CN206114559U - 适用于石漠化地区的tdr土壤水分测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种适用于石漠化地区的TDR土壤水分测量装置，它包括探地雷达模块、TDR测量模块、定位模块和显示模块，探地雷达模块包括探地雷达天线（1）、雷达发射器（2）、探地雷达接收器（3）、探地雷达手柄（4）和土壤深度记录与探针选择计算模块（6）；TDR测量模块包括TDR主机（8）、可伸缩TDR手柄（16）、TDR探头（9）和TDR探针（10）；定位模块包括GPS接收机（12）和BDS接收机（13）；显示模块包括探底雷达显示屏幕（21）和TDR主机显示屏（36）。本实用新型将探地雷达探测土壤深度技术与TDR土壤水分探测技术完美结合，在保护TDR探针的同时提高了测量精度，有效解决了石漠化地区含岩石地块的土壤水分测量问题。

Description

适用于石漠化地区的TDR土壤水分测量装置

技术领域

本实用新型涉及一种土壤水分测量装置，尤其是一种适用于石漠化地区的TDR土壤水分测量装置。

背景技术

传统的土壤水分测定方法主要有烘干称重法、射线法、核磁共振法(NMR)、分离示踪剂法(PT)、遥感法(RS)、介电特性法等，很多都存在测量精度不够或费用昂贵等问题。比如，烘干法在取样时具破坏性，射线法操作复杂且仪器设备昂贵，存在辐射危害；分离示踪剂法测得的结果往往低估了土壤水分含量；遥感法目前只适合区域尺度下土壤表层水分状况的动态实时调查，不适合于田间尺度下深层土壤水分的监测。时域反射仪法（TDR）是目前土壤水分测量技术中实时性、准确性、快速性最高的，因此是最具发展潜力的一种测量方法，但是在石漠化地区，由于其地上地下二元结构，土壤与母岩间缺乏过渡层，土壤母质受水的物理与化学作用，造成土层浅薄、分布不连续、基岩出露等，土壤与基岩等复杂结构中存在较大的电磁性差异，经常造成TDR探针的弯折损坏，影响土壤水分的测量精度，存在仪器易被损坏、测量精度低、测量数据原位性差等特点，为了减少对仪器的损坏，需要首先获取土壤深度或探知土壤中的岩石分布状况，开挖法与扦插法是两类传统的土壤深度测量方式，不仅费时费力，而且对地块复杂的石漠化地区脆弱的生态系统破坏性大，因此亟待找到一种无破坏性、快捷性、原位性的土壤深度探测方法。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种适用于石漠化地区的TDR土壤水分测量装置，克服传统的TDR测量土壤水分时由于探针弯折损坏造成的测量精度低问题，延长仪器使用寿命，实现精准测量，充分解决当前石漠化地区含岩石地块的土壤水分测量难题。

为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案如下：

适用于石漠化地区的TDR土壤水分测量装置，包括探地雷达模块、TDR测量模块、定位模块和显示模块，所述的探地雷达模块包括探地雷达天线、探地雷达发射器、探地雷达接收器、探地雷达手柄、探地雷达电池盒、土壤深度记录与探针选择计算模块、探地雷达数据端口、探底雷达控制键，土壤深度记录与探针选择计算模块通过探地雷达数据端口和TDR与GPR数据传输电缆连接TDR主机；TDR测量模块包括TDR主机、可伸缩TDR手柄、TDR探头、TDR探针和TDR电池盒，在可伸缩TDR手柄的一端设有TDR读取按钮、另一端设有TDR开关机按钮，TDR探针活动安装在TDR探头的底部，TDR探头通过主机与探头连接电缆连接TDR主机；定位模块包括GPS接收机和BDS接收机，GPS接收机和BDS接收机分别通过GPS接收机数据传输电缆和BDS接收机数据传输电缆连接TDR主机；显示模块包括探底雷达显示屏幕和TDR主机显示屏。

上述的适用于石漠化地区的TDR土壤水分测量装置，优选的，TDR主机是通过TDR固定螺丝固定安装在TDR支撑梁上。

前述的适用于石漠化地区的TDR土壤水分测量装置，优选的，在GPS接收机上设有GPS按键模块、GPS显示屏幕和GPS接收天线；在BDS接收机上设有BDS按键模块、BDS显示屏幕和BDS接收天线。

