CN111007087A - 一种活立木冻融特性无损检测传感器、系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种活立木冻融特性无损检测传感器、系统及方法，该传感器包括第一环形检测电极、第二环形检测电极、环境温度检测单元、印制电路板和外壳，其中：第一环形检测电极和第二环形检测电极设置有螺杆，第一环形检测电极的螺杆和第二环形检测电极的螺杆通过外壳的接入口进行插入固定，与印制电路板上对应的电极接口进行连接，从而根据环境温度信息，基于驻波率原理，周期性对活立木的含水量和含冰量进行测量；环境温度检测单元用于对环境温度进行检测；印制电路板，用于对环形检测电极采集到的电压差进行处理，以根据环境温度信息，得到活立木的含水量和含冰量。本发明实施例对活立木冻融特性进行检测，具有较高的便利性和检测精度。

Description

一种活立木冻融特性无损检测传感器、系统及方法

技术领域

本发明涉及树木检测技术领域，尤其涉及一种活立木冻融特性无损检测传感器、系统及方法。

背景技术

活立木茎干水分是维持其正常生理活动的基础，当环境温度过低时，耐寒性较差的活立木其茎干水会发生冻结现象，进而引起冻伤甚至冻害从而影响活立木的正常生长，活立木茎体的含水率及含冰率是衡量活立木冻融特性的重要参数。因此对活立木茎体的含水率及含冰率进行实时检测，对研究活立木的冻融特性以及指导农田和林区树木种植具有重要意义。

目前，市场上已有较为成熟的植物茎体含水率传感器，但是这些传感器仅对活立木茎体的含水率进行检测，不能够针对活立木茎体的含水率和含冰率，同时进行准确无损的检测。此外，现有的植物茎体含水率传感器，由于不同类型的传感器之间的检测原理不同，导致测量结果差异较大，并且生产成本较高，难以大规模应用于实际生产。

因此，现在亟需一种活立木冻融特性无损检测传感器、系统及方法及来解决上述问题。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明实施例提供一种活立木冻融特性无损检测传感器、系统及方法。

第一方面，本发明实施例提供了一种活立木冻融特性无损检测传感器，包括第一环形检测电极、第二环形检测电极、环境温度检测单元、印制电路板和外壳，其中：

所述第一环形检测电极和所述第二环形检测电极设置有螺杆，所述第一环形检测电极的螺杆和所述第二环形检测电极的螺杆通过所述外壳上对应的接入口进行插入固定，以使得所述第一环形检测电极的螺杆和所述第二环形检测电极的螺杆与所述印制电路板上对应的电极接口进行连接，从而根据所述环境温度检测单元检测得到的环境温度信息，基于驻波率原理，周期性对活立木的含水量和含冰量进行测量；其中，所述第一环形检测电极和所述第二环形检测电极的环形电极结构设置为可拆卸结构；

所述环境温度检测单元设置在所述印制电路板上，用于对环境温度进行检测，得到环境温度信息；

所述印制电路板设置在所述外壳的内部，用于对所述第一环形检测电极和所述第二环形检测电极采集到的电压差进行处理，以根据所述环境温度信息，得到活立木的含水量和含冰量；

所述外壳为箱体结构，用于固定所述第一环形检测电极和所述第二环形检测电极，以使得所述第一环形检测电极和所述第二环形检测电极的圆心同轴设置，且所述第一环形检测电极和所述第二环形检测电极相互平行。

进一步地，所述印制电路板包括运算放大器，用于对所述第一环形检测电极和所述第二环形检测电极采集到的电压差进行放大处理。

进一步地，所述印制电路板还包括第一滤波电路和第二滤波电路，其中，所述第一滤波电路用于对所述第一环形检测电极的电压信号进行滤波处理，所述第二滤波电路用于对所述第二环形检测电极的电压信号进行滤波处理。

