[实用新型]一种基于频域反射法的管针式土壤含水率检测装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及土壤含水率检测技术领域，特别涉及一种基于频率反射法的管针式土壤含水率检测方法和装置。

背景技术

土壤是农业生产的基本生产资料，也是为农作物提供养分的载体。土壤含水率对于农作物的生长非常重要。首先农作物必须要吸收足够的水分才能满足自身的生长需要；其次，水分将土壤中营养物质溶解成溶液，通过植物根部细胞内外的溶液浓度进行交换，完成营养的吸收；最后，水分的渗透作用可以将人工施加的肥料带入土壤内部，使土壤肥力提高。土壤含水率是了解农田状况以及农作物生长状况的一项重要指标。

目前，土壤含水率检测装置所采用的方法主要有张力计法、电阻法、中子法、射线法、光学法和介电法。相比而言，通过土壤介电特性测量土壤含水率的介电法是一种快速、简单、有效的测量方法。1976年，Topp和Davis首先将时域反射法引入到土壤水分快速测量的研究中，并于1980年应用统计数学中数值逼近理论中的理论分类法找出了土壤含水率与介电常数间的多项式关系的经验方程，并在不同成分、类型的土壤条件下进行了试验，证明具有较高的测量精度。以此为基础，基于介电特性测量土壤含水率的方法得到了广泛的探索和应用。

目前，在国内市场上基于介电法研发的土壤含水率传感器主要有时域反射法（TDR）和频域反射法（FDR）两种。其中时域反射法（TDR）是基于电磁波在不同介质中传播速度不同的原理，根据高频电磁波在土壤中发射波和反射波间的时间差来测定土壤含水率。由于电磁波传播速度很快，导致发射波与反射波的时间差极短，需要超高速延迟测量技术，因此，该技术的成本较高，较难应用于低成本的农业生产中。

频域反射法（FDR）是根据土壤表观介电常数随土壤含水率变化而变化的原理测量土壤含水率。基于频域反射法（FDR）的土壤含水率检测仪器一般在几十到几百兆赫兹范围内工作，可以将介电常数的变化用电压或其他形式表现。频域反射法（FDR）土壤含水率检测仪器的测量结果易受土壤的质地、温度和容重的影响。现有的频域法土壤含水率检测仪通过实验标定和引入温度传感器来克服土壤质地和环境温度的影响，而大多未考虑土壤容重的影响，导致测量精度不高。增加土壤紧实度传感器而设计的复合式土壤含水率传感器对于减小容重影响，提高含水率检测精度有重要的作用，但却使仪器成本增加，而且步进电机的使用又增加了传感器操作的复杂程度。因此，有必要开发快速、低成本、操作简便、精度较高的土壤含水率检测仪。

本实用新型的目的：克服现有技术不足，提供一种基于频域反射法（FDR）土壤水分快速、低成本、操作简便、精度高的测量装置。

本实用新型要解决的技术问题：（1）在频域反射法（FDR）土壤水分测量技术基础上如何同时消除土壤温度、土壤容积密度对测量结果的影响，且测量速度快、操作方便、成本低、精度高；（２）基于频域反射法（FDR），设计一种测量探头及相关的测量辅助系统，实现对土壤水分测量时，能快速、方便、低成本地同时消除温度和容积密度对测量结果的影响，获得较高的测量精度。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种结构简单、操作方便、可以快速测量土壤容积密度的基于频率反射法的管针式土壤含水率检测装置。

该装置包括：管针式土壤含水率探头1、50Ω同轴连接线2、高频信号激励电路3、电压检测电路4、温度传感器5、质量传感器6、电源模块7、微处理器8和显示模块9；

所述管针式土壤含水率探头1包括测量探针10、测量管11和测量手柄12；测量探针10位于测量管11中心，测量探针10和测量管11固定在测量手柄12上；所述温度传感器5嵌入安装于管针式土壤含水率探头1测量管11外侧；所述质量传感器6安装于管针式土壤含水率探头1的测量手柄12下端，质量传感器6的下端面为一个平面，可保证管针式土壤含水率探头（1）及其上附属部件以此平面为支撑倒立站稳；测量手柄12上对称布置有手把19，与管针式土壤含水率探头1、温度传感器５以及质量传感器6相连的电缆20从一侧手把19中心穿出。

所述50Ω同轴连接线2的中心导线的一端与管针式土壤含水率探头1的测量探针10相连，其屏蔽金属网线与管针式土壤含水率探头1的测量管11相连；50Ω同轴连接线2中心导线的另一端连接高频信号激励电路3。

所述高频信号激励电路3包括高频信号发生芯片16、差分处理电路17和放大电路18，用于产生管针式土壤含水率探头1所适用的高频信号。