CN111537567B - 一种管针式土壤含水率检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种管针式土壤含水率检测方法，包括检测器本体和探测杆，其特征在于：所述检测器本体下端连接有探测杆，所述检测器本体上表面设置有控制面板，所述探测杆下端采用尖锐状形式设计，所述探测杆下端外壁嵌入安装有呈环形状分布的高频电极片，所述高频电极片表面与探测杆下端外壁保持贴合，所述探测杆下端外壁嵌入开设有探测口，所述探测口内部嵌入安装有防护网以及渗透膜，所述探测杆下端内部设置有对称分布的高频电极式触点，所述检测器本体内部包括电源模块、高频电压发生器、电压测量器以及微处理器。本发明通过高频电极片对土壤中的水分进行电离，通过检测高频电极式触点之间的导电率对含水率进行快速有效的测量。

Description

一种管针式土壤含水率检测方法
技术领域
本发明涉及土壤检测技术领域，具体为一种管针式土壤含水率检测方法。
背景技术
土壤含水量是土壤中所含水分的数量。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。土壤含水率是农业生产中一重要参数，其主要方法有称重法，张力计法，电阻法，中子法，r-射线法，驻波比法，时域反射击法及光学法等。土壤中水分含量称之为土壤含水率，是由土壤三相体中水分所占的相对比例表示的，通常采用重量含水率和体积含水率两种表示方法。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。
经过海量检索，发现现有技术公开号为CN103592338B，公开了一种基于频域反射法的管针式土壤含水率检测方法及装置，涉及土壤含水率检测技术领域。以高频信号作为激励信号，根据电磁波传输理论中阻抗匹配的原理，测量高频衰减信号幅值，以反映待测土壤和探头阻抗的变化；同时测量土壤的容积密度和温度，根据含水率与高频衰减信号幅值、温度和容积密度的函数关系或温度和容积密度对含水率的修正方法，精确地获得土壤的含水率。基于该方法的装置包括管针式土壤含水率探头、50Ω同轴连接线、高频信号激励电路、电压检测电路、温度传感器、质量传感器、电源模块、微处理器和显示模块。利用本发明可消除土壤温度和容积密度对土壤含水率测量的影响，实现土壤含水率的准确、快速测量，且成本低。
综上所述，现有的含水率检测装置才对土壤的含水率进行检测过程中，对于含水率较低的土壤的检测效果不够明显，会导致检测数字不够精确，从而不能对含水率进行准确的进行测量，从而降低了检测设备的实用性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种管针式土壤含水率检测方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种管针式土壤含水率检测装置，包括检测器本体和探测杆，其特征在于：所述检测器本体下端连接有探测杆，所述检测器本体上表面设置有控制面板。
优选的，所述探测杆下端采用尖锐状形式设计，所述探测杆下端外壁嵌入安装有呈环形状分布的高频电极片，所述高频电极片表面与探测杆下端外壁保持贴合；
所述探测杆下端外壁嵌入开设有呈圆形阵列分布的探测口，所述探测口内部嵌入安装有防护网以及渗透膜，所述探测杆下端内部设置有对称分布的高频电极式触点，所述高频电极式触点相互贴近，且高频电极式触点之间无直接接触关系。
优选的，所述检测器本体内部包括电源模块、高频电压发生器、电压测量器以及微处理器；
所述微处理器和高频电压发生器均与电源模块电连接；
所述高频电压发生器与高频电极片和高频电极式触点电连接，所述电压测量器的输入端与高频电极式触点两端的输出端电连接；
所述电压测量器的输出端与微处理器的输入端电连接，所述微处理器的输出端与显示屏电连接。
优选的，所述控制面板包括显示屏和按钮，所述按钮和显示屏均与微处理器相连接，所述显示屏与电源模块电连接；
所述检测器本体外壁设置有对称分布的把手，且探测杆外壁设置有刻度。
一种管针式土壤含水率检测方法，包括：
第一步：所述探测杆插入待检测土壤中；
第二步：所述工作人员可通过控制面板表面的按钮将检测器本体开启；
第三步：所述微处理器控制高频电压发生器开始运转，所述高频电压发生器发出高频电压，并将高频电压通过电源线传输至高频电极片以及高频电极式触点；
第四步：所述高频电极片可对土壤中的水分进行电离，使得土壤中水分通过高频电流电离成颗粒更小的水分子；
第五步：所述高频电极片电离产生的水分子可通过探测口的防护网以及渗透膜，水分子进入两个所述高压电极式触点之间的缝隙中，通过水分子作为两个高频电极式触点之间的导电介质；
第六步：所述电压测量器可对两个所述高频电极式触点之间的电压进行测量，并将检测数据传输至微处理器；