前述的适用于石漠化地区的TDR土壤水分测量装置，显示模块还可以包括平板电脑，平板电脑通过平板电脑传输电缆连接TDR主机。

前述的适用于石漠化地区的TDR土壤水分测量装置，具体来说，平板电脑是固定在平板电脑托盘上，平板电脑托盘固定安装在可伸缩三脚架上，在可伸缩三脚架上设有可伸缩三脚架固定按钮。

本实用新型的有益效果：与现有技术相比，本实用新型针对石漠化地区土层与地貌特征，将探地雷达（GPR）探测土壤深度技术与TDR土壤水分探测技术完美结合，在保护TDR探针的同时提高了测量精度，既能保证保证测量精度，又能增加仪器使用寿命，克服了传统TDR测量土壤水分时由于探针弯折损坏造成的测量精度低问题，有效保护了仪器探针，延长了仪器的使用寿命，实现了实时精准测量，而且操作简便、高效实用、测量快捷简便，能同时测量土壤深度和土壤水分，解决了石漠化地区含岩石地块的土壤水分测量问题，为石漠化地区石漠化动态监测提供了有效数据。

本实用新型具有以下特点：（1）解决了当前采用时域反射仪法（TDR）测量土壤水分时探针易被弯折损坏的问题，在石漠化地区利用探地雷达（GPR）探知土层内部结构、探知土层深度，在保护TDR探针的同时提高了测量精度，减少了测量误差。（2）解决了传统的TDR技术测量原位性差的问题，充分利用GPS与BDS（北斗卫星导航系统）定位，保证数据测量的精准，且在长期监测中也能够保证原位性。（3）解决了将探地雷达、TDR与定位模块完美结合问题，在实用的基础上方便携带，能快速实时的测量不同深度的土壤含水量。（4）增加了基于BDS与GPS的双星定位模块，使空间定位精准可靠，并能根据定位数据实现长期监测。（5）增加了连接手持平板电脑功能，使数据能够及时有效的上传更新。（6）本实用新型专门针对石漠化地区土层浅薄，岩石或基岩裸露严重的特征，操作简便，组装与拆卸简单，方便野外作业，适用于团队作业。

附图说明

图1是本实用新型的正面结构示意图；

图2是本实用新型的背面结构示意图；

图3是本实用新型的探地雷达模块俯视图；

图4是本实用新型的探地雷达发射器和探地雷达接收器结构示意图；

图5是本实用新型的GPS接收机结构示意图；

图6是本实用新型的BDS接收机结构示意图；

图7是本实用新型的可伸缩TDR手柄的一侧结构示意图；

图8是本实用新型的可伸缩TDR手柄的另一侧结构示意图；

图9本实用新型的TDR主机显示屏结构示意图；

图10是本实用新型的平板电脑结构示意图。

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的说明。

具体实施方式

实施例1：如图1所示，包括探地雷达模块、TDR测量模块、定位模块和显示模块。探地雷达模块包括探地雷达天线1、探地雷达发射器2、探地雷达接收器3、探地雷达手柄4、探地雷达电池盒5、土壤深度记录与探针选择计算模块6、探地雷达数据端口20、探底雷达控制键22，在探地雷达电池盒5内装有一块锂电池，以增加野外蓄电电量，减轻仪器重量。土壤深度记录与探针选择计算模块6通过探地雷达数据端口20和TDR与GPR数据传输电缆7连接TDR主机8。TDR测量模块包括TDR主机8、可伸缩TDR手柄16、TDR探头9、TDR探针10和TDR电池盒23，在TDR电池盒23内装有4节AAA碱性电池，用于提供所需电力。TDR主机8通过TDR固定螺丝25固定安装在TDR支撑梁26上，在可伸缩TDR手柄16的一端设有TDR读取按钮33、另一端设有TDR开关机按钮34，TDR探针10活动安装在TDR探头9的底部，TDR探头9通过主机与探头连接电缆11连接TDR主机8；定位模块包括GPS接收机12和BDS接收机13，在GPS接收机12上设有GPS按键模块27、GPS显示屏幕28和GPS接收天线29，在BDS接收机13上设有BDS按键模块30、BDS显示屏幕31和BDS接收天线32。GPS接收机12和BDS接收机13分别通过GPS接收机数据传输电缆14和BDS接收机数据传输电缆15连接TDR主机8；显示模块包括探底雷达显示屏幕21、TDR主机显示屏36和平板电脑17，平板电脑17通过平板电脑传输电缆19连接TDR主机8，平板电脑17固定在平板电脑托盘24上，平板电脑托盘24固定安装在可伸缩三脚架18上，在可伸缩三脚架18上设有可伸缩三脚架固定按钮35。