进一步地，所述第一环形检测电极和第二环形检测电极上设置有调节旋钮，用于对所述第一环形检测电极和第二环形检测电极的测量直径进行调节。

第二方面，本发明实施例提供了一种活立木冻融特性无损检测系统，包括：

上位机模块、通信模块、存储模块和根据第一方面所述活立木冻融特性无损检测传感器；

所述上位机模块，用于对所述活立木冻融特性无损检测传感器测量得到的活立木含水量、含冰量和环境温度信息进行分析，得到活立木冻融特性数据；

所述通信模块，用于将所述存储模块中的活立木含水量、含冰量和环境温度信息发送到所述上位机模块，并将接收到的测量指令发送到所述活立木冻融特性无损检测传感器；

所述存储模块设置在所述活立木冻融特性无损检测传感器内部，用于对所述活立木冻融特性无损检测传感器测量得到的活立木含水量、含冰量和环境温度信息进行存储；

所述活立木冻融特性无损检测传感器，用于周期性获取活立木含水量、含冰量和环境温度信息。

进一步地，所述系统还包括供电模块和人机互动模块，其中：

所述供电模块，包括太阳能光伏板、控制器和铅酸电池，用于为所述上位机模块、所述存储模块、所述通信模块和所述活立木冻融特性无损检测传感器供电；

所述人机互动模块，用于获取测量指令，并通过显示终端实时对活立木冻融特性的检测结果进行展示。

第三方面，本发明实施例提供了一种基于第二方面所述的活立木冻融特性无损检测系统的活立木冻融特性无损检测方法，包括：

周期性获取活立木的含水量信息和环境温度信息，并根据所述环境温度信息，对所述含水量信息进行判断分析，分别得到活立木的结冰点含水量和冻融期间含水量；

根据所述结冰点含水量和冻融期间含水量，得到预设时间段内活立木的含水量变化值；

根据活立木的含水量变化值，得到活立木冻融期间的含冰量，以获取活立木冻融特性。

进一步地，在所述周期性获取活立木的含水量信息和环境温度信息之后，所述方法还包括：

对所述含水量信息和所述环境温度信息进行消抖滤波法处理，得到滤波处理后的含水量信息和环境温度信息，以用于对活立木的冻融特性进行检测。

第四方面，本发明实施例提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如第三方面所提供的方法的步骤。

第五方面，本发明实施例提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如第三方面所提供的方法的步骤。

本发明实施例提供的一种活立木冻融特性无损检测传感器、系统及方法，通过双环形检测电极和环境温度检测单元，构建基于驻波率原理的传感器，实时检测并分析活立木茎干的含水量、含冰量与环境温度之间的关系，从而实现对活立木冻融特性进行检测，能够有效地解决活立木冻融特性的无损检测问题，具有较高的便利性和检测精度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的活立木冻融特性无损检测传感器的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的印制电路板的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的印制电路板的测量电路结构示意图；

图4为本发明实施例提供的活立木冻融特性无损检测系统的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的活立木冻融特性无损检测方法的流程示意图；

图6为本发明实施例提供的电子设备结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明实施例提供的活立木冻融特性无损检测传感器的结构示意图，如图1所示，本发明实施例提供了一种活立木冻融特性无损检测传感器，包括第一环形检测电极101、第二环形检测电极102、环境温度检测单元103、印制电路板104和外壳105，其中：

所述第一环形检测电极101和所述第二环形检测电极102设置有螺杆106，所述第一环形检测电极101的螺杆106和所述第二环形检测电极102的螺杆106通过所述外壳105上对应的接入口进行插入固定，以使得所述第一环形检测电极101的螺杆106和所述第二环形检测电极102的螺杆106与所述印制电路板104上对应的电极接口进行连接，从而根据所述环境温度检测单元103检测得到的环境温度信息，基于驻波率原理，周期性对活立木的含水量和含冰量进行测量；其中，所述第一环形检测电极101和所述第二环形检测电极102的环形电极结构设置为可拆卸结构；

所述环境温度检测单元103设置在所述印制电路板104上，用于对环境温度进行检测，得到环境温度信息；

所述印制电路板104设置在所述外壳105的内部，用于对所述第一环形检测电极101和所述第二环形检测电极102采集到的电压差进行处理，以根据所述环境温度信息，得到活立木的含水量和含冰量；

所述外壳105为箱体结构，用于固定所述第一环形检测电极101和所述第二环形检测电极102，以使得所述第一环形检测电极101和所述第二环形检测电极102的圆心同轴设置，且所述第一环形检测电极101和所述第二环形检测电极102相互平行。

