CN109470721B - 土壤检测装置和土壤含水量及容重检测方法 - Google Patents

土壤检测装置和土壤含水量及容重检测方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种土壤检测装置和土壤含水量及容重检测方法，土壤检测装置包括：提手、用于夹持包裹土壤的环刀的夹持装置、用于测量被环刀包裹的土壤的重量的拉力传感器、主机体、两个对射式微波传感器、固定管、两个活动杆和两个传感器支撑杆；拉力传感器连接提手和主机体；固定管固定至主机体；固定管套接在活动杆的外周；活动杆相对于固定管滑动；两个传感器支撑杆分别固定至两个活动杆；两个对射式微波传感器分别安装至两个传感器支撑杆；两个对射式微波传感器位于夹持装置的夹持的环刀的两侧；主机体安装有用于显示检测结果的显示屏。本发明的有益之处在于能够精准测量土壤中的含水量以及土壤的容重。

Description

土壤检测装置和土壤含水量及容重检测方法
技术领域
本发明涉及一种土壤检测装置和土壤含水量及容重检测方法。
背景技术
土壤含水量一般是指土壤绝对含水量，即100g烘干土中含有若干克水分，也称土壤含水率。测定土壤含水量可掌握作物对水的需要情况，对农业生产有很重要的指导意义。一般采用烘干称重法测量土壤含水量，具体有恒温箱烘干法、酒精燃烧法、红外线烘干法等。现有的烘干称重法在测量时需要的烘干设备携带不方便。在测量时，工作人员采样后要将采集的土壤搬运到烘干设备进行烘干，在搬运途中会造成土壤中水分蒸发从而使得测量结果存在不同程度的误差。
发明内容
为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种方便携带的土壤检测装置，采用该土壤检测装置的土壤含水量及容重检测方法测试准确度高。
为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：
一种土壤检测装置，包括：提手、用于夹持包裹土壤的环刀的夹持装置、用于测量被环刀包裹的土壤的重量的拉力传感器、主机体、两个对射式微波传感器、固定管、两个活动杆和两个传感器支撑杆；拉力传感器连接提手和主机体；固定管固定至主机体；固定管套接在活动杆的外周；活动杆相对于固定管滑动；两个传感器支撑杆分别固定至两个活动杆；两个对射式微波传感器分别安装至两个传感器支撑杆；两个对射式微波传感器位于夹持装置的夹持的环刀的两侧；主机体安装有用于显示检测结果的显示屏。
进一步地，土壤检测装置还包括用于调节对射式微波传感器相对于传感器支撑杆的位置的传感器位置调节装置；传感器位置调节装置包括：传感器安装板、导向杆、圆柱销和扳柄；对射式微波传感器固定至传感器安装板；传感器支撑杆形成有导向导向杆运动的滑槽；导向杆穿过滑槽；导向杆的一端固定至传感器安装板；导向杆的另一端通过圆柱销固定至扳柄；扳柄形成有用于与传感器支撑杆接触的偏心轮；偏心轮和传感器安装板从两侧夹持传感器支撑杆从而将对射式微波传感器固定至传感器支撑杆。
进一步地，活动杆的一端固定至传感器支撑杆；活动杆和对射式微波传感器位于传感器支撑杆的同侧。
进一步地，传感器支撑杆形成有多个刻度线；传感器安装板形成有指示刻度线的箭头标志。
进一步地，夹持装置包括固定夹爪和活动夹爪；活动夹爪相对于固定夹爪运动从两侧夹持环刀。
进一步地，固定夹爪固定至主机体；活动夹爪转动连接至主机体。
进一步地，夹持装置还包括弹簧；弹簧对活动夹爪施加作用力从而使活动夹爪和固定夹爪夹持环刀。
进一步地，弹簧的一端接触主机体，弹簧的另一端接触活动夹爪；活动夹爪形成有供用户克服弹簧的作用力带动活动夹爪相对于主机体运动的操作部。
进一步地，土壤检测装置包括两个夹持装置；两个夹持装置位于两个对射式微波传感器之间；两个夹持装置的活动夹爪位于活动杆的同侧。
一种采用上述土壤检测装置的土壤含水量及土壤容重的方法包括以下步骤：
向远离固定管的方向分别移动两个活动杆增大两个对射式微波传感器之间的距离；
将带有土的环刀放置在两个对射式微波传感器之间；采用夹持装置夹持环刀；
向靠近固定管的方向分别移动两个活动杆以使两个对射式微波传感器分别贴合环刀包裹的土壤；
握持提手提起土壤检测装置；从显示屏读取含水量及容重数据。
发明的有益之处在于：土壤含水量及容重检测方法和土壤检测装置，测量准确度高。
在土壤中取出环刀后，可以直接采用土壤检测装置进行土壤含水量及容重的测量。
附图说明
图1是本发明土壤检测装置结构的示意图；
图2是图1中土壤检测装置的传感器位置调节装置结构的示意图；
图3是图1中土壤检测装置的传感器支撑杆的示意图；
图4是图1中土壤检测装置的夹持装置结构的示意图。