测量时，按照以下步骤进行：步骤1）探地雷达探测土壤深度。在探地雷达电池盒5内装入锂电池一块，在TDR电池盒23内装入4节AAA碱性电池。启动探地雷达发射器2，通过探地雷达天线1发射高频电磁波，探测土壤深度（包含土壤层内岩石空间分布的感应），再通过探地雷达天线1由探地雷达接收器3接收来自于土壤层的电磁波信号，并由土壤深度记录与探针选择计算模块6计算存储土壤深度与岩石分布结构，将土壤深度与岩石分布三维（距离地表层高度、经纬度信息）结构信息存储在土壤深度记录与探针选择计算模块6中，通过探底雷达显示屏幕21可查看土壤深度波形与分布状态。

步骤2）TDR模块土壤水分测量。根据步骤1）中土壤深度记录与探针选择计算模块6探知的土壤深度确定TDR探针10类型，筛选结果通过TDR与GPR数据传输电缆7传输到TDR主机8，按下TDR主机8上的土层深度模式按钮，随后将TDR探针10安装在TDR探头9底部的螺口内，根据地形的复杂程度选择合适的可伸缩TDR手柄16长度，手持可伸缩TDR手柄16两端，垂直插入测量点，启动TDR开关机按钮34。

步骤3）TDR模块土壤水分与定位参数读取与存储。在步骤2）操作的同时，由定位模块中的GPS接收机12和BDS接收机13双星信号自动定位模块定位测量点，通过GPS接收机数据传输电缆14和BDS接收机数据传输电缆15将GPS接收机12和BDS接收机13定位测量点经纬度与高程信息传输到TDR主机8，点击可伸缩TDR手柄16上的TDR读取按钮33测量土壤水分，并通过主机与探头连接电缆11将测量的土壤水分数据传输到TDR主机8，TDR主机8计算并自动存储测量点土壤体积含水量，同时通过TDR主机显示屏36显示土壤水分参数与定位信息。定位信息有助于长期对固定测量点的观测，保证数据获取的原位性。

步骤4）土壤水分及相关参数实时上传。在需要实时数据上传的情况下，可以将可伸缩三脚架18固定在仪器旁边，将平板电脑17固定于可伸缩三脚架18的托盘24上，将平板电脑17通过平板电脑传输电缆19连接TDR主机8，启动平板电脑17。待测量结束后土壤深度数据与土壤水分数据以及测量点空间定位信息汇总在TDR主机8中，再由平板电脑传输电缆19传输到平板电脑17内，以供野外实时数据上传与查看。同时，存储于平板电脑17中的数据可以实时上传在网络或存储在数据库中，以便连续观测。

实施例2：如图所示，显示模块包括探底雷达显示屏幕21和TDR主机显示屏36，没有设置平板电脑17，其余与实施1相同。

包括探地雷达模块、TDR测量模块、定位模块和显示模块。探地雷达模块包括探地雷达天线1、探地雷达发射器2、探地雷达接收器3、探地雷达手柄4、探地雷达电池盒5、土壤深度记录与探针选择计算模块6、探地雷达数据端口20、探底雷达控制键22，在探地雷达电池盒5内装有一块锂电池，以增加野外蓄电电量，减轻仪器重量。土壤深度记录与探针选择计算模块6通过探地雷达数据端口20和TDR与GPR数据传输电缆7连接TDR主机8。TDR测量模块包括TDR主机8、可伸缩TDR手柄16、TDR探头9、TDR探针10和TDR电池盒23，在TDR电池盒23内装有4节AAA碱性电池，用于提供所需电力。TDR主机8通过TDR固定螺丝25固定安装在TDR支撑梁26上，在可伸缩TDR手柄16的一端设有TDR读取按钮33、另一端设有TDR开关机按钮34，TDR探针10活动安装在TDR探头9的底部，TDR探头9通过主机与探头连接电缆11连接TDR主机8；定位模块包括GPS接收机12和BDS接收机13，在GPS接收机12上设有GPS按键模块27、GPS显示屏幕28和GPS接收天线29，在BDS接收机13上设有BDS按键模块30、BDS显示屏幕31和BDS接收天线32。GPS接收机12和BDS接收机13分别通过GPS接收机数据传输电缆14和BDS接收机数据传输电缆15连接TDR主机8；显示模块包括探底雷达显示屏幕21和TDR主机显示屏36。