在本发明实施例中，基于驻波率原理研发的驻波率阻抗传感器，即活立木冻融特性无损检测传感器，其用于检测活立木的含水量和含冰量的检测探头为一对环形检测电极，采用200MHz信号源，由于印制电路板上的同轴传输线与环形检测电极连接处的阻抗不匹配，使得电磁波信号发生信号反射，导致反射信号波与入射信号波在同轴传输线上相遇叠加形成驻波，通过检测同轴传输线两端的电压差，结合环境温度信息，从而获取活立木茎干的含水量及含冰量，实现活立木冻融特性的无损检测。需要说明的是，在本发明实施例中，以一天作为周期，周期性分析活立木茎干的含水量、含冰量和环境温度的数据集，统计活立木茎干的含水量及含冰量随环境温度的变化情况，计算冻结指数，从而评估不同树种的活立木的冻融特性；其中，环形检测电极为金属材质，为直径可调节金属环以适应不同胸径的活立木，以使得环形检测电极与活立木紧密贴合，实现无损检测，另外，环形检测电极为可拆卸结构，可将环形检测电极一侧设置为转动轴连接，对端设置有拆卸接口，当需要对树干进行测量时，转动轴逐渐向外扩展，使得对端的拆卸接口打开，使得环形检测电极的一端为开启状态，以使得将树干置于环形检测电极中，再通过调节转动轴，使得环形检测电极闭合，完成后续对活立木冻融特性的检测。

进一步地，图2为本发明实施例提供的印制电路板的结构示意图，如图2所示，在印制电路板上设置有电极接口201、电源接口202和信号接口203，印制电路板的长宽分别为74mm和30mm，电极接口201用于安装环形检测电极，环形检测电极的螺杆通过外壳接入口进行固定，再通过螺杆和电极接口201进行连接，两个电极接口201的间距为24mm，电源接口202用于接入外部电源，信号接口203用于输出测量信号。本发明实施例提供活立木冻融特性无损检测传感器输出0～2.5V的模拟信号，环形检测电极由ASTM 304不锈钢材料制成，宽度为12.6mm，厚度为0.65mm。优选地，在本发明实施例中，在环形检测电极上设置调节旋钮，使得环形检测电极的直径在21～95mm范围内可调，从而可以适应不同直径的茎干。

本发明实施例提供的一种活立木冻融特性无损检测传感器，通过双环形检测电极和环境温度检测单元，构建基于驻波率原理的传感器，实时检测并分析活立木茎干的含水量、含冰量与环境温度之间的关系，从而实现对活立木冻融特性进行检测，能够有效地解决活立木冻融特性的无损检测问题，具有较高的便利性和检测精度。

在上述实施例的基础上，所述印制电路板包括运算放大器，用于对所述第一环形检测电极和所述第二环形检测电极采集到的电压差进行放大处理。

图3为本发明实施例提供的印制电路板的测量电路结构示意图，可参考图3所示，当测量电路上的同轴传输线长度为有源晶振电磁波长度的1/4时，同轴传输线两端具有最大的输出电压，但是电压值和电压波动范围依然较小，降低了传感器的分辨率，在本发明实施例中，印制电路板的测量电路设置有运算放大器，通过对同轴传输线两端的电压进行放大处理，从而提高活立木冻融特性无损检测传感器的分辨率。

在上述实施例的基础上，所述印制电路板还包括第一滤波电路和第二滤波电路，其中，所述第一滤波电路用于对所述第一环形检测电极的电压信号进行滤波处理，所述第二滤波电路用于对所述第二环形检测电极的电压信号进行滤波处理。

在本发明实施例中，可参考图3所示，在运算放大器和同轴传输线之间还设置有一组滤波电路，分别对同轴传输线两端的电压信号进行滤波处理，以根据滤波处理后的电压信号，获取活立木的含水量和含冰量。优选地，在本发明实施例中，环境温度检测单元与印制电路板之间也设置有滤波电路，用于对环境温度检测单元采集到的环境温度信号进行滤波处理，从而得到更加准确的环境温度信息。

具体地，在本发明一实施例中，印制电路板上设置有滤波计数器，该滤波计数器的计数上限值为K，当活立木冻融特性无损检测传感器对待检测活立木的冻融特性进行检测时，具体步骤为：步骤1，将第一个采样点作为当前有效值；步骤2，然将下一次采样点的采样值和当前有效值进行比较，若下一次采样点的采样值等于当前有效值，则将滤波计数器进行清零；若下一次采样点的采样值不等于当前有效值，则将滤波计数器的计数加1，并判断滤波计数器的计数量是否大于等于上限值K，若大于等于上限值K，则将本次采样点的采样值作为新的当前有效值，并将滤波计数器进行清零；步骤3，判断当前滤波采样点是否为数据集最后一个采样点，若不是，则对下一个采样点进行滤波，并重复步骤1至步骤2；若是，则结束滤波，输出得到滤波后的数据集，以根据滤波处理后的数据集获取活立木的含水量和含冰量。

