CN117110719A - 一种测量土壤孔隙水电导率的方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种测量土壤孔隙水电导率的方法及装置，涉及土壤检测技术领域，方法包括：将加热探针和感温探针插入待检测土壤中；通过加热探针向待检测土壤注入热脉冲，同时采集加热探针产生的热量和感温探针检测到的土壤温度随时间的变化；向加热探针和感温探针施加电流，并测量加热探针和感温探针之间的电阻值，根据电阻值、以及电阻与体积电导率之间的标定关系，得到土壤体积电导率；基于加热探针产生的热量和感温探针检测到的土壤温度随时间的变化，通过热脉冲方法计算土壤体积热容；根据土壤体积热容确定土壤体积含水率；根据土壤体积含水率和土壤体积电导率，得到土壤孔隙水电导率。本发明扩大了土壤孔隙水电导率测定的范围。
Description
技术领域
本发明涉及土壤检测技术领域，特别是涉及一种测量土壤孔隙水电导率的方法及装置。
背景技术
电导率(Electrical Conductivity，EC)是描述物质导电性能的物理量，它衡量了物质对电流的导通能力。电导率通常用符号σ或者缩写EC表示，常用单位是分西门子每米(dS/m)或者毫西门子每厘米(mS/cm)。土壤体积电导率是限制植物和微生物活性的阈值，影响植物养分和污染物的转化、存在状态及有效性，反映了在一定水分条件下土壤盐分、养分、质地的实际情况，是描述土壤物理性质的一项重要参数。通常测量土壤体积电导率的方法是采用介电式土壤传感器，它通常能够输出土壤水分、电导率与温度等多个参数。但是，介电式土壤传感器直接测得的是土壤表征电导率(ECa，下标a表示apparent)或体积电导率(ECb，下标b表示bulk)。它描述的是土壤整体的导电情况，而对于农作物而言，植物根系细胞感受到的是土壤颗粒孔隙间水分溶液中的电导率，即孔隙水电导率(ECw或者ECp，下标w或者p对应water或者porewater)。此外，农业专家通常会采用对土壤采样后进行实验室检测的方法测量土壤体积电导率，根据操作方法不同，有饱和浸提液电导率(ECe，e表示extract)、1:1电导率(EC1:1，即干土与水的质量比为1:1)和1:5电导率(EC1:5，即干土与水的质量比为1:5)等参数，其中ECe是将土样加水至饱和后通过离心等方法提取浸提液后测得的浸提液电导率，EC1:1和EC1:5分别是将干土和水以1:1和1:5的质量比混合后通过离心等方法提取浸提液后测得浸提液电导率。需要特别指出的是，土壤体积电导率受水分含量影响极大，在讨论土壤体积电导率是一定需要明确其水分状态，因此以上ECe、EC1:1、EC1:5三种土样处理方法由于土壤含水率不同，继而对应的电导率值也必然不同。以上描述土壤体积电导率的多个参数其内涵和定义互有区别，极易混淆。对于农业生产而言，更有意义的是获取土壤的孔隙水电导率，即ECp，而非土壤水分与电导率传感器直接输出的土壤表征电导率ECa。两者之间存在一定相关关系，但同时又受土壤水分、土壤质地等多重因素影响。
目前直接输出土壤孔隙水电导率数据的传感器较少，例如美国Acclima公司的TDR-315传感器，它在测得土壤体积含水率(θv)和土壤表征电导率(ECa)后结合经验模型计算得到土壤孔隙水电导率(ECp)。其他此类传感器虽然并未直接输出ECp结果，但亦可采用同样方法进行计算。上述方法的弊端是传感器基于介电法测量土壤水分，传感器信号在高盐/高电导率土壤中损耗较大，通常当土壤ECa大于3-5dS/m时传感器已无法准确测量土壤水分，导致最终ECp的测量范围较小。土壤盐分含量过高的会导致作物根系受损甚至死亡，因此，含盐或高盐土壤的电导率更需要进行实时监测，但是传统方法测量土壤孔隙水电导率依赖介电方法获取土壤水分，难以应用于含盐和高盐土壤。
发明内容
本发明的目的是提供一种测量土壤孔隙水电导率的方法及装置，扩大了土壤孔隙水电导率测定的范围。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种测量土壤孔隙水电导率的方法，包括：
将加热探针和感温探针插入待检测土壤中；
