是刺激讯号的频率，由此可知当σ_dc很大的时候会造成很大的测量误差。

而「Topp经验公式」计算出介电常数为ε的溶液的等效土壤体积含水率，标定传感器及评价传感器的性能，其公式为：Θ_ν＝-5.3x 10^-2+εx 2.92x 10^-2-ε²x 5.5x 10^-4+ε³x4.3x 10^-6，且Θ_ν为溶液的等效土壤体积含水率，虽「Topp经验公式」可以在土壤完全不导电的状态下，藉由介电常数的实部K推得土壤湿度，但一般种植的壤土电导率不可能为零(肥料会增加土壤导电度)，故「Topp经验公式」会因有所产生误差而无法直接适用。

此外，加以解说土壤电导度(施肥度)[EC(dS/m)]对FDR量测介电常数[K]的影响，于相同的土壤饱和萃取液(土壤:水＝1:5)中加入不同浓度的氯化钠(NaC l)来调控土壤的σ_dc(电导率)且将以量测，并将量测结果列表及绘图：

得清楚看出各饱和土壤水溶液经FDR所测得的各介电常数[K]和各导电度[EC(dS/m)]及其关系，且可于图8中产生一回归曲线，其公式为：

K(Dielectric Constant)＝78.19+1.88*EC(dS/m)+0.35*(EC(dS/m)-2.6)^2

R²＝0.973

EC值(dS/m)	0.3	0.6	1.3	1.7	2.3	3.4	4.9	6.3
									量测K(平均值)	81.2	81.25	81.3	81.65	82.37	84.5	89.13	95.23
带入Topp方程式得到Θ(％)	99.4	99.5	99.8	101	102	108	122	145
									误差(％)	0	0	0	1	2	8	22	45

如上表所示，[EC(dS/m)]越大所产生误差越多，其中可清楚看出在[EC(dS/m)]大于1.3dS/m时就会开始出现误差，而最大到45％(EC＝6.3dS/m时)。

是以，要如何解决上述习用的问题与缺失，即为本发明的发明人与从事此行业之相关厂商所亟欲研究改善的方向。

发明内容

故，本发明的发明人有鉴于上述缺失，乃搜集相关资料，经由多方评估及考虑，并以从事于此行业累积的多年经验，经由不断试作及修改，始设计出此种能够正确量测土壤水分的种植环境水分检测方法。

本发明的主要目的在于：提升土壤的水分量测的准确率。

为达上述目的，本发明的步骤为先对至少一干燥的种植环境样本进行检测以取得样本初始导电度、及样本初始介电常数，且于种植环境样本阶段性注入一定数量的水分，以阶段性改变其湿度比，然后再次进行检测以取得复数样本变化导电度、及复数样本变化介电常数，并将各湿度比与其对应的初始导电度、样本初始介电常数、各样本变化导电度、及各样本变化介电常数进行计算以产生复数对比值，再提取各对比值较为接近的部分以产生至少一回归值；

接着拿取至少一与种植环境样本相符的待检种植样本，且进行检测以取得待检导电度、及待检介电常数，并对待检导电度、待检介电常数、及回归值进行计算以取得待检种植样本的含水率以减少误差值，藉由上述技术，可针对习用水分测量方法所存在的误差值会随着含水率增加而增加的问题点加以突破，达到能够正确量测土壤水分的目的。

附图说明

图1为本发明较佳实施例的步骤示意图。

图2为本发明较佳实施例的干燥示意图。

图3为本发明较佳实施例的检测示意图。

图4为本发明较佳实施例的注入示意图。

图5为本发明较佳实施例的计算示意图。

图6为本发明较佳实施例的提取示意图。

图7为本发明较佳实施例的检测回归示意图。

图8为各饱和土壤水溶液经FDR所测得的各介电常数[K]和各导电度[EC(dS/m)]及其关系图。

其中：种植环境样本、1，烤箱、2，检测装置、3，待检种植样本、4，电子设备、5。

具体实施方式

为达成上述目的及功效，本发明所采用的技术手段及构造，兹绘图就本发明较佳实施例详加说明其特征与功能如下，俾利完全了解。

请参阅图1至7所示，由图中可清楚看出本发明的步骤为(a)检测样本初始导电度及样本初始介电常数、(b)检测样本变化导电度及样本变化介电常数、(c)产生对比值、(d)产生回归值、(e)检测待检导电度及待检介电常数、及(f)计算含水率。

同参图2，欲进行本发明时先进行步骤(a)的步骤(a1)：取出特定体积的种植环境样本1，于本实施例中以种植环境样本1为土壤作为解说，且种植环境样本1包含有沙土、壤土、泥土、泥炭土、泥炭苔、有机培养土、椰糠、泥炭土、泥炭、椰碳土、椰土、沙质土壤、扦插专用培养土、田土、易栽土、椰土、椰砖、或椰纤土其中之一，于本实施例中以五个不同的种植环境样本1作为实施，以下为举例说明。

土壤编号	沙土比例	壤土比例	泥土比例	比重(g/cm³)
					Soil1	95	5	0	1.5
Soil2	95	14	21	1.4
					Soil3	9	21	70	1.2
Soil4	6	79	15	1.2
					Soil5	46	26	28	1.4