在上述实施例的基础上，所述第一环形检测电极和第二环形检测电极上设置有调节旋钮，用于对所述第一环形检测电极和第二环形检测电极的测量直径进行调节。

在本发明实施例中，环形检测电极的螺杆对端处设置有调节旋钮，用于对环形检测电极的测量直径进行调节，并且在调节旋钮处还设置有拆卸接口，当需要将活立木置于环形检测电极中时，通过调节旋钮逐渐扩大环形检测电极的测量直径，从而使得调节旋钮处的环形检测电极拆开，从而将活立木的树干置于环形检测电极中。

图4为本发明实施例提供的活立木冻融特性无损检测系统的结构示意图，如图4所示，本发明实施例提供了一种活立木冻融特性无损检测系统，包括：

上位机模块401、通信模块402、存储模块403和上述实施例提供的活立木冻融特性无损检测传感器404；

所述上位机模块401，用于对所述活立木冻融特性无损检测传感器404测量得到的活立木含水量、含冰量和环境温度信息进行分析，得到活立木冻融特性数据；

所述通信模块402，用于将所述存储模块403中的活立木含水量、含冰量和环境温度信息发送到所述上位机模块401，并将接收到的测量指令发送到所述活立木冻融特性无损检测传感器404；

所述存储模块403设置在所述活立木冻融特性无损检测传感器404内部，用于对所述活立木冻融特性无损检测传感器404测量得到的活立木含水量、含冰量和环境温度信息进行存储；

所述活立木冻融特性无损检测传感器404，用于周期性获取活立木含水量、含冰量和环境温度信息。

在本发明实施例中，活立木冻融特性无损检测传感器404还包括有滤波单元，用于对活立木的含水量、含冰量以及环境温度信息的数据集进行滤波处理，上位机模块401通过对活立木的含水量、含冰量以及环境温度信息的数据集进行分析，获取具体的活立木茎干含水量、含冰量及环境温度信息等参数，从而定位活立木冻融特性，分析活立木的生长状况。优选地，在本发明实施例中，通信模块402采用GPRS或者4G网络进行无线通信，每2分钟将活立木茎干的含水量、含冰量和环境温度信息的数据集发送到上位机模块401；存储模块403中内置有SD存储卡，每2分钟对活立木冻融特性无损检测传感器404获取到的活立木含水量、含冰量和环境温度信息进行存储，以使得用户直接通过SD存储卡在测量现场获取实时数据。

本发明实施例提供的一种活立木冻融特性无损检测系统，通过双环形检测电极和环境温度检测单元，构建基于驻波率原理的传感器，实时检测并分析活立木茎干的含水量、含冰量与环境温度之间的关系，从而实现对活立木冻融特性进行检测，能够有效地解决活立木冻融特性的无损检测问题，具有较高的便利性和检测精度。

在上述实施例的基础上，所述系统还包括供电模块和人机互动模块，其中：

所述供电模块，包括太阳能光伏板、控制器和铅酸电池，用于为所述上位机模块、所述存储模块、所述通信模块和所述活立木冻融特性无损检测传感器供电；

所述人机互动模块，用于获取测量指令，并通过显示终端实时对活立木冻融特性的检测结果进行展示。

图5为本发明实施例提供的活立木冻融特性无损检测方法的流程示意图，如图5所示，本发明实施例提供了一种活立木冻融特性无损检测方法，包括：

步骤501，周期性获取活立木的含水量信息和环境温度信息，并根据所述环境温度信息，对所述含水量信息进行判断分析，分别得到活立木的结冰点含水量和冻融期间含水量；

步骤502，根据所述结冰点含水量和冻融期间含水量，得到预设时间段内活立木的含水量变化值；

步骤503，根据活立木的含水量变化值，得到活立木冻融期间的含冰量，以获取活立木冻融特性。

在本发明实施例中，由于活立木茎干组织的化学成分极其复杂，可将其视作固相、液相和气相三相混合的多孔介质，其介电特性可以用表观介电常数来表征。对于活立木茎干组织，固相成分主要为纤维素，其相对介电常数一般约为3，液相成分主要为水分，其常温下的相对介电常数为81，气相成分主要为空气，其相对介电常数约为1。相对于固相和气相成分，液相成分的相对介电常数起到主导作用，即活立木茎干组织的表观介电常数主要由茎干含水量决定。因此，可以通过上述实施例提供的活立木冻融特性无损检测系统，测量活立木茎干组织的特征阻抗，进而得到茎干组织的表观介电常数，最后计算出茎干组织的含水量。进一步地，在冻融过程中，由于活立木茎干的含水量会发生明显变化，可通过同时检测环境温度和茎干含水量的变化速率，来判断冻结点和融化点。定义单位时间内，活立木茎干的含水量变化值为M，当环境温度下降到0摄氏度或以下时，且M达到预设值K时，此时，活立木茎干的水分发生冻结现象，即结冰点。同理当环境温度上升到0摄氏度或以上时，且M达到预设值N时，则发生融化现象，通过结冰点含水量和冻融期间含水量，得到活立木茎干的含冰量。