通过所述加热探针向待检测土壤注入热脉冲，同时采集加热探针产生的热量和所述感温探针检测到的土壤温度随时间的变化；
向所述加热探针和所述感温探针施加电流，并测量所述加热探针和所述感温探针之间的电阻值，根据所述电阻值、以及电阻与体积电导率之间的标定关系，得到土壤体积电导率；
基于加热探针产生的热量和所述感温探针检测到的土壤温度随时间的变化，通过热脉冲方法计算土壤体积热容；
根据所述土壤体积热容确定土壤体积含水率；
根据所述土壤体积含水率和所述土壤体积电导率，得到土壤孔隙水电导率。
可选地，基于加热探针产生的热量和所述感温探针检测到的土壤温度随时间的变化，通过热脉冲方法计算土壤体积热容，具体包括：
在土壤温度随时间的变化的时间段内，所述感温探针检测的温度的表达式为：
其中，ΔT(r，t)表示时刻t所述感温探针检测的温度，r表示所述感温探针与所述加热探针之间的距离，Ei()表示指数积分，λ表示土壤热导率，k表示热扩散率，t0表示土壤温度随时间的变化的时间段的结束时刻，q′表示热量释放速率；
根据关系式λ＝kCv计算土壤体积热容；
其中，Cv表示土壤体积热容。
可选地，基于加热探针产生的热量和所述感温探针检测到的土壤温度随时间的变化，通过热脉冲方法计算土壤体积热容，具体包括：
根据所述加热探针的热传递模型计算土壤体积热容；
所述加热探针的热传递模型表示为：
其中，β0＝CP/Cv；
为Tc(t)的拉普拉斯变换，q′表示热量释放速率，p为拉普拉斯变换的参数，μ表示第一中间参数，β0表示第二中间参数，CP表示所述加热探针的体积热容，Cv表示土壤体积热容，λ表示土壤热导率，K1(μa0)为1阶参数μa0的修正贝塞尔函数，K0(μa0)为0阶参数μa0的修正贝塞尔函数，K0(μL)为0阶参数μL的修正贝塞尔函数，Css表示所述加热探针中探针管的热熔，Ce表示所述加热探针的探针管内置的环氧树脂的热熔，ae表示环氧树脂填充区域的半径，a0表示所述加热探针的探针管的半径，β0由土壤温度随时间的变化曲线拟合确定，Tc(t)表示时刻t所述感温探针检测的温度，L表示所述加热探针的长度。
可选地，基于加热探针产生的热量和所述感温探针检测到的土壤温度随时间的变化，通过热脉冲方法计算土壤体积热容，具体包括：
根据公式计算土壤体积热容；
其中，Cv表示土壤体积热容，q为所述加热探针加热后产生的热量，r表示所述感温探针与所述加热探针之间的距离，ΔTm表示所述感温探针检测到的土壤温度随时间的变化中温度变化最大值。
可选地，根据所述土壤体积热容确定土壤体积含水率，具体包括：
根据公式计算土壤体积含水率；
其中，θv表示土壤体积含水率，Cv表示土壤体积热容，ρb表示土壤容重，Cs表示土壤固体比热容，ρw表示水的密度，Cw表示水的比热容。
可选地，根据所述土壤体积含水率和所述土壤体积电导率，得到土壤孔隙水电导率，具体包括：
根据土壤孔隙水电导率模型得到土壤孔隙水电导率；
其中，土壤孔隙水电导率模型表示为：
其中，σp表示土壤孔隙水电导率，σb表示土壤体积电导率，g(θ)表示土壤体积含水率的函数。
可选地，根据所述电阻值、以及电阻与体积电导率之间的标定关系，得到土壤体积电导率，具体包括：
将电阻的倒数乘以电极常数得到土壤体积电导率。
可选地，所述感温探针采用热电偶或者热敏电阻。
本发明还公开了一种测量土壤孔隙水电导率的装置，包括：加热探针、感温探针、土壤体积含水率测量模块、土壤体积电导率测量模块、土壤孔隙水电导率计算模块和集成箱体，所述加热探针和所述感温探针平行固定在所述集成箱体的一端，所述土壤体积含水率测量模块、土壤体积电导率测量模块和所述土壤孔隙水电导率计算模块均集成到所述集成箱体内部；
当所述加热探针和所述感温探针插入待检测土壤中进行土壤孔隙水电导率检测时：
所述加热探针用于向待检测土壤注入热脉冲，同时采集加热探针产生的热量；
所述感温探针用于检测土壤温度随时间的变化；
土壤体积电导率测量模块用于向所述加热探针和所述感温探针施加电流，并测量所述加热探针和所述感温探针之间的电阻值，根据所述电阻值、以及电阻与体积电导率之间的标定关系，得到土壤体积电导率；
土壤体积含水率测量模块用于基于加热探针产生的热量和所述感温探针检测到的土壤温度随时间的变化，通过热脉冲方法计算土壤体积热容；根据所述土壤体积热容确定土壤体积含水率；
