CN116519782A - 一种分层土壤水分含量测量装置及其测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种分层土壤水分含量测量装置及其测量方法，所述装置包括：外壳、主控单元、感应线圈、发射接收单元和发射接收天线，所述主控单元、发射接收单元和发射接收天线均置于所述外壳内部。本发明所提出的分层土壤水分含量测量装置通过简单的结构特征实现了复杂的分层土壤水分含量测量。该装置在外壳上自上至下设置多个感应线圈，能够实现对不同深度处的待测土壤区域的土壤水分含量进行测量，安装方便、成本低。简单的外壳结构也可以使装置与土壤贴合的更加紧密，使感应线圈发出的射频信号所携带的信息更为准确。
Description
技术领域
本申请涉及土壤水分监测领域，尤其涉及一种分层土壤水分含量测量装置及其测量方法。
背景技术
土壤水分含量是影响农业生产、水利及地灾监测的一个重要参数，土壤水分测量有多种测量方法，应用比较广泛的土壤水分测量有烘干法、针式TDR法、管式FDR法等，其中烘干法操作比较繁琐，一般用于实验室校准，不适于土壤水分实时监测；针式TRD传感器安装复杂，需要刨开土壤进行安装；管式FDR成本较高，需要打孔安装，管体与土壤接触不紧密对测量土壤水分影响很大，故打孔后一般还需要灌浆处理。
发明内容
为解决上述技术问题之一，本发明提供了一种分层土壤水分含量测量装置及其测量方法。
本发明实施例第一方面提供了一种分层土壤水分含量测量装置，所述装置包括：外壳、主控单元、感应线圈、发射接收单元和发射接收天线，所述主控单元、发射接收单元和发射接收天线均置于所述外壳内部；
多个所述感应线圈，自上至下设置在所述外壳的外壁上，用于接收发射接收天线发出的射频信号并反馈射频信号，所述多个感应线圈反馈的射频信号的变化与土壤水分含量的变化相关；
所述发射接收天线，用于向所述多个感应线圈发出射频信号，并接收所述多个感应线圈发出的射频信号；
所述发射接收单元，用于将所述发射接收天线接收的射频信号进行处理；
所述主控单元，用于根据处理后的射频信号获得分层土壤水分含量。
优选地，所述多个感应线圈等间距的设置在所述外壳的外壁上。
优选地，所述外壳的外壁上开设有固定槽，所述感应线圈嵌入在所述固定槽中。
优选地，所述外壳为锥形结构。
优选地，所述外壳为防水耐腐蚀外壳。
本发明实施例第二方面提供了一种分层土壤水分含量测量装置的测量方法，所述方法包括：
将所述分层土壤水分含量测量装置插入至待测土壤区域中；
发射接收天线向多个感应线圈发出射频信号；
处于不同深度处的多个感应线圈接收所述发射接收天线的射频信号并反馈射频信号；
发射接收天线接收所述多个感应线圈反馈的射频信号，并将所述反馈的射频信号发送至发射接收单元；
发射接收单元对所述反馈的射频信号进行处理获得参数信息；
主控单元根据所述参数信息获得分层土壤水分含量。
优选地，所述参数信息包括频率、振幅和强度值。
优选地，所述获得分层土壤水分含量的过程包括：
主控单元根据所述参数信息获得发射接收天线与感应线圈之间的待测土壤区域的总土壤水分含量；
根据所述总土壤水分含量获得每个感应线圈所在深度处的分层土壤水分含量。
优选地，获得所述总土壤水分含量的过程包括：
主控单元通过对所述参数信息进行多参数拟合或神经元网络机器学习处理获得发射接收天线与感应线圈之间的待测土壤区域的总土壤水分含量。
优选地，所述获得分层土壤含水量的过程包括：
主控单元对所述总土壤水分含量进行差分计算处理，获得每个感应线圈所在深度处的分层土壤水分含量。
本发明的有益效果如下：本发明所提出的分层土壤水分含量测量装置通过简单的结构特征实现了复杂的分层土壤水分含量测量。该装置在外壳上自上至下设置多个感应线圈，能够实现对不同深度处的待测土壤区域的土壤水分含量进行测量，安装方便、成本低。简单的外壳结构也可以使装置与土壤贴合的更加紧密，使感应线圈发出的射频信号所携带的信息更为准确。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例1所述的分层土壤水分含量测量装置的结构示意图；