然后进行步骤(a2)：透过至少一烤箱2以105℃加热种植环境样本1二十四小时来确保其处于干燥状态，并同参图3，进行步骤(a3)：以至少一检测装置3对种植环境样本1进行检测以取得样本初始导电度[EC(dS/m)]、及样本初始介电常数[K]，其中检测装置3为土壤水分计。

然后同参图4，进行步骤(b)对种植环境样本1注入一定数量的水分以改变湿度比，然后再次以检测装置3进行检测以取得复数样本变化导电度[EC(dS/m)]、及复数样本变化介电常数[K]，且注入一定数量的水分的动作可分为复数阶段逐渐注入，以阶段性改变种植环境样本1的湿度比，并同参第五图，进行步骤(c)：将样本初始导电度[EC(dS/m)]、样本初始介电常数[K]、各样本变化导电度[EC(dS/m)]、及各样本变化介电常数[K]进行计算，以产生复数对比值，本实施例中以计算透过至少一电子设备5(如计算机等)辅助进行作为实施，其中可清楚看出当前述各导电度[EC(dS/m)]越高时，与前述各介电常数[K]的对比值越大，即其误差值越大，接着同参图6，进行步骤(d)：提取各对比值较为接近的部分{本实施例中以透过至少一电子设备5(如计算机等)提取导电度小于2[EC(dS/m)]的部分作为解说}以产生至少一回归值，举例来说提取结果为：

Soil1：K＝29.76+1.66*EC；

Soil2：K＝31.29+1.63*EC；

Soil3：K＝32.98+1.76*EC；

Soil4：K＝32.65+1.67*EC；

Soil5：K＝32.78+1.66*EC。

其中，Soil1于各导电度小于2[EC(dS/m)]时，产生的回归值为：(K-1.66*EC)。

同参图7，再来进行步骤(e)：另外拿取至少一与种植环境样本1相符的待检种植样本4，且进行由检测装置3检测以取得待检导电度[EC(dS/m)]、及待检介电常数[K]，并进行步骤(f)：对待检导电度、及回归值进行计算以取得待检种植样本4的正确的含水率，计算得透过至少一电子设备5(如计算机等)辅助进行，而计算方式为：Soil1正确的含水率＝-5.3x10^-2+(K-1.66*EC)x 2.92x 10^-2-(K-1.66*EC)²x 5.5x 10^-4+(K-1.66*EC)³x 4.3x 10^-6。

此外，种植环境样本1的种类、以及对应的回归值，系得配合建立至少一土壤数据以供后续使用。

是以，本发明的种植环境水分检测方法为可改善习用的技术关键在于：藉由检测、计算出种植环境样本1对应的回归值，且将回归值带入(与种植环境样本1)相符的待检种植样本4的导电度[EC(dS/m)]、及介电常数[K]，以计算出正确的含水率，达到能够正确量测土壤水分的目的。

惟，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，非因此即局限本发明的专利范围，故举凡运用本发明说明书及说明书斧头内容所为的简易修饰及等效结构变化，均应同理包含于本发明的专利范围内，合予陈明。

Claims

1.一种种植环境水分检测方法，其特征在于：步骤为：

(a)对至少一种植环境样本进行检测以取得样本初始导电度、及样本初始介电常数；

(b)对该种植环境样本注入一定数量的水分以改变湿度比，然后再次进行检测以取得复数样本变化导电度、及复数样本变化介电常数；

(c)对前述样本初始导电度、前述各样本变化导电度、前述样本初始介电常数、及前述各样本变化介电常数进行计算，以产生复数对比值；

(d)提取前述各对比值较为接近的部分以产生至少一回归值；

(e)对至少一与该种植环境样本相符的待检种植样本进行检测以取得待检导电度、及待检介电常数；及

(f)对前述待检导电度、前述待检介电常数、及前述回归值进行计算以取得该待检种植样本的含水率。

2.如权利要求1所述的种植环境水分检测方法，其特征在于：步骤(a)包含有步骤(a1)：取出特定体积的该种植环境样本；步骤(a2)：透过至少一烤箱以105⁰C加热该种植环境样本二十四小时；及步骤(a3)：以至少一检测装置对该种植环境样本进行检测。

3.如权利要求2所述的种植环境水分检测方法，其特征在于：步骤(a3)所述的检测装置为土壤水分计。

4.如申权利要求1所述的种植环境水分检测方法，其特征在于：步骤(a)所述的种植环境样本包含有沙土、壤土、泥土、泥炭土、泥炭苔、有机培养土、椰糠、泥炭土、泥炭、椰碳土、椰土、沙质土壤、扦插专用培养土、田土、易栽土、椰土、椰砖、或椰纤土其中之一。

5.如权利要求1所述的种植环境水分检测方法，其特征在于：步骤(b)所述注入一定数量的水分的动作可分为复数阶段逐渐注入，以阶段性改变前述湿度比。

6.如权利要求1所述的种植环境水分检测方法，其特征在于：步骤(c)、步骤(d)、及步骤(f)所述的计算系得透过至少一电子设备辅助进行。

7.如权利要求1所述的种植环境水分检测方法，其特征在于：步骤(a)所述该种植环境样本的种类、以及对应的步骤(d)所述的回归值系得配合建立至少一土壤数据。