土壤检测装置100，提手101，夹持装置102，拉力传感器103，主机体104，对射式微波传感器105，固定管106，活动杆107，传感器支撑杆108，显示屏109，传感器位置调节装置110，传感器安装板111，导向杆112，圆柱销113，扳柄114，偏心轮115，刻度线116，箭头标志117，固定夹爪118，活动夹爪119，弹簧120，操作部121，环刀200。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作具体的介绍。
如图1至图4所示，一种土壤检测装置100，包括：提手101、用于夹持包裹土壤的环刀200的夹持装置102、用于测量被环刀200包裹的土壤的重量的拉力传感器103、主机体104、两个对射式微波传感器105、固定管106、两个活动杆107和两个传感器支撑杆108；拉力传感器103连接提手101和主机体104；固定管106固定至主机体104；固定管106套接在活动杆107的外周；活动杆107相对于固定管106滑动；两个传感器支撑杆108分别固定至两个活动杆107；两个对射式微波传感器105分别安装至两个传感器支撑杆108；两个对射式微波传感器105位于夹持装置102的夹持的环刀200的两侧；主机体104安装有用于显示检测结果的显示屏109。
作为一种优选的实施方式，土壤检测装置100还包括用于调节对射式微波传感器105相对于传感器支撑杆108的位置的传感器位置调节装置110；传感器位置调节装置110包括：传感器安装板111、导向杆112、圆柱销113和扳柄114；对射式微波传感器105固定至传感器安装板111；传感器支撑杆108形成有导向导向杆112运动的滑槽122；导向杆112穿过滑槽122；导向杆112的一端固定至传感器安装板111；导向杆112的另一端通过圆柱销113固定至扳柄114；扳柄114形成有用于与传感器支撑杆108接触的偏心轮115；偏心轮115和传感器安装板111从两侧夹持传感器支撑杆108从而将对射式微波传感器105固定至传感器支撑杆108。
作为一种优选的实施方式，活动杆107的一端固定至传感器支撑杆108；活动杆107和对射式微波传感器105位于传感器支撑杆108的同侧。
作为一种优选的实施方式，传感器支撑杆108形成有多个刻度线116；传感器安装板111形成有指示刻度线116的箭头标志117。
作为一种优选的实施方式，夹持装置102包括固定夹爪118和活动夹爪119；活动夹爪119相对于固定夹爪118运动从两侧夹持环刀200。
作为一种优选的实施方式，固定夹爪118固定至主机体104；活动夹爪119转动连接至主机体104。
作为一种优选的实施方式，夹持装置102还包括弹簧120；弹簧120对活动夹爪119施加作用力从而使活动夹爪119和固定夹爪118夹持环刀200。
作为一种优选的实施方式，弹簧120的一端接触主机体104，弹簧120的另一端接触活动夹爪119；活动夹爪119形成有供用户克服弹簧120的作用力带动活动夹爪119相对于主机体104运动的操作部121。
作为一种优选的实施方式，土壤检测装置100包括两个夹持装置102；两个夹持装置102位于两个对射式微波传感器105之间；两个夹持装置102的活动夹爪119位于活动杆107的同侧。
土壤检测装置100检测土壤含水量及土壤容重的方法包括以下步骤：
向远离固定管106的方向分别移动两个活动杆107增大两个对射式微波传感器105之间的距离；
将带有土的环刀200放置在两个对射式微波传感器105之间；
采用夹持装置102夹持环刀200；向靠近固定管106的方向分别移动两个活动杆107以使两个对射式微波传感器105分别贴合环刀200包裹的土壤；
握持提手101提起土壤检测装置100；从显示屏109读取含水量及容重数据。
工作原理：使用土壤检测装置100时，提起提手101，先用拉力传感器103检测土壤检测装置100和环刀200的自重并将自重数据作为初始数据归零。
作为一种具体的实施方式，对射式微波传感器105采用南京禾信创微波测控技术有限公司的对射式微波传感器。更具体的可以选用HMD-K200型号。
对射式微波传感器105发射电磁波穿透土壤试样。不同介质的介电常数不同，电磁波在不同介质中的传输速度或衰减速度不同。常见的介质的介电常数可参考下表。
常见介质的介电常数表
介质名称 介电常数 介质名称 介电常数
空气 1 干燥煤粉 2.2
洗衣粉 1.1～1.3 石膏 1,8～2.5
液态煤气 1.2～1.7 食用油 2～4
塑料粒 1.5～2 粮食 2.5～4.5
玻璃片 1.2～2.2 干燥沙 3～4
奶粉 1.8～2.2 沥青 4～5
汽油 1.9 水泥 4～6
环乙醇 2 甲醚 5
柴油 2.1 丁醇 11
干燥煤粉 2.2 水 81
水的介电常数远大于是沙土以及空气。也就是说，水含量的多少将影响电磁波在土壤中的传输速度和衰减速度。由于水的介电常数是沙土和空气的几十倍，土壤作为一种混合物，其对电磁波传输速度和衰减速度主要取决于水含量的多少。土壤中含水量与对射式微波传感器105测量的数据成线性关系。例如土壤含水量数据设为Y，对射式微波传感器105的测量数据设为X。可以公式Y＝aX+b表示。a和b为常系数。