图2为本发明实施例2所述的分层土壤水分含量测量装置的测量方法的流程图。
附图标记：
1、外壳，2、主控单元，3、感应线圈，4、发射接收单元，5、发射接收天线。
具体实施方式
为了使本申请实施例中的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本申请的示例性实施例进行进一步详细的说明，显然，所描述的实施例仅是本申请的一部分实施例，而不是所有实施例的穷举。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
实施例1
如图1所示，本实施例提出一种分层土壤水分含量测量装置，该装置包括：外壳1、主控单元2、感应线圈3、发射接收单元4和发射接收天线5。该外壳1作为承载机构，主控单元2、发射接收单元4和发射接收天线5均设置在该外壳1的内部。
多个感应线圈3，自上至下设置在所述外壳1的外壁上，用于接收发射接收天线5发出的射频信号并反馈射频信号，多个感应线圈3反馈的射频信号的变化与土壤水分含量的变化相关；
发射接收天线5，用于向多个感应线圈3发出射频信号，并接收多个感应线圈3发出的射频信号；
发射接收单元4，用于将发射接收天线5接收的射频信号进行处理；
主控单元2，用于根据处理后的射频信号获得分层土壤水分含量。
具体的，本实施例中，在外壳1的外壁上自上至下设置有多个感应线圈3。在装置设置在待测土壤区域中时，不同位置的感应线圈3即对应着不同深度的土壤。感应线圈3所发出的射频信号属于电磁波信号。电磁波在土壤介质中传播时，电磁波的频率、振幅、能量等均会受到传输距离以及土壤水分含量的影响。在距离固定的情况下，电磁波参数变化和土壤水分含量变化直接相关。因此，本实施例通过这一特性，利用发射接收天线5发送电磁波，固定距离的感应线圈3感应并反馈电磁波，发射接收天线5接收该反馈的电磁波后经发射接收单元4处理通过主控单元2对电磁波进行分析计算后即可获得待测土壤区域的分层土壤水分含量。
进一步的，为了使本实施例所提出的装置与土壤贴合的更加紧密，本实施例将外壳1设计为锥形结构，并具有防水耐腐蚀特性，不用预先打孔或挖开土壤剖面就可以直接安装到土壤中，并使得外壳1与土壤紧密接触。同时，在外壳1的外壁上开设固定槽，并将感应线圈3嵌入在固定槽中，以使感应线圈3安装更加稳固。感应线圈3在外壳1外壁上的排布可以为等间距设置，也可以根据待测土壤区域具体情况设计间隔排布，本实施例不做特殊限定。
实施例2
如图2所示，本实施例提出一种分层土壤水分含量测量装置的测量方法，该分层土壤水分含量测量装置包括：外壳1、主控单元2、感应线圈3、发射接收单元4和发射接收天线5。该外壳1作为承载机构，主控单元2、发射接收单元4和发射接收天线5均设置在该外壳1的内部。
多个感应线圈3，自上至下设置在外壳1的外壁上，用于发出射频信号，射频信号的变化与土壤水分含量的变化相关；
发射接收天线5，用于接收感应线圈3发出的射频信号；
发射接收单元4，用于将发射接收天线5接收的射频信号进行处理；
主控单元2，用于根据处理后的射频信号获得分层土壤水分含量。
本实施例中所提出的分层土壤水分含量测量装置可参照实施例1所记载的内容，本实施例不再进行赘述。本实施例的测量方法包括：
S101、将所述分层土壤水分含量测量装置插入至待测土壤区域中；
S102、发射接收天线5向多个感应线圈3发出射频信号；
S103、处于不同深度处的多个感应线圈3接收所述发射接收天线5的射频信号并反馈射频信号；
S104、发射接收天线5接收所述多个感应线圈3反馈的射频信号，并将所述反馈的射频信号发送至发射接收单元4；
S105、发射接收单元4对所述反馈的射频信号进行处理获得参数信息；
S106、主控单元2根据所述参数信息获得分层土壤水分含量。
具体的，首先将分层土壤水分含量测量装置插入至待测土壤区域中。发射接收天线5发送电磁波，处于不同深度处的感应线圈3感应并反馈电磁波，发射接收天线5接收感应线圈3反馈的电磁波后经发射接收单元4处理通过主控单元2对电磁波进行分析计算后即可获得待测土壤区域的分层土壤水分含量。
