[发明专利]一种时域反射土壤水分测试仪及测量方法

权利要求书

1.一种时域反射土壤水分测试仪，其特征在于，包括：

高频正弦电压信号源，用来产生单一频率的正弦电压信号；所述 高频正弦电压信号源包括锁相环和压控振荡器，所述锁相环中有R 计数器、N计数器、鉴频鉴相器和电荷泵，温补晶振通过R计数器与 鉴频鉴相器连接，压控振荡器的输出连接预分频器后通过N计数器 与鉴频鉴相器连接；鉴频鉴相器连接电荷泵，电荷泵的输出经低通滤 波电路后与压控振荡器连接；

信号分配器，与所述高频正弦电压信号源相连，将其产生的正弦 电压信号分为两路；

环形器，与所述信号分配器相连，用于对接收到的不同传播方向 的信号进行分离并输出；

探头，经同轴电缆与所述环形器相连，接收来自环形器输出的信 号作为测试信号；

相位检测器，经延时电缆与所述信号分配器相连，接收来自信号 分配器分配的入射信号；并与所述环形器相连，通过环形器接收所述 探头末端反射回的反射信号；并将入射信号与反射信号的相位差转换 为与之成正比的直流电压信号。

2.如权利要求1所述的时域反射土壤水分测试仪，其特征在于， 所述探头与同轴电缆的连接处还设有阻抗变换器件，实现阻抗匹配。

3.如权利要求1或2所述的时域反射土壤水分测试仪，其特征 在于，所述探头的末端设为开路。

4.一种时域反射土壤水分测量方法，其特征在于，所述测量方 法包括以下步骤：

高频正弦电压信号源产生的单一频率的正弦电压信号，其过程 为：温补晶振输出的信号，经R计数器分频后输入到鉴频鉴相器；压 控振荡器产生的信号经过预分频器后再经N计数器分频后输入到鉴 频鉴相器；鉴频鉴相器对两个输入信号的频率进行比较，根据它们的 大小关系输出不同的电压脉冲，电荷泵对电压脉冲进行积分得到直流 电压V_c，该电压经过低通滤波电路滤波后输入到压控振荡器控制其输 出频率f_V的大小，压控振荡器的输出信号经带通滤波电路和高频放大 电路后，输送至信号分配器；

信号分配器将接收到的正弦电压信号分为两路：一路入射信号经 过延时电缆延迟后到达相位检测器作为参考信号；另一路入射信号通 过环形器后沿同轴电缆传送到探头作为测试信号；

测试信号在探头的末端发生反射，反射回的测试信号经同轴电缆 和环形器后到达相位检测器；

相位检测器将接收到的参考信号和测试信号的相位差转换为与 之成正比的直流电压信号；

通过测量直流电压信号得到入射信号和反射回的测试信号在探 头上传播的时间，通过进一步标定得到被测土壤含水量。

5.如权利要求4所述的时域反射土壤水分测量方法，其特征在 于，所述另一路入射信号通过环形器后沿同轴电缆传送到探头之前， 经阻抗变换器件处理实现阻抗匹配。