第七步：所述微处理器将电压测量器测量结果进行计算，若两个所述高压电极式触点之间的水分子介质越多，则高频电极式触点之间的电压越高，所述微处理器将处理结果通过显示屏进行更加直观的显示。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明通过设置高频电极片，可对待测土壤中的湿气进行电离，使得在土壤中形成更小的水分子，以便于通过渗透膜，透过渗透膜的水分子，可在高频电极式触点间形成导电介质，在土壤比较干燥的情况下，高频电极片能够对稀疏的土壤内部进行更加精确和有效的测量，可适用于土壤含水率低的土壤，可对环境相对干燥的土壤内部进行精准的测量，使用范围更加广泛，实际使用的可靠性更强。
附图说明
图1为本发明的电性连接结构示意图；
图2为本发明的外观主视结构示意图；
图3为本发明的探测杆下端剖视结构示意图。
图中：1、检测器本体；2、探测杆；3、高频电极式触点；4、高频电极片；5、控制面板；6、探测口；7、刻度；8、把手；9、防护网；10、渗透膜。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅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做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。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”“前端”、“后端”、“两端”、“一端”、“另一端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
请参阅图1，本发明提供的一种实施例：
实施例一：一种管针式土壤含水率检测装置，包括检测器本体1和探测杆2，其特征在于：检测器本体1下端连接有探测杆2，检测器本体1上表面设置有控制面板5。
探测杆2下端采用尖锐状形式设计，探测杆2下端外壁嵌入安装有呈环形状分布的高频电极片4，高频电极片4表面与探测杆2下端外壁保持贴合；
探测杆2下端外壁嵌入开设有呈圆形阵列分布的探测口6，探测口6内部嵌入安装有防护网9以及渗透膜10，探测杆2下端内部设置有对称分布的高频电极式触点3，高频电极式触点3相互贴近，且高频电极式触点3之间无直接接触关系，高频电极片4可对土壤中的水分进行电离，使得土壤中水分通过高频电流电离成颗粒更小的水分子，高频电极片4电离产生的水分子可通过探测口6的防护网9以及渗透膜10，水分子进入两个高压电极式触点之间的缝隙中，通过水分子作为两个高频电极式触点3之间的导电介质。
检测器本体1内部包括电源模块、高频电压发生器、电压测量器以及微处理器，高频电压发生器为高频变压器，变压器是变换交流电压、电流和阻抗的器件，当初级线圈中通有交流电流时，铁芯中便产生交流磁通，使次级线圈中感应出电压，变压器由铁芯和线圈组成，线圈有两个或两个以上的绕组，其中接电源的绕组叫初级线圈，其余的绕组叫次级线圈，高频变压器是作为开关电源最主要的组成部分。半桥式功率转换电路，工作时两个开关三极管轮流导通来产生100kHz的高频脉冲波，然后通过高频变压器进行变压，输出交流电，高频变压器各个绕组线圈的匝数比例则决定了输出电压的多少。典型的半桥式变压电路中最为显眼的是三只高频变压器：主变压器、驱动变压器和辅助变压器，每种变压器在国家规定中都有各自的衡量标准；
微处理器和高频电压发生器均与电源模块电连接，微处理器为常用的单片机控制模块，表面集成了中央控制芯片以及数据转换模块，进行对数据的计算以及控制显示屏进行数字的显示；
高频电压发生器与高频电极片4和高频电极式触点3电连接，电压测量器的输入端与高频电极式触点3两端的输出端电连接，电压测量器为电压表，电压表是测量电压的一种仪器。由永磁体、线圈等构成。电压表是个相当大的电阻器，理想的认为是断路，能够对高频电极式触点3之间的电压进行测量，通多电压值的大小来判断高频电极式触点3之间的介质导电率，因此能够体现出作为导电介质的水分子的在土壤中的含量，若高频电极片4电离出来的水分子含量减少，侧高频电极式触点3之间的导电率就低，因此电压测量器的所显示的数值就低；若高频电极片4电离出的水分子较多，高频电极式触点3间的导电率增加，电压测量器检测的数值则会增加，从而可直观的显示出土壤中含水率；
电压测量器的输出端与微处理器的输入端电连接，微处理器的输出端与显示屏电连接。
控制面板5包括显示屏和按钮，按钮和显示屏均与微处理器相连接，显示屏与电源模块电连接；
检测器本体1外壁设置有对称分布的把手8，且探测杆2外壁设置有刻度7。
实施例二：一种管针式土壤含水率检测方法，包括：
