[发明专利]土壤容重实时测量方法及其测量装置

权利要求书

1.一种土壤容重实时测量方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤一，在线测量原状土条件下的土壤；

步骤二，通过频域反射法采集土壤体积含水率的电压信号，并通过标定试验方法确定土壤体积含水率的值；

步骤三，通过可见光-近红外反射法采集土壤质量含水率的原始光谱数据，将原始光谱数据经过预处理后代入系统预设的回归模型中，计算出土壤质量含水率；

步骤四，由土壤体积含水率和土壤质量含水率换算出土壤容重，该土壤容重计算公式为式中：ρ_b为土壤容重，单位为g/cm³；θ为土壤体积含水率，单位为cm³/cm³；ω为土壤质量含水率，单位为g/g。

2.根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于，所述步骤二中频域反射法具体为：以高频信号作为激励信号，根据电磁波传输理论中阻抗匹配的原理，测量阻抗匹配电路两端的高频电压峰值，将该电压峰值差分放大后转化成标准电压输出。

3.根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于，所述步骤三中可见光-近红外反射法具体为：光源的光束传输至土壤质量含水率探头，其中一部分光束被土壤吸收，另一部分光束反射回来被可见光-近红外光谱仪采集并输出原始光谱数据。

4.根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于，所述步骤三中的土壤质量含水率回归模型需要在实验室条件下建立：一方面通过烘干法获得土样的真实质量含水量；另一方面通过可见光-近红外反射法采集土壤质量含水率的原始光谱数据，并原始光谱数据经过预处理得到特征光谱数据，结合真实质量含水量和特征光谱数据，通过多元回归分析方法建立土壤质量含水率回归模型。

5.一种实现权利要求1所述土壤容重实时测量方法的测量装置，其特征在于，包括:

中空的锥杆(1)；

设置于所述锥杆内部的同轴电缆(2)和光纤(3)；

设置于所述锥杆下端的土壤体积含水率探头(4)和土壤质量含水率探头(5)；

设置于所述锥杆上端的土壤体积含水率检测模块(6)和土壤质量含水率检测模块(7)；

所述土壤体积含水率探头(4)通过同轴电缆(2)连接到土壤体积含水率检测模块(6)，所述土壤质量含水率探头(5)通过光纤(3)连接到土壤质量含水率检测模块(7)；

设置于所述土壤质量含水率检测模块上方用于采集信号并计算土壤容重的平板电脑(8)。

6.根据权利要求5所述的测量装置，其特征在于，所述土壤体积含水率探头(4)，包括锥头(41)、金属环(42)和绝缘环(43)，其中锥头连接在锥杆下端，绝缘环嵌套在锥杆上，金属环嵌套在绝缘环上。

7.根据权利要求5所述的测量装置，其特征在于，所述土壤体积含水率检测模块(6)包括依次连接的高频信号源(61)、阻抗匹配电路(62)、检波电路(63)和微处理器(65)，其中微处理器(65)通过差分放大电路(64)与检波电路(63)连接，并通过通讯接口与平板电脑(8)的信号输入端连接。

8.根据权利要求5所述的测量装置，其特征在于，所述土壤质量含水率检测模块(7)，包括光源(71)和可见光-近红外光谱仪(72)；所述光纤(3)包括光源光纤(31)和检测光纤(32)，其中光源光纤(31)用于连接光源(71)和土壤质量含水率探头(5)，检测光纤(32)用于连接土壤质量含水率探头(5)和可见光-近红外光谱仪(72)。

9.根据权利要求5所述的测量装置，其特征在于，该测量装置还包括设置于所述土壤质量含水率检测模块(7)下方一侧用于确定测量深度的超声波距离传感器(9)；设置于所述土壤质量含水率检测模块(7)下方另一侧用于定位测量地点的GPS模块(10)；以及设置于所述土壤质量含水率检测模块(7)两侧的手柄(11)。