[发明专利]基于相位检测的土壤水分、电导率测量仪及其测量方法

权利要求书

1.一种基于相位检测的土壤水分、电导率测量仪，其特征在于， 包括：

信号发生器，分别向环行器和延时器输出具有相同频率、幅度和 初相位的高频正弦检测信号vt和参考信号vr；

环行器，通过同轴电缆和阻抗变换器向待测土壤内的传感器探头 输出所述检测信号vt，分离出经传感器探头末端反射回来的反射信号 vt并分别输出给相位检测器和检波器；

延时器，使所述信号发生器输出的参考信号vr的传输时间产生延 时后输出给相位检测器；

相位检测器，将所述延时器输出的参考信号vr与所述环行器输出 的反射信号vt之间的相位差转化为与之成比例的直流电压信号，输出 给模数转换器；

检波器，对所述延时器输出的参考信号vr和所述环行器输出的反 射信号vt进行整流，分别获取其电压幅值Vr和Vt并输出给模数转换 器；

模数转换器，对所述相位检测器和检波器输出的信号进行模数转 化并分别输出给传播时间计算器和反射系数计算器；

传播时间计算器，根据模数转换器输出的相位差值计算检测信号 vt在所述传感器探头上的传播时间t；

反射系数计算器，根据模数转换器输出的电压幅值Vr和Vt计算信 号反射系数ρ＝Vt/Vr；

水分计算器，根据所述传播时间t和预先标定的含水量标定公式 θ＝-3.1363t³+24.016t²-60.442t+50.15计算得到待测土壤含水量θ；其中，θ为 容积含水量m³/m³，t为信号传播时间ns；

电导率计算器，根据所述含水量θ、所述反射系数ρ以及预先标 定的电导率标定公式σ＝(1468θ²-531.76θ+75.474)(ρ-1)²计算得 到待测土壤电导率σ。

2.如权利要求1所述的基于相位检测的土壤水分、电导率测量 仪，其特征在于，所述延时器为延时电缆。

3.如权利要求1所述的基于相位检测的土壤水分、电导率测量 仪，其特征在于，所述阻抗转换器为阻抗转换电路。

4.一种使用如权利要求1或2或3所述的测量仪测量土壤水分 的方法，其特征在于，包括以下步骤：

生成具有相同频率、幅度和初相位的高频正弦检测信号vt和参考 信号vr；

环行器通过同轴电缆和阻抗变换器将所述检测信号vt传送给待 测土壤内的传感器探头，分离出经传感器探头末端反射回来的反射信 号vt并输出；

使所述参考信号vr的传输时间延迟，延迟时间与检测信号vt在环 行器、同轴电缆和阻抗变换器上的传输时间相等；

将所述延迟输出的参考信号vr与反射信号vt之间的相位差转化为 与之成比例的直流电压信号，随后转化为数字信号；

根据所述数字信号中包含的相位差值计算检测信号vt在所述传 感器探头上的传播时间t，并根据预先标定的表征所述传播时间t与 土壤含水量θ之间函数关系的标定公式θ＝-3.1363t³+24.016t²-60.442t+50.15 计算得到待测土壤含水量θ；其中，θ为容积含水量m³/m³，t为信号 传播时间ns。

5.如权利要求4所述的测量土壤水分的方法，其特征在于，还 包括，预先确定所述传播时间t与土壤含水量θ之间的函数关系。