[实用新型]土壤水分无线测量装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及测量技术领域，特别涉及一种土壤水分无线测量装置。

背景技术

当前，在水资源日益短缺情况下，节约用水、高效用水越来越受到世界各国政府的普遍重视。推广节水技术和设备是节约水资源，提高水资源利用率的一条有效途径。作为世界农业大国的中国来说，施行节水灌溉，寻求高效的土壤水分快速测量技术尤为重要。中国人口占世界的22％，而淡水资源只占世界总量的8％，人均水资源占有量仅2300m3/年，只相当于世界人均的1/4，是世界上人均占有水资源最贫乏的13个国家之一。我国水资源一方面非常贫乏，另一方面浪费又非常大。农业用水占社会总耗水量的80％以上，但有效性很差。目前，中国年灌溉用水量约3800亿m3，有效利用率只有30％-40％，而先进国家已达70％-80％，中国每立方厘米水的粮食生产能力不足1公斤，先进国家已达2.35公斤。造成这种局面的原因之一就是没有一种有效的土壤水分测量技术来保障节水农业技术体系的实施，所以说我国更迫切需要研究开发一种适合在生产中推广应用的土壤水分快速测量技术。

土壤作为一个由惰性固体、活性固体、溶质、气体以及水组成的多元复合系统，它的物理性质可以通过不同定义下的物理参数反映出来。大量研究结果已经表明，土壤含水量与压实度是影响农作物生长的两个至关重要物理参数。水是保证农作物生长的命脉，土壤中所发生的一系列反应，能量与物质交换均与水分有关，它直接关系着作物产量与品质。土壤压实度不仅与种子的发芽破土率与植物的根系发育状况密切相关，同时也直接影响着土壤水分的运移过程。本申请者在此领域通过长期深入研究后认为，尽管自上世纪八十年代以来在实验室环境中对土壤压实度与水分实时测量方法的研究已经分别取得了某些突破性进展，但迄今仍尚未找出一种有效的信息获取手段能够真正走出实验室直接应用于农田水分与压实度测量。

对于目前已经有的土壤水分传感器存在以下一个问题：

1.迄今为止，虽然利用土壤介电特性测量土壤含水量取得了很大的进展，但不论是得到普遍认可的TDR测量方法，还是FD及SWR，等传统测量方法都将土壤压实度与含水量这两个重要的物理参数在土壤信息实时获取过程中分割处理，以至无法有效地应用于农田实际测量。

2.测量土壤压实度当前世界各国最常用的仍是Penetrometer。该装置包括一个按照ASAE(美国农业工程师协会)标准化设计的圆锥，当圆锥以恒定速度进入土壤层时，通过实时测量圆锥表面受到的阻力大小来估计土壤的实际压实程度。考虑到其阻力与圆锥表面的受力面积成正比，所以将“圆锥指数”定义为“圆锥以恒定速度进入土壤层时圆锥表面单位面积上的阻力”。虽然所定义的圆锥指数确实与土壤压实度成正比，但它同时与土壤质地与土壤含水量等因数密切相关。例如在土壤压实度为一定值的情况下，土壤含水量越大，圆锥指数的测量值数值越小。显然，孤立地直接应用圆锥指数并非能够真实客观评价土壤压实度的大小。

3.目前，市场上销售的土壤水分传感器基本以单点传感器为主，在应用中主要依靠有线方式组网，不适合远距离无人监控系统的需要。

通过以上分析可知，目前存在的土壤水分传感器仅测量土壤含水量这一单参数，既没有考虑对土壤含水量有重大影响的土壤压实度问题，也没有考虑无线传输问题。对于将土壤压实度与土壤含水量两个重要参数融为一体，同时测量实现田间土壤含水量的无人实时检测目前尚未有见。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种可以将土壤温度、压实度与土壤含水量同时进行测量，高频宽、高线性度和小功耗，操作简单，可随身携带，有利于实现田间土壤含水量无人实时检测的土壤水分无线测量装置。

为达到上述目的，本实用新型土壤水分无线测量装置，包括若干无线传感装置和与其相连的、用于检测操作的无线设定装置，无线传感装置包括用于检测土壤含水量的阻抗变换器、用于检测土壤压实度的压力传感器、信息采集器、第二无线通讯模块和CPU处理器，阻抗变换器的检测信号通过信息采集器接至CPU处理器，压力传感器的检测信号接至CPU处理器，CPU处理器与第二无线通讯模块相连；无线设定装置包括中央控制器和与之分别相连的键盘输入模块、显示模块、存储模块和第一无线通讯模块；CPU处理器与中央控制器通过第一无线通讯模块与第二无线通讯模块无线相连。

本实用新型土壤水分无线测量装置，其中所述阻抗变换器包括高频信号源、同轴传输线和土壤水分探头，高频信号源和土壤水分探头分别接于同轴传输线的两端，所述阻抗变换器的检测信号分别由同轴传输线的两端取出并接至信息采集器。