CN211718183U - 一种过滤器型土壤墒情传感器的含水率标定系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了属于土壤墒情测试工具及测试技术领域的根据权利要求1所述一种过滤器型土壤墒情传感器的含水率标定系统，其过滤器型土壤墒情传感器的结构是在圆筒形过滤器内填满硅藻土，在硅藻土中心插入圆杆电极，在圆杆电极顶端和圆筒形过滤器上端各焊接引线，接入测量电路组成。搭建测试系统，用过滤器型传感器和国际主流TDR传感器接入数采同时测量，以此标定过滤器型传感器电压值对应的土样含水率。本实用新型制作的过滤器型土壤墒情传感器，其结构简单、紧凑，成本低，使用方便，适用于农业、林业和绿色环境植物种植。
Description
技术领域
本实用新型属于土壤墒情测试工具及测试技术领域；特别涉及一种过滤器型土壤墒情传感器的含水率标定系统。
背景技术
在农业生产中，精准灌溉要求长期检测和及时获取田间的土壤水分空间分布信息，这就需要在田间安装土壤水分测试装置。
目前成熟的土壤含水率检测方法有TDR(时域反射法)、FDR(频域反射法) 和SWR(驻波率法)，其中TDR和FDR是国外的专利技术，测量精度比较高，但是由于处理电路复杂导致成本极高，一台TDR高达数万美元，一台FDR高达数千美元；由于每亩农作物每年的平均收益不高，所以上述三种土壤水分传感器不可能在田间推广应用。在中国专利201810191352.8一种适应于农业灌溉的剖面式土壤墒情监测仪中，其土壤墒情监测仪是在剖面管内从上至下依次插入三个电阻式水势探头构成；基于无线传输的紧凑型、低功耗土壤水分自动检测仪。所述土壤水分自动检测仪的外壳由埋入支撑杆、转换接头、主板及锂离子电池固定仓和检测仪顶帽依次连接组成各个深层含水量，实时检测不同深度土壤商情信息；在 201720067029.0,基于无线传输的紧凑型、低功耗土壤水分自动检测仪，该土壤水分自动检测仪的外壳由埋入支撑杆、转换接头、主板及锂离子电池固定仓和检测仪顶帽依次连接组成，实时检测不同深度土壤商情信息。但是，当前我国不管是农业灌溉还是城市绿化用水都是采取很粗放的方式，即凭借经验定时人工灌溉。这种原始的灌溉方式既无法保证植物正常生长所需水量，同时又大大浪费了宝贵的水资源。而园林绿化用水当中常用的人工漫灌方法会造成土壤表层水流过快而来不及渗透到植物根系就顺着地形的流动形成水洼或流到马路当中造成浪费。在各种不同的灌溉系统中，由于土壤表层与其下方的各个深层含水量的不同，实时检测不同深度土壤商情信息，根据作物不同生长时期的需水量来酌量灌溉，这就需要大范围布设低成本的土壤水分传感器，进行实时监控，以解决如何既有利于植物的生长又尽量不浪费水资源的问题。
实用新型内容
本实用新型的目的是针对现有技术的不足提供一种过滤器型土壤墒情传感器的含水率标定系统，其特征在于，所述过滤器型土壤墒情传感器的含水率标定系统是在有机玻璃制作成的直径200mm，高120mm的土罐10中，均匀装满已知含水率的土样9；将过滤器型土壤墒情传感器8全部埋入到土样9中；插入进口主流TDR传感器6；将过滤器型土壤墒情传感器8的引线4与测量电路5连接，测量电路5的信号输出线和TDR传感器6的信号输出线分别与数据采集器7连接构成测试系统；所述过滤器型土壤墒情传感器的结构是在圆筒形过滤器2内填满硅藻土1，在硅藻土1中心插入圆杆电极3，在圆杆电极3顶端和圆筒形过滤器2上端各焊接引线4，与测量电路5连接。
所述圆杆电极采用不锈钢针。
所述过滤器采用1CR18NI9TI不锈钢粉末按2μm孔径压制成型。