土壤孔隙水电导率计算模块用于根据所述土壤体积含水率和所述土壤体积电导率，得到土壤孔隙水电导率。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明采用基于热脉冲技术测量土壤体积含水率，不受土壤盐分的影响，在高盐土壤条件下也能准确测得土壤孔隙水电导率，扩大了土壤孔隙水电导率测定的范围。
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，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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性的前提下，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一种测量土壤孔隙水电导率的方法流程示意图；
图2为本发明实施例提供的一种测量土壤孔隙水电导率的方法原理示意图；
图3为本发明实施例提供的一种测量土壤孔隙水电导率的装置结构示意图；
图4为本发明实施例提供的集成箱体内部详细结构示意图。
符号说明：
1-集成箱体，2-焊盘，3-加热探针，4-感温探针，5-电源线，6-数据采集线，7-地线。
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。
本发明的目的是提供一种测量土壤孔隙水电导率的方法及装置，扩大了土壤孔隙水电导率测定的范围。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1和图2所示，本实施例提供的一种测量土壤孔隙水电导率的方法，包括如下步骤。
步骤101：将加热探针和感温探针插入待检测土壤中。
步骤102：通过所述加热探针向待检测土壤注入热脉冲，同时采集加热探针产生的热量和所述感温探针检测到的土壤温度随时间的变化。
其中，步骤102中感温探针检测到的土壤温度随时间的变化具体是指土壤温度随时间的变化曲线。
加热探针产生的热量和土壤温度随时间的变化曲线用于后续与土壤体积热容的相关模型进行拟合，进而得到土壤体积热容。
步骤103：向所述加热探针和所述感温探针施加电流，并测量所述加热探针和所述感温探针之间的电阻值，根据所述电阻值、以及电阻与体积电导率之间的标定关系，得到土壤体积电导率。
其中，步骤103中，具体包括：
向所述加热探针和所述感温探针施加交流电，并测量所述加热探针和所述感温探针之间的压降值，根据压降值得到所述加热探针和所述感温探针之间的电阻值。
用已知不同体积电导率的溶液进行标定，得到电阻～体积电导率之间的关系，结合标定公式得到土壤体积电导率，具体的将电阻值的倒数乘以电极常数得到土壤体积电导率。
所述感温探针采用热电偶或者热敏电阻。
步骤104：基于加热探针产生的热量和所述感温探针检测到的土壤温度随时间的变化，通过热脉冲方法计算土壤体积热容。
加热探针内部设置有由加热丝构成的加热电路。
其中，步骤104中通过热脉冲方法计算土壤体积热容有三种方式。
第一种方式基于无限线热源(Infinite Line Source，ILS)模型实现，第二种方式基于相同圆柱完美导体(Identical Cylindrical Perfect Conductor，ICPC)模型实现。
第一种方式：根据权利要求1所述的测量土壤孔隙水电导率的方法，其特征在于，基于加热探针产生的热量和所述感温探针检测到的土壤温度随时间的变化，通过热脉冲方法计算土壤体积热容，具体包括：
ILS热传递模型表示加热丝是从0到t0释放的热量的模型。
根据ILS热传递模型，在土壤温度随时间的变化的时间段内，所述感温探针检测的温度的表达式为：
其中，ΔT(r，t)表示时刻t所述感温探针检测的温度，r表示所述感温探针与所述加热探针之间的距离，Ei()表示指数积分，λ表示土壤热导率，k表示热扩散率，t0表示土壤温度随时间的变化的时间段的结束时刻，q′表示热量释放速率；λ和k是将土壤温度随时间的变化曲线中土壤温度与时间之间的关系代入ΔT(r，t)的表达式中进行拟合得到的。
根据关系式λ＝kCv计算土壤体积热容。