在进行土壤含水量和容重测量时，人工操作夹持装置102的操作部121带动活动夹爪119配合固定夹爪118将装有土壤的环刀200夹持住。调节活动杆107相对于固定管106的相对位置使得固定于活动杆107的传感器支撑杆108带动对射式微波传感器105左右运动。当对射式微波传感器105运动至贴近环刀200内的土壤时，扳动两个传感器位置调节装置110的扳柄114，使传感器位置调节装置110可以相对于传感器支撑杆108上下滑动。当其中一个传感器位置调节装置110的箭头标志117指向传感器支撑杆108的刻度线116的某一刻度时，再次扳动扳柄114使得固定于该传感器位置调节装置110的对射式微波传感器105固定在这一刻度位置。按照同样的方法使得固定于其中另一个传感器位置调节装置110的另一个对射式微波传感器105固定在同一刻度位置。以此使得两个对射式微波传感器105处于正对齐的位置进行含水量检测。对射式微波传感器105将检测的数据传输至显示屏109供工作人员读取。
握持提手101将环刀和土壤检测装置100提起来。此时土壤检测装置100和环刀200的自重数据已经被归零，拉力传感器103检测到的重量即为土壤的重量，通过对土壤中的含水量数据和土壤的重量数据进行计算，土壤的总重量乘以含水量即该土壤中的水的重量。土壤的总重量减去水的重量则为土壤的干重。土壤的干重除以土壤的总重量则为土壤的容重。显示屏109显示土壤的容重和含水量供工作人员读取。
通过调节活动杆107和固定管106的相对位置来调节两个对射式微波传感器105之间的距离以使其之间可以容纳不同大小的环刀。通过传感器位置调节装置110可以调节两个对射式微波传感器105和传感器支撑杆108的相对位置。以此，土壤检测装置100可以适用于检测不同尺寸的环刀200采集的土壤。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (2)

1.一种土壤检测装置，其特征在于，包括：提手、用于夹持包裹土壤的环刀的夹持装置、用于测量被环刀包裹的土壤的重量的拉力传感器、主机体、两个对射式微波传感器、固定管、两个活动杆和两个传感器支撑杆；所述拉力传感器连接所述提手和所述主机体；所述固定管固定至所述主机体；所述固定管套接在所述活动杆的外周；所述活动杆相对于所述固定管滑动；两个所述传感器支撑杆分别固定至两个所述活动杆；两个所述对射式微波传感器分别安装至两个所述传感器支撑杆；两个所述对射式微波传感器位于所述夹持装置的夹持的环刀的两侧；所述主机体安装有用于显示检测结果的显示屏；
所述土壤检测装置还包括用于调节所述对射式微波传感器相对于所述传感器支撑杆的位置的传感器位置调节装置；所述传感器位置调节装置包括：传感器安装板、导向杆、圆柱销和扳柄；所述对射式微波传感器固定至所述传感器安装板；所述传感器支撑杆形成有导向所述导向杆运动的滑槽；所述导向杆穿过所述滑槽；所述导向杆的一端固定至所述传感器安装板；所述导向杆的另一端通过所述圆柱销固定至所述扳柄；所述扳柄形成有用于与所述传感器支撑杆接触的偏心轮；所述偏心轮和所述传感器安装板从两侧夹持所述传感器支撑杆从而将所述对射式微波传感器固定至所述传感器支撑杆；
所述活动杆的一端固定至所述传感器支撑杆；所述活动杆和所述对射式微波传感器位于所述传感器支撑杆的同侧；
所述传感器支撑杆形成有多个刻度线；所述传感器安装板形成有指示刻度线的箭头标志；
所述夹持装置包括固定夹爪和活动夹爪；所述活动夹爪相对于所述固定夹爪运动从两侧夹持环刀；
所述固定夹爪固定至所述主机体；所述活动夹爪转动连接至所述主机体；
所述夹持装置还包括弹簧；所述弹簧对所述活动夹爪施加作用力从而使所述活动夹爪和所述固定夹爪夹持环刀；
所述弹簧的一端接触所述主机体，所述弹簧的另一端接触所述活动夹爪；所述活动夹爪形成有供用户克服所述弹簧的作用力带动所述活动夹爪相对于主机体运动的操作部；
所述土壤检测装置包括两个所述夹持装置；两个所述夹持装置位于两个所述对射式微波传感器之间；两个所述夹持装置的活动夹爪位于所述活动杆的同侧。
2.一种土壤含水量及容重检测方法，其特征在于：采用如权利要求1所述的土壤检测装置；向远离所述固定管的方向分别移动两个所述活动杆增大两个所述对射式微波传感器之间的距离；将带有土的环刀放置在两个所述对射式微波传感器之间；采用所述夹持装置夹持所述环刀；向靠近所述固定管的方向分别移动两个所述活动杆以使两个所述对射式微波传感器分别贴合环刀包裹的土壤；握持提手提起所述土壤检测装置；从显示屏读取含水量及容重数据。
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