具体地，在本发明实施例中，可参考图3所示，通过活立木冻融特性无损检测传感器周期性对活立木的含水量进行测量，当被测的茎干组织含水量发生变化时，茎干组织的特征阻抗也会随之变化，进而导致环形电极阻抗也发生变化，并使得传感器的输出电压产生变化，最终测量得到传感器的输出电压即为检测出活立木茎干组织的含水量，含水量测量公式为：

其中，θ表示活立木的含水量，ΔU表示传感器的输出电压，β₀表示电压信号放大倍数，Z_C表示同轴传输线阻抗，Z_L表示环形检测电极阻抗，a表示衰减常数。

进一步地，根据结冰点时的茎干体积含水量及冻融期间茎干体积含水量，可以计算得到冻融过程中体积含冰量的变化。根据冻融过程中的茎干体积含水量的变化，获取得到茎干中的冰的质量为：

M_ice＝(θ_A-θ_x)*V_st*ρ^w；

其中，M_ice表示活立木茎干中冰的质量，θ_A表示结冰点时的茎干体积含水量，θ_x表示冻融期间的茎干体积含水量，V_st表示茎干体积，ρ^W表示水密度。

根据活立木茎干中冰的质量，进一步获取活立木茎干的体积含冰量，公式为：

其中，θ_ice表示活立木茎干的体积含冰量，V_ice表示茎干中冰的体积，ρ^ice表示冰密度。根据上述实施例中的公式，获取在环境温度发生变化时活立木冻融特性。

本发明实施例提供的一种活立木冻融特性无损检测方法，通过双环形检测电极和环境温度检测单元，构建基于驻波率原理的传感器，实时检测并分析活立木茎干的含水量、含冰量与环境温度之间的关系，从而实现对活立木冻融特性进行检测，能够有效地解决活立木冻融特性的无损检测问题，具有较高的便利性和检测精度。

在上述实施例的基础上，在所述周期性获取活立木的含水量信息和环境温度信息之后，所述方法还包括：

对所述含水量信息和所述环境温度信息进行消抖滤波法处理，得到滤波处理后的含水量信息和环境温度信息，以用于对活立木的冻融特性进行检测。

在本发明实施例中，现有的滤波方法，例如，均值滤波、中值滤波、维纳滤波和小波滤波等方法均可对含水量信息和环境温度信息进行滤波处理，然而，由于冻融特性的相关参数变化缓慢的，这些滤波方法存在阈值选取影响较大等缺点，导致滤波效果较差，优选地，在本发明实施例中，通过消抖滤波法，对含水量信息和环境温度信息进行滤波处理，对变化缓慢的被测参数有较好的滤波效果。

图6为本发明实施例提供的电子设备结构示意图，参照图6，该电子设备可以包括：处理器(processor)601、通信接口(Communications Interface)602、存储器(memory)603和通信总线604，其中，处理器601，通信接口602，存储器603通过通信总线604完成相互间的通信。处理器601可以调用存储器603中的逻辑指令，以执行如下方法：周期性获取活立木的含水量信息和环境温度信息，并根据所述环境温度信息，对所述含水量信息进行判断分析，分别得到活立木的结冰点含水量和冻融期间含水量；根据所述结冰点含水量和冻融期间含水量，得到预设时间段内活立木的含水量变化值；根据活立木的含水量变化值，得到活立木冻融期间的含冰量，以获取活立木冻融特性。

此外，上述的存储器603中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

另一方面，本发明实施例还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各实施例提供的活立木冻融特性无损检测方法，例如包括：周期性获取活立木的含水量信息和环境温度信息，并根据所述环境温度信息，对所述含水量信息进行判断分析，分别得到活立木的结冰点含水量和冻融期间含水量；根据所述结冰点含水量和冻融期间含水量，得到预设时间段内活立木的含水量变化值；根据活立木的含水量变化值，得到活立木冻融期间的含冰量，以获取活立木冻融特性。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种活立木冻融特性无损检测传感器，其特征在于，包括第一环形检测电极、第二环形检测电极、环境温度检测单元、印制电路板和外壳，其中：

