[发明专利]一种应用低频微波波段测量土壤含水含盐量方法及装置

说明书

一种应用低频微波波段测量土壤含水含盐量方法及装置，它涉及一种应用低频微波波段10Hz～120MHz频率范围下同时测量盐渍土壤的频率响应介电特性检测系统，它提供了一种结构简单、低成本、具有足够灵敏度，可重复使用的土壤含水含盐量快速检测方法。本检测方法及装置包括：一、微处理器在低频波段10Hz～120MHz频率范围内根据不同的土壤预先设定了一系列的特征频率点；二、通过FFT算法，控制信号发生模块产生一系列不同频率不同数量的正弦电压信号；三、传感器部分在10Hz～120MHz频率范围内测量土壤的介电常数；四、振幅及相位检测模块根据不同的信号等待时间，在不同时间间隔下连续测量振幅及相位偏差值，并存储在FLASH中；五、微处理器通过主成分分析、粒子群拟合分类数据，通过经验公式反演土壤的含水含盐量。

技术领域

本发明涉及一种基于低频微波波段土壤含水含盐量快速检测方法及相关装置，安装在农业物联网中。

背景技术

土壤盐度检测的传统方法基于常规室内化学定量分析方法，检测土样需要作前处理，且需要昂贵的专用仪器，导致费时费工、分析成本高而难以得到及时和普遍的应用。

近年来，基于地物光谱特性的多光谱及高光谱遥感技术获得了迅猛发展，使得实时、快速、精确、大范围监测提供了新的技术手段和方法，从而为基于微波技术进行土壤盐渍化实时监测和快速诊断提供了理论基础。至今，广大学者围绕土壤盐度监测的农学和微波检测机理开展了大量研究，获得了许多可喜的成果，但也面临一些亟待解决的科学问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种快捷、具有足够灵敏度、可重复使用、结构简单、成本低廉的土壤含水含盐量检测方式及装置。

土壤含水含盐量检测按以下步骤进行：

一、土样进行风干，过1毫米的筛，去除土壤中动植物残体和微生物体及其分解和合成的物质，烘干或加湿，分多个样本，将传感器完全浸没土样中。

二、微处理器根据土壤种类，选取待测土壤种类，(1.沙土 2.壤土 3.黏土)。本系统在低频波段10Hz～120MHz建立了针对这三种土壤的盐度检测的已预先设定的一系列特征频率点。

三、微处理器通过信号发生模块产生一系列不同频率数量的正弦电压信号，作为传感器的激励信号。

四、传感器部分在10Hz～120MHz频率范围内同时测量电容和电导参数。

五、通过振幅相位检测模块，根据不同的信号等待时间，在不同时间间隔下连续测量并记录振幅和相位的偏差值，并存储在FLASH中。

六、微处理器通过FFT算法，将频率响应特征，即振幅和相位的偏移值，在时域上转移，通过瞬态和稳态时间响应，建立了一个多阶的多项式经验方程式，将土壤介电常数(ε₀)和用频率激励测定的振幅和相位的偏差值与土壤含水量(χ)和含盐量(ρ)联系起来。

检测算法描述如下：

针对传感器端，v_out作为待测电压，v_in是信号发生模块产生的激励电压，建立测量关系，

R₁、R₂、R₃、R₄表征土壤和电极之间的接触电阻；表征相邻电极之间土壤的阻抗；Z_v表示电压测量模块的输入阻抗，X_C表示传感器的电容性阻抗。系统的幅频特性和相频特性定义为：

测量的

测量的振幅增益：Gain(dB)＝201g|G(jω)|