[实用新型]管式土壤水分测试仪

说明书

技术领域

本实用新型属于土壤水分监测技术领域，具体涉及一种管式土壤水分测试仪。 

背景技术

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2300立方米/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3800亿立方米，有效利用率只有30％～40％，而先进国家已达70％～80％，中国每立方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。 

利用土壤的介电特性来测量土壤含水量是一种行之有效、快速、简便并且可靠的方法。土壤的介电特性广泛地应用于土壤含水量的测量技术中，而且具体实现方法千差万别。其中，高频电容探头测量土壤含水量、时域反射法(TDR-Time Domain Reflectometry)、时域传播法(TDT-Time Domain Transmission)、频域分解法(FD-FrequencyDomain Decomposition)、驻波法(SWR-Standing Wave-Ratio)等测量方法都属于基于土壤介电特性的土壤含水量测量方法。其中，管式土壤水分传感器利用的是基于驻波原理的高频电子技术，用于通过测量土壤的表观介电常数对同一位置不同深度剖面的土壤容积含水量 进行测量。测量时传感器与土壤无直接接触，插入埋设在土壤中的PVC导管内进行测量。目前已经申请了实用新型专利，申请号：200920006398.4。管式土壤水分传感器输出的是0-2.5V模拟电压信号，输出电压V与土壤容积含水量θ_v之间满足标定方程：θ_V＝a₀+a₁V+a₂V²+a₃V³，方程的系数可通过土壤标定试验确定。为了在田间便携的移动测量，需要一种与其配套使用的专用测试仪表，以便快速读取测量结果，以满足对田间的不同监测点(田间预先埋设好PVC测试管的位置)不同深度剖面的土壤水分快速测试的要求。 

由于管式土壤水分传感器输出的是标准电压信号，因此可连接到各种带有差分输入的数据采集器、数据采集卡、数据采集模块等设备，用户通过编程将电压值转换为土壤容积含水量。可以通过系统集成，构成土壤水分监控系统，对土壤水分进行实时监测。前述所提到的各种通用模拟量采集设备，硬件系统集成简便，但此方法由于需要连接到计算机，设备供电也需要通过固定电源，因此仅适用于固定监测，不能用于便携式的移动测量，且由于市场上现有的这些设备是通用设备，所以成本高、体积大，不能为用户测量土壤水分提供直观的操作界面，使用不方便。所以关于与管式土壤水分传感器相配套使用的水分测试仪，目前在国内相关技术领域处于空白状态。 

实用新型内容

(一)要解决的技术问题 

本实用新型要解决的技术问题是提供一种体积小、操作简便、功能全面的管式土壤水分测试仪，以期与管式土壤水分传感器或其他类似的土壤水分传感器配套使用，以便快速、实时地采集传感器输出的电压信号，将其转换为数字量，并按照标定方程计算出土壤容积含水量，通过输出设备显示给用户。 

(二)技术方案 

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种管式土壤水分测试 仪，包括面板外壳、内部电路系统、土壤水分传感器、输入输出系统； 

所述面板外壳表面设有传感器接口、输入输出系统接口以及串行通信接口； 

所述内部电路系统主要由数模转换电路、微控制器、通信接口电路以及电源系统集成设置于所述面板外壳内部； 

所述土壤水分传感器通过所述传感器接口与所述数模转换电路相连接； 

所述输入输出系统通过所述输入输出系统接口与所述微控制器相连接。 

所述数模转换电路内部集成4路10位I2C接口的模数转换芯片。 

所述微控制器为单片机，内部集成复位电路。 

所述通信接口电路连接所述微控制器，并通过所述串行通信接口与上位PC机连接通信。 

所述内部电路系统还包括振荡电路； 

所述微控制器集成设有振荡电路接口；