所述测量电路包括升降压芯片tps63030、AD736交直流转换芯片、8038交直流转换芯片、放大电路OP07以及通过串联接入的过滤器型传感器和精密取样电阻组成；其中3.3v电源连接升降压芯片tps63030，升降压芯片tps63030输出 DC 5V；DC 5V s一路与AD736交直流转换芯片连接；另外一路与升压dcdc (0509s)电路连接，输出DC 9V，DC 9V与8038交直流转换芯片连接，输出交流1.5V，交流1.5V与放大电路OP07、过滤器型传感器和精密取样电阻串联；然后取样电阻与AD736交直流转换芯片连接。
所述过滤器型土壤墒情传感器的结构是在外径24.6mm，内径19.7mm，高度100mm的圆筒形过滤器2内填满硅藻土1，硅藻土1中心插入直径10mm，高度90mm的圆杆电极3，在圆杆电极3顶端和圆筒形过滤器2上端各焊接引线4，与测量电路5连接；其中，圆杆电极采用不锈钢针；过滤器采用1CR18NI9TI不锈钢粉末按2μm孔径压制成型，可达到陶土效果，且耐腐蚀，可塑性强。并用密封胶充填过滤器型土壤墒情传感器的各封口，得到过滤器型土壤墒情传感器。
所述土罐10底端设置多个细孔，用于慢慢吸水。
本实用新型的有益效果是本过滤器型土壤墒情传感器的结构简单、紧凑，测量原理新颖，成本低，使用方便，适用于农业、林业和绿色环境植物种植。
附图说明
图1为过滤器型土壤墒情传感器结构示意图。
图2为过滤器型土壤墒情传感器测量电路框图。
图3为过滤器型土壤墒情传感器标定系统示意图。
图4为过滤器型土壤墒情传感器标定重复测试结果曲线图。
具体实施方式
本实用新型提供一种过滤器型土壤墒情传感器的含水率标定系统，下面结合附图和实施例予以说明。
图1所示为过滤器型土壤墒情传感器结构示意图。图中，过滤器型土壤墒情传感器的结构为；在外径24.6mm，内径19.7mm，高度100mm的圆筒形过滤器 2内填满硅藻土1，硅藻土1中心插入直径10mm，高度90mm的圆杆电极3，在圆杆电极3顶端和圆筒形过滤器2上端各焊接引线4，与测量电路5连接；其中，圆杆电极采用不锈钢针；过滤器采用1CR18NI9TI不锈钢粉末按2μm孔径压制成型，可达到陶土效果，且耐腐蚀，可塑性强。并用密封胶充填过滤器型土壤墒情传感器的各封口，即得到过滤器型土壤墒情传感器。
图2所示为过滤器型土壤墒情传感器测量电路框图。所述测量电路包括升降压芯片tps63030、AD736交直流转换芯片、8038交直流转换芯片、放大电路 OP07以及通过串联接入的过滤器型传感器和精密取样电阻组成；其中3.3v电源连接升降压芯片tps63030，升降压芯片tps63030输出DC 5V；DC 5V s一路与 AD736交直流转换芯片连接；另外一路与升压dcdc(0509s)电路连接，输出DC 9V，DC 9V与8038交直流转换芯片连接，输出交流1.5V，交流1.5V与放大电路OP07、过滤器型传感器和精密取样电阻串联；然后取样电阻与AD736交直流转换芯片连接；具体测试过程是，将3.3v电源经升降压芯片tps63030变DC 5V，其一路用于AD736交直流转换芯片的供电；另外一路会通过升压电路dcdc0509s 变成DC 9V，最终通过8038交直流转换芯片变成交流1.5V信号；通过放大电路OP07的跟随增强驱动效应，串联接入过滤器型传感器和精密取样电阻，取样电阻的交流电压信号通过AD736交直流转换芯片变成直流电压信号，进行检测。当过滤器型土壤墒情传感器埋入到土壤中后，其硅藻土1通过圆筒形过滤器2与土壤中的水分发生交换，硅藻土的导电性能随着湿度的变化会发生显著变化，与其串联的取样电阻上的交流信号相应的将会发生显著变化，由此可通过检测取样电阻的电压值反映土壤含水率的变化。