所述第一环形检测电极和所述第二环形检测电极设置有螺杆，所述第一环形检测电极的螺杆和所述第二环形检测电极的螺杆通过所述外壳上对应的接入口进行插入固定，以使得所述第一环形检测电极的螺杆和所述第二环形检测电极的螺杆与所述印制电路板上对应的电极接口进行连接，从而根据所述环境温度检测单元检测得到的环境温度信息，基于驻波率原理，周期性对活立木的含水量和含冰量进行测量；其中，所述第一环形检测电极和所述第二环形检测电极的环形电极结构设置为可拆卸结构；

所述环境温度检测单元设置在所述印制电路板上，用于对环境温度进行检测，得到环境温度信息；

所述印制电路板设置在所述外壳的内部，用于对所述第一环形检测电极和所述第二环形检测电极采集到的电压差进行处理，以根据所述环境温度信息，得到活立木的含水量和含冰量；

所述外壳为箱体结构，用于固定所述第一环形检测电极和所述第二环形检测电极，以使得所述第一环形检测电极和所述第二环形检测电极的圆心同轴设置，且所述第一环形检测电极和所述第二环形检测电极相互平行。

2.根据权利要求1所述的活立木冻融特性无损检测传感器，其特征在于，所述印制电路板包括运算放大器，用于对所述第一环形检测电极和所述第二环形检测电极采集到的电压差进行放大处理。

3.根据权利要求1所述的活立木冻融特性无损检测传感器，其特征在于，所述印制电路板还包括第一滤波电路和第二滤波电路，其中，所述第一滤波电路用于对所述第一环形检测电极的电压信号进行滤波处理，所述第二滤波电路用于对所述第二环形检测电极的电压信号进行滤波处理。

4.根据权利要求1所述的活立木冻融特性无损检测传感器，其特征在于，所述第一环形检测电极和第二环形检测电极上设置有调节旋钮，用于对所述第一环形检测电极和第二环形检测电极的测量直径进行调节。

5.一种活立木冻融特性无损检测系统，其特征在于，包括：

上位机模块、通信模块、存储模块和根据权利要求1至4任一项所述活立木冻融特性无损检测传感器；

所述上位机模块，用于对所述活立木冻融特性无损检测传感器测量得到的活立木含水量、含冰量和环境温度信息进行分析，得到活立木冻融特性数据；

所述通信模块，用于将所述存储模块中的活立木含水量、含冰量和环境温度信息发送到所述上位机模块，并将接收到的测量指令发送到所述活立木冻融特性无损检测传感器；

所述存储模块设置在所述活立木冻融特性无损检测传感器内部，用于对所述活立木冻融特性无损检测传感器测量得到的活立木含水量、含冰量和环境温度信息进行存储；

所述活立木冻融特性无损检测传感器，用于周期性获取活立木含水量、含冰量和环境温度信息。

6.根据权利要求5所述的活立木冻融特性无损检测系统，其特征在于，所述系统还包括供电模块和人机互动模块，其中：

所述供电模块，包括太阳能光伏板、控制器和铅酸电池，用于为所述上位机模块、所述存储模块、所述通信模块和所述活立木冻融特性无损检测传感器供电；

所述人机互动模块，用于获取测量指令，并通过显示终端实时对活立木冻融特性的检测结果进行展示。

7.一种基于权利要求5或6所述的活立木冻融特性无损检测系统的活立木冻融特性无损检测方法，其特征在于，包括：

周期性获取活立木的含水量信息和环境温度信息，并根据所述环境温度信息，对所述含水量信息进行判断分析，分别得到活立木的结冰点含水量和冻融期间含水量；

根据所述结冰点含水量和冻融期间含水量，得到预设时间段内活立木的含水量变化值；

根据活立木的含水量变化值，得到活立木冻融期间的含冰量，以获取活立木冻融特性。

8.根据权利要求7所述的活立木冻融特性无损检测方法，其特征在于，在所述周期性获取活立木的含水量信息和环境温度信息之后，所述方法还包括：

对所述含水量信息和所述环境温度信息进行消抖滤波法处理，得到滤波处理后的含水量信息和环境温度信息，以用于对活立木的冻融特性进行检测。

9.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求7至8任一项所述活立木冻融特性无损检测方法的步骤。

10.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现如权利要求7至8任一项所述活立木冻融特性无损检测方法的步骤。

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