其中，Cv表示土壤体积热容。
第二种方式：基于加热探针产生的热量和所述感温探针检测到的土壤温度随时间的变化，通过热脉冲方法计算土壤体积热容，具体包括：
ICPC热传递模型假设加热探针附近的温度是径向对称的且探针具有有限的长度，该模型从拉普拉斯域解开始，它表示热量以q′的速率连续释放的情况。
根据所述加热探针的热传递模型计算土壤体积热容。
所述加热探针的热传递模型表示为：
其中，β0＝CP/Cv；
为Tc(t)的拉普拉斯变换，q′表示热量释放速率，p为拉普拉斯变换的参数，μ表示第一中间参数，β0表示第二中间参数，CP表示所述加热探针的体积热容，Cv表示土壤体积热容，λ表示土壤热导率；Kn(Z)为n阶参数Z的修正贝塞尔函数，具体地，K1(μa0)为1阶参数μa0的修正贝塞尔函数，K0(μa0)为0阶参数μa0的修正贝塞尔函数，K0(μL)为0阶参数μL的修正贝塞尔函数；Css表示所述加热探针中探针管的热熔，Ce表示所述加热探针的探针管内置的环氧树脂的热熔，ae表示环氧树脂填充区域的半径，a0表示所述加热探针的探针管的半径，β0由土壤温度随时间的变化曲线拟合确定，Tc(t)表示时刻t所述感温探针检测的温度，L表示所述加热探针的长度。
第三种方式：基于加热探针产生的热量和所述感温探针检测到的土壤温度随时间的变化，通过热脉冲方法计算土壤体积热容，具体包括：
根据公式计算土壤体积热容；
其中，Cv表示土壤体积热容，单位为J m-3K-1，q为所述加热探针加热后产生的热量，r表示所述感温探针与所述加热探针之间的距离，ΔTm表示所述感温探针检测到的土壤温度随时间的变化中温度变化最大值，即土壤温度随时间的变化中最大温度值与最小温度值之差。
步骤105：根据所述土壤体积热容确定土壤体积含水率。
根据土壤体积热容Cv与土壤体积含水率的关系，可推出土壤体积含水率θv。
其中，步骤105具体包括：
根据公式计算土壤体积含水率；
其中，θv表示土壤体积含水率，Cv表示土壤体积热容，ρb表示土壤容重，单位为kgm-3；Cs表示土壤固体比热容，单位为J m-3K-1；ρw表示水的密度，单位为kg m-3；Cw表示水的比热容，单位为J m-3K-1。
步骤106：根据所述土壤体积含水率和所述土壤体积电导率，得到土壤孔隙水电导率。
将土壤体积含水率θv和土壤体积电导率ECb代入Hilhorst土壤孔隙水电导率模型中，得到土壤孔隙水电导率。
其中，步骤106具体包括：
根据土壤孔隙水电导率模型得到土壤孔隙水电导率；
其中，土壤孔隙水电导率模型表示为：
其中，σp表示土壤孔隙水电导率，σb表示土壤体积电导率，g(θ)表示土壤体积含水率的函数。
本发明基于热脉冲技术测量土壤体积含水率，基于电流-电压方法测量土壤体积电导率，再通过模型计算出土壤孔隙水电导率。由于热脉冲技术不受土壤盐分影响，因此，该方法对于高盐土壤仍能准确测得土壤孔隙水电导率。
实施例2
本实施例提供的一种测量土壤孔隙水电导率的装置，包括：加热探针3、感温探针4、土壤体积含水率测量模块、土壤体积电导率测量模块、土壤孔隙水电导率计算模块和集成箱体1，所述加热探针3和所述感温探针4平行固定在所述集成箱体1的一端，所述土壤体积含水率测量模块、土壤体积电导率测量模块和所述土壤孔隙水电导率计算模块均集成到所述集成箱体1内部。
集成箱体1的正面为土壤体积含水率检测模块，反面为土壤体积电导率测量模块。
所述加热探针3和所述感温探针4均通过焊盘2焊接到所述集成箱体1的一端，具体均焊接到土壤体积含水率检测模块的焊盘2上。
如图3所示，集成箱体1的另一端连接有电源线5、数据线6和地线7。
感温探针4内部设置有的热电偶或热敏电阻。
加热探针3内部设置有加热丝构成的加热电路。
当所述加热探针3和所述感温探针4插入待检测土壤中进行土壤孔隙水电导率检测时：
所述加热探针3用于向待检测土壤注入热脉冲，同时采集加热探针3产生的热量。
所述感温探针4用于检测土壤温度随时间的变化。
土壤体积电导率测量模块用于向所述加热探针3和所述感温探针4施加电流，并测量所述加热探针3和所述感温探针4之间的电阻值，根据所述电阻值、以及电阻与体积电导率之间的标定关系，得到土壤体积电导率。