第一步：探测杆2插入待检测土壤中；
第二步：工作人员可通过控制面板5表面的按钮将检测器本体1开启；
第三步：微处理器控制高频电压发生器开始运转，高频电压发生器发出高频电压，并将高频电压通过电源线传输至高频电极片4以及高频电极式触点3；
第四步：高频电极片4可对土壤中的水分进行电离，使得土壤中水分通过高频电流电离成颗粒更小的水分子；
第五步：高频电极片4电离产生的水分子可通过探测口6的防护网9以及渗透膜10，水分子进入两个高压电极式触点之间的缝隙中，通过水分子作为两个高频电极式触点3之间的导电介质；
第六步：电压测量器可对两个高频电极式触点3之间的电压进行测量，并将检测数据传输至微处理器；
第七步：微处理器将电压测量器测量结果进行计算，若两个高压电极式触点之间的水分子介质越多，则高频电极式触点3之间的电压越高，微处理器将处理结果通过显示屏进行更加直观的显示。
工作原理：工作人员手持把手8，将检测器本体1下方的探测杆2插入待检测土壤中，工作人员可通过控制面板5表面的按钮将检测器本体1开启，微处理器控制高频电压发生器发出高频电压，并将高频电压通过电源线传输至高频电极片4以及高频电极式触点3，高频电极片4可对土壤中的水分进行电离，使得土壤中水分通过高频电流电离成颗粒更小的水分子，高频电极片4电离产生的水分子可通过探测口6的防护网9以及渗透膜10，水分子进入两个高压电极式触点之间的缝隙中，通过水分子作为两个高频电极式触点3之间的导电介质，电压测量器可对两个高频电极式触点3之间的电压进行测量，并将检测数据传输至微处理器，微处理器将电压测量器测量结果进行计算，若两个高压电极式触点之间的水分子介质越多，则高频电极式触点3之间的电压越高，微处理器将处理结果通过显示屏进行更加直观的显示，在土壤比较干燥的情况下，高频电极片4能够对稀疏的土壤内部进行更加精确和有效的测量，可适用于土壤含水率低的土壤，可对环境相对干燥的土壤内部进行精准的测量，使用范围更加广泛，实际使用的可靠性更强。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (3)

1.一种管针式土壤含水率检测装置，包括检测器本体(1)和探测杆(2)，其特征在于：所述检测器本体(1)下端连接有探测杆(2)，所述检测器本体(1)上表面设置有控制面板(5)；所述探测杆(2)下端采用尖锐状形式设计，所述探测杆(2)下端外壁嵌入安装有呈环形状分布的高频电极片(4)，所述高频电极片(4)表面与探测杆(2)下端外壁保持贴合；所述探测杆(2)下端外壁嵌入开设有呈圆形阵列分布的探测口(6)，所述探测口(6)内部嵌入安装有防护网(9)以及渗透膜(10)，所述探测杆(2)下端内部设置有对称分布的高频电极式触点(3)，所述高频电极式触点(3)相互贴近，且高频电极式触点(3)之间无直接接触关系；所述检测器本体(1)内部包括电源模块、高频电压发生器、电压测量器以及微处理器；所述微处理器和高频电压发生器均与电源模块电连接；所述高频电压发生器与高频电极片(4)和高频电极式触点(3)电连接，所述电压测量器的输入端与高频电极式触点(3)两端的输出端电连接；所述电压测量器的输出端与微处理器的输入端电连接，所述微处理器的输出端与显示屏电连接。
2.根据权利要求1所述的管针式土壤含水率检测装置，其特征在于：所述控制面板(5)包括显示屏和按钮，所述按钮和显示屏均与微处理器相连接，所述显示屏与电源模块电连接；所述检测器本体(1)外壁设置有对称分布的把手(8)，且探测杆(2)外壁设置有刻度(7)。
3.一种利用权利要求1所述管针式土壤含水率检测装置进行土壤含水率检测的方法，其特征在于，所述方法包括：
第一步：将探测杆(2)插入待检测土壤中；
第二步：工作人员能够通过控制面板(5)表面的按钮将检测器本体(1)开启；
第三步：微处理器控制高频电压发生器开始运转，所述高频电压发生器发出高频电压，并将高频电压通过电源线传输至高频电极片(4)以及高频电极式触点(3)；
第四步：高频电极片(4)能够对土壤中的水分进行电离，使得土壤中水分通过高频电流电离成颗粒更小的水分子；
第五步：高频电极片(4)电离产生的水分子能够通过探测口(6)的防护网(9)以及渗透膜(10)，水分子进入两个所述高频电极式触点之间的缝隙中，通过水分子作为两个高频电极式触点(3)之间的导电介质；
第六步：电压测量器能够对两个所述高频电极式触点(3)之间的电压进行测量，并将检测数据传输至微处理器；
第七步：微处理器将电压测量器测量结果进行计算，若两个所述高频电极式触点之间的水分子介质越多，则高频电极式触点(3)之间的电压越高，所述微处理器将处理结果通过显示屏进行更加直观的显示。
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