进一步的，本实施例中，发射接收单元4在接收到感应线圈3反馈的射频信号后依次进行读取，获得所有射频信号的频率、振幅和强度值等参数信息，并将上述参数信息发送至主控单元2。主控单元2通过对参数信息进行多参数拟合或神经元网络机器学习处理获得发射接收天线5与感应线圈3之间的待测土壤区域的总土壤水分含量。然后主控单元2再对该总土壤水分含量进行差分计算处理，获得每个感应线圈3所在深度处的分层土壤水分含量。
本实施例通过采用技术成熟、成本低廉的射频感应技术(超高频RFID技术、微波感应技术等)，通过测量分布在外壳1表面不同深度的多个感应线圈3反馈的射频信号，结合多参数拟合或神经元网络机器学习方式，获得分层土壤水分含量。
显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (10)
1.一种分层土壤水分含量测量装置，其特征在于，所述装置包括：外壳、主控单元、感应线圈、发射接收单元和发射接收天线，所述主控单元、发射接收单元和发射接收天线均置于所述外壳内部；
多个所述感应线圈，自上至下设置在所述外壳的外壁上，用于接收发射接收天线发出的射频信号并反馈射频信号，所述多个感应线圈反馈的射频信号的变化与土壤水分含量的变化相关；
所述发射接收天线，用于向所述多个感应线圈发出射频信号，并接收所述多个感应线圈发出的射频信号；
所述发射接收单元，用于将所述发射接收天线接收的射频信号进行处理；
所述主控单元，用于根据处理后的射频信号获得分层土壤水分含量。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述多个感应线圈等间距的设置在所述外壳的外壁上。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述外壳的外壁上开设有固定槽，所述感应线圈嵌入在所述固定槽中。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述外壳为锥形结构。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述外壳为防水耐腐蚀外壳。
6.如权利要求1至5任一项所述的分层土壤水分含量测量装置的测量方法，其特征在于，所述方法包括：
将所述分层土壤水分含量测量装置插入至待测土壤区域中；
发射接收天线向多个感应线圈发出射频信号；
处于不同深度处的多个感应线圈接收所述发射接收天线的射频信号并反馈射频信号；
发射接收天线接收所述多个感应线圈反馈的射频信号，并将所述反馈的射频信号发送至发射接收单元；
发射接收单元对所述反馈的射频信号进行处理获得参数信息；
主控单元根据所述参数信息获得分层土壤水分含量。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述参数信息包括频率、振幅和强度值。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述获得分层土壤水分含量的过程包括：
主控单元根据所述参数信息获得发射接收天线与感应线圈之间的待测土壤区域的总土壤水分含量；
根据所述总土壤水分含量获得每个感应线圈所在深度处的分层土壤水分含量。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，获得所述总土壤水分含量的过程包括：
主控单元通过对所述参数信息进行多参数拟合或神经元网络机器学习处理获得发射接收天线与感应线圈之间的待测土壤区域的总土壤水分含量。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述获得分层土壤含水量的过程包括：
主控单元对所述总土壤水分含量进行差分计算处理，获得每个感应线圈所在深度处的分层土壤水分含量。
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