测量时，按照以下步骤进行：步骤1）探地雷达探测土壤深度。在探地雷达电池盒5内装入锂电池一块，在TDR电池盒23内装入4节AAA碱性电池。启动探地雷达发射器2，通过探地雷达天线1发射高频电磁波，探测土壤深度（包含土壤层内岩石空间分布的感应），再通过探地雷达天线1由探地雷达接收器3接收来自于土壤层的电磁波信号，并由土壤深度记录与探针选择计算模块6计算存储土壤深度与岩石分布结构，将土壤深度与岩石分布三维（距离地表层高度、经纬度信息）结构信息存储在土壤深度记录与探针选择计算模块6中，通过探底雷达显示屏幕21可查看土壤深度波形与分布状态。

步骤2）TDR模块土壤水分测量。根据步骤1）中土壤深度记录与探针选择计算模块6探知的土壤深度确定TDR探针10类型，筛选结果通过TDR与GPR数据传输电缆7传输到TDR主机8，按下TDR主机8上的土层深度模式按钮，随后将TDR探针10安装在TDR探头9底部的螺口内，根据地形的复杂程度选择合适的可伸缩TDR手柄16长度，手持可伸缩TDR手柄16两端，垂直插入测量点，启动TDR开关机按钮34。

步骤3）TDR模块土壤水分与定位参数读取与存储。在步骤2）操作的同时，由定位模块中的GPS接收机12和BDS接收机13双星信号自动定位模块定位测量点，通过GPS接收机数据传输电缆14和BDS接收机数据传输电缆15将GPS接收机12和BDS接收机13定位测量点经纬度与高程信息传输到TDR主机8，点击可伸缩TDR手柄16上的TDR读取按钮33测量土壤水分，并通过主机与探头连接电缆11将测量的土壤水分数据传输到TDR主机8，TDR主机8计算并自动存储测量点土壤体积含水量，同时通过TDR主机显示屏36显示土壤水分参数与定位信息。

本实用新型的实施方式不限于上述实施例，在不脱离本实用新型宗旨的前提下做出的各种变化均属于本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.适用于石漠化地区的TDR土壤水分测量装置，包括探地雷达模块、TDR测量模块、定位模块和显示模块，其特征在于：所述的探地雷达模块包括探地雷达天线（1）、探地雷达发射器（2）、探地雷达接收器（3）、探地雷达手柄（4）、探地雷达电池盒（5）、土壤深度记录与探针选择计算模块（6）、探地雷达数据端口（20）、探底雷达控制键（22），土壤深度记录与探针选择计算模块（6）通过探地雷达数据端口（20）和TDR与GPR数据传输电缆（7）连接TDR主机（8）；TDR测量模块包括TDR主机（8）、可伸缩TDR手柄（16）、TDR探头（9）、TDR探针（10）和TDR电池盒（23），在可伸缩TDR手柄（16）的一端设有TDR读取按钮（33）、另一端设有TDR开关机按钮（34），TDR探针（10）活动安装在TDR探头（9）的底部，TDR探头（9）通过主机与探头连接电缆（11）连接TDR主机（8）；定位模块包括GPS接收机（12）和BDS接收机（13），GPS接收机（12）和BDS接收机（13）分别通过GPS接收机数据传输电缆（14）和BDS接收机数据传输电缆（15）连接TDR主机（8）；显示模块包括探底雷达显示屏幕（21）和TDR主机显示屏（36）。

2.根据权利要求1所述的适用于石漠化地区的TDR土壤水分测量装置，其特征在于：所述的TDR主机（8）通过TDR固定螺丝（25）固定安装在TDR支撑梁（26）上。

3.根据权利要求1所述的适用于石漠化地区的TDR土壤水分测量装置，其特征在于：在所述的GPS接收机（12）上设有GPS按键模块（27）、GPS显示屏幕（28）和GPS接收天线（29）；在BDS接收机（13）上设有BDS按键模块（30）、BDS显示屏幕（31）和BDS接收天线（32）。

4.根据权利要求1所述的适用于石漠化地区的TDR土壤水分测量装置，其特征在于：所述的显示模块还包括平板电脑（17），平板电脑（17）通过平板电脑传输电缆（19）连接TDR主机（8）。

5.根据权利要求4所述的适用于石漠化地区的TDR土壤水分测量装置，其特征在于：所述的平板电脑（17）固定在平板电脑托盘（24）上，平板电脑托盘（24）固定安装在可伸缩三脚架（18）上，在可伸缩三脚架（18）上设有可伸缩三脚架固定按钮（35）。