土壤体积含水率测量模块用于基于加热探针3产生的热量和所述感温探针4检测到的土壤温度随时间的变化，通过热脉冲方法计算土壤体积热容；根据所述土壤体积热容确定土壤体积含水率。
土壤孔隙水电导率计算模块用于根据所述土壤体积含水率和所述土壤体积电导率，得到土壤孔隙水电导率。
设置于所述土壤体积含水率测量模块上的单片机系统进行土壤体积含水率的测量计算。
一种测量土壤孔隙水电导率的装置还包括供电模块，供电模块对土壤体积含水率测量模块、土壤体积电导率检测模块和土壤孔隙水电导率计算模块供电。
如图4所示，土壤体积含水率测量模块包括温度采集单元、单片机系统、加热电路、JTAG接口和加热电流采集单元。
JTAG接口为给单片机下载程序的接口。
温度采集单元用于采集感温探针采集的温度，加热电流采集单元用于采集加热丝产生的热量。加热电路用于为加热探针提供交流电，JTAG接口用于连接PC端和单片机，进行通信程序调试。
土壤体积电导率测量模块包括交流恒流信号源、MOS管开关、检波电路、差分电路和电压输出电路。单片机系统对土壤体积含水率测量模块采集的信号进行处理并计算，差分检波电路对土壤体积电导率测量模块进行电压输出，最终计算得到土壤孔隙水电导率。
电导率测量主要是测量电极之间的电阻，然后通过电极系数(cell constant)将电阻转化为电导率。电导率的测量通常采用交流信号源，以防止土壤产生“极化”效应。因此，各部分的作用是：交流恒流信号源用于产生正弦波激励信号；MOS管开关用于控制加载信号到探针上；检波电路用于将探针两端的正弦波分别进行包络检波，获得正弦波振幅值；差分电路用于将两个检波后的电压进行差分；电压输出电路用于将差分后的信号进行调零、放大等进行输出。
本发明采用基于热脉冲技术测量土壤体积含水率，不受土壤盐分的影响，在高盐土壤条件下也能准确测得土壤孔隙水电导率，扩大了土壤孔隙水电导率测定的范围。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (9)
1.一种测量土壤孔隙水电导率的方法，其特征在于，包括：
将加热探针和感温探针插入待检测土壤中；
通过所述加热探针向待检测土壤注入热脉冲，同时采集加热探针产生的热量和所述感温探针检测到的土壤温度随时间的变化；
向所述加热探针和所述感温探针施加电流，并测量所述加热探针和所述感温探针之间的电阻值，根据所述电阻值、以及电阻与体积电导率之间的标定关系，得到土壤体积电导率；
基于加热探针产生的热量和所述感温探针检测到的土壤温度随时间的变化，通过热脉冲方法计算土壤体积热容；
根据所述土壤体积热容确定土壤体积含水率；
根据所述土壤体积含水率和所述土壤体积电导率，得到土壤孔隙水电导率。
2.根据权利要求1所述的测量土壤孔隙水电导率的方法，其特征在于，基于加热探针产生的热量和所述感温探针检测到的土壤温度随时间的变化，通过热脉冲方法计算土壤体积热容，具体包括：
在土壤温度随时间的变化的时间段内，所述感温探针检测的温度的表达式为：
其中，ΔT(r,t)表示时刻t所述感温探针检测的温度，r表示所述感温探针与所述加热探针之间的距离，Ei()表示指数积分，λ表示土壤热导率，κ表示热扩散率，t0表示土壤温度随时间的变化的时间段的结束时刻，q'表示热量释放速率；
根据关系式λ＝kCv计算土壤体积热容；
其中，Cv表示土壤体积热容。
3.根据权利要求1所述的测量土壤孔隙水电导率的方法，其特征在于，基于加热探针产生的热量和所述感温探针检测到的土壤温度随时间的变化，通过热脉冲方法计算土壤体积热容，具体包括：
根据所述加热探针的热传递模型计算土壤体积热容；
所述加热探针的热传递模型表示为：
其中，β0＝CP/Cv；
为Tc(t)的拉普拉斯变换，q'表示热量释放速率，p为拉普拉斯变换的参数，μ表示第一中间参数，β0表示第二中间参数，CP表示所述加热探针的体积热容，Cv表示土壤体积热容，λ表示土壤热导率，K1(μa0)为1阶参数μa0的修正贝塞尔函数，K0(μa0)为0阶参数μa0的修正贝塞尔函数，K0(μL)为0阶参数μL的修正贝塞尔函数，Css表示所述加热探针中探针管的热熔，Ce表示所述加热探针的探针管内置的环氧树脂的热熔，ae表示环氧树脂填充区域的半径，a0表示所述加热探针的探针管的半径，β0由土壤温度随时间的变化曲线拟合确定，Tc(t)表示时刻t所述感温探针检测的温度，L表示所述加热探针的长度。