如图3所示的过滤器型土壤墒情传感器标定系统示意图；直径200mm，高 120mm的土罐10中，按设计容重，均匀装满已知含水率的土样9，插入过滤器型土壤墒情传感器8，深度为埋入土样9上表面下一定深度；插入进口主流TDR 传感器6；将过滤器型土壤墒情传感器8的引线4与测量电路5连接，测量电路 5的信号输出线和TDR传感器6的信号输出线分别与数据采集器7连接构成测试系统；
含水率标定过程，将土罐置于盛水容器中，容器的中的水面尽量接近土罐10 上沿，但是不能漫进土罐10，土样9通过土罐10底端的细孔慢慢吸水，静置1 天后，土样9基本达到饱和状态；然后将系统静置在空气中进行蒸发，同时启动测量电路5和数据采集器7，进行过滤器型传感器8和主流TDR传感器6的信号采集。当土壤蒸发到含水率很低时，重新饱和土样，进行多次重复测试；如图4 所示的四次重复后，得到过滤器型传感器8与主流TDR传感器6读数的对应关系。经过多次测试结果显示，该过滤器型传感器除第一次(过程1)系统稳定平衡外，其他过程(过程2～4)重合度很好，和国际主流TDR探头测试结果相比，性能稳定。
Claims (6)
1.一种过滤器型土壤墒情传感器的含水率标定系统，其特征在于，在有机玻璃制作成的直径为20cm的土罐(10)中，按设计容重，均匀装满已知含水率的土样(9)，插入过滤器型土壤墒情传感器(8)，深度为埋入土样(9)上表面下一定深度；插入进口主流TDR传感器(6)；将过滤器型土壤墒情传感器(8)的过滤器型土壤墒情传感器(8)的引线(4)连接测量电路(5)，测量电路(5)的信号输出线和TDR传感器(6)的信号输出线分别与数据采集器(7)连接构成标定测试系统；
所述过滤器型土壤墒情传感器的结构是在外径圆筒形过滤器(2)内填满硅藻土(1)，在硅藻土(1)中心插入圆杆电极(3)，在圆杆电极(3)顶端和圆筒形过滤器(2)上端各焊接引线(4)，并与测量电路(5)连接。
2.根据权利要求1所述一种过滤器型土壤墒情传感器的含水率标定系统，其特征在于，所述圆杆电极采用不锈钢针。
3.根据权利要求1所述一种过滤器型土壤墒情传感器的含水率标定系统，其特征在于，所述圆筒形过滤器由1CR18NI9TI不锈钢粉末以2μm孔径压制成型。
4.根据权利要求1所述一种过滤器型土壤墒情传感器的含水率标定系统，其特征在于，所述测量电路包括升降压芯片tps63030、AD736交直流转换芯片、8038交直流转换芯片、放大电路OP07以及通过串联接入的过滤器型传感器和精密取样电阻组成；其中3.3v电源连接升降压芯片tps63030，升降压芯片tps63030输出DC 5V；DC 5V s一路与AD736交直流转换芯片连接；另外一路与升压dcdc(0509s)电路连接，输出DC 9V，DC 9V与8038交直流转换芯片连接，输出交流1.5V，交流1.5V与放大电路OP07、过滤器型传感器和精密取样电阻串联；然后取样电阻与AD736交直流转换芯片连接。
5.根据权利要求1所述一种过滤器型土壤墒情传感器的含水率标定系统，其特征在于，所述土罐底端设置多个细孔，用于慢慢吸水。
6.根据权利要求1所述一种过滤器型土壤墒情传感器的含水率标定系统，其特征在于，该过滤器型土壤墒情传感器是在外径24.6mm，内径19.7mm，高度100mm的圆筒形过滤器(2)内填满硅藻土(1)，在硅藻土(1)中心插入直径10mm，高度90mm的圆杆电极(3)，在圆杆电极(3)顶端和圆筒形过滤器(2)上端各焊接引线(4)，并与测量电路(5)连接；其中，圆杆电极采用不锈钢针；过滤器采用1CR18NI9TI不锈钢粉末按2μm孔径压制成型，可达到陶土效果，且耐腐蚀，可塑性强。
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