4.根据权利要求1所述的测量土壤孔隙水电导率的方法，其特征在于，基于加热探针产生的热量和所述感温探针检测到的土壤温度随时间的变化，通过热脉冲方法计算土壤体积热容，具体包括：
根据公式计算土壤体积热容；
其中，Cv表示土壤体积热容，q为所述加热探针加热后产生的热量，r表示所述感温探针与所述加热探针之间的距离，ΔTm表示所述感温探针检测到的土壤温度随时间的变化中温度变化最大值。
5.根据权利要求1所述的测量土壤孔隙水电导率的方法，其特征在于，根据所述土壤体积热容确定土壤体积含水率，具体包括：
根据公式计算土壤体积含水率；
其中，θv表示土壤体积含水率，Cv表示土壤体积热容，ρb表示土壤容重，Cs表示土壤固体比热容，ρw表示水的密度，Cw表示水的比热容。
6.根据权利要求1所述的测量土壤孔隙水电导率的方法，其特征在于，根据所述土壤体积含水率和所述土壤体积电导率，得到土壤孔隙水电导率，具体包括：
根据土壤孔隙水电导率模型得到土壤孔隙水电导率；
其中，土壤孔隙水电导率模型表示为：
其中，σp表示土壤孔隙水电导率，σb表示土壤体积电导率，g(θ)表示土壤体积含水率的函数。
7.根据权利要求1所述的测量土壤孔隙水电导率的方法，其特征在于，根据所述电阻值、以及电阻与体积电导率之间的标定关系，得到土壤体积电导率，具体包括：
将电阻的倒数乘以电极常数得到土壤体积电导率。
8.根据权利要求1所述的测量土壤孔隙水电导率的方法，其特征在于，所述感温探针采用热电偶或者热敏电阻。
9.一种测量土壤孔隙水电导率的装置，其特征在于，包括：加热探针、感温探针、土壤体积含水率测量模块、土壤体积电导率测量模块、土壤孔隙水电导率计算模块和集成箱体，所述加热探针和所述感温探针平行固定在所述集成箱体的一端，所述土壤体积含水率测量模块、土壤体积电导率测量模块和所述土壤孔隙水电导率计算模块均集成到所述集成箱体内部；
当所述加热探针和所述感温探针插入待检测土壤中进行土壤孔隙水电导率检测时：
所述加热探针用于向待检测土壤注入热脉冲，同时采集加热探针产生的热量；
所述感温探针用于检测土壤温度随时间的变化；
土壤体积电导率测量模块用于向所述加热探针和所述感温探针施加电流，并测量所述加热探针和所述感温探针之间的电阻值，根据所述电阻值、以及电阻与体积电导率之间的标定关系，得到土壤体积电导率；
土壤体积含水率测量模块用于基于加热探针产生的热量和所述感温探针检测到的土壤温度随时间的变化，通过热脉冲方法计算土壤体积热容；根据所述土壤体积热容确定土壤体积含水率；
土壤孔隙水电导率计算模块用于根据所述土壤体积含水率和所述土壤体积电导率，得到土壤孔隙水电导率。
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|---|---|---|---|
| CN202311214945.9A CN117110719A (zh) | 2023-09-20 | 2023-09-20 | 一种测量土壤孔隙水电导率的方法及装置 |
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|---|---|
| CN (1) | CN117110719A (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN118090822A (zh) * | 2024-04-26 | 2024-05-28 | 江西省水利科学院(江西省大坝安全管理中心、江西省水资源管理中心) | 双探针热脉冲光纤同步测定土壤热特性和含水率的方法 |
| CN118112068A (zh) * | 2024-04-26 | 2024-05-31 | 清华大学 | 一种基于导热特性的土壤水分检测方法和传感器 |
-
2023
- 2023-09-20 CN CN202311214945.9A patent/CN117110719A/zh active Pending
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