[发明专利]一种便携式土壤含水量超声波检测装置及检测方法

权利要求书

1.一种便携式土壤含水量超声波检测装置，其特征在于：包括探测头和可调高度支架；所述可调高度支架包括螺杆、光轴导轨、方孔阵列斜插金属板、水平基座、弹簧卡扣和支撑平台；探测头安装于滑块上，滑块安装于支撑平台上，探测头可沿着支撑平台水平移动；所述螺杆和光轴导轨的直径相同且相互平行，并与水平基座和支撑平台的平面垂直，螺杆通过铁板螺母与支撑平台相连接，光轴导轨通过法兰直线轴承与支撑平台相连接；光轴导轨与螺杆共同决定支撑平台的运动方向，螺杆的顶端与旋转手柄相连接，用于调节支撑平台的上下移动，螺杆的底端与滚轮滚针轴承轴头相连接，滚轮滚针轴承外圈与水平基座刚性连接；光轴导轨与水平基座刚性连接；水平基座与方孔阵列斜插金属板成固定角度夹角并通过弹簧卡扣相连接，弹簧卡扣与方孔阵列斜插金属板的方孔配合，用于调节方孔阵列斜插金属板进入土壤的深度；方孔阵列斜插金属板上安装有温度传感器。

2.根据权利要求1所述的便携式土壤含水量超声波检测装置，其特征在于：滑块的顶部放置有显示屏。

3.根据权利要求1所述的便携式土壤含水量超声波检测装置，其特征在于：所述探测头包括MCU主控制器、交流脉冲发生器、功率放大器、微弱信号放大器、滤波器、电源、过零比较器、超声波换能器、存储器模块、显示屏和AD转换器；所述交流脉冲发生器连接功率放大器，功率放大器连接超声波换能器，MCU主控制器连接交流脉冲发生器控制超声波发射；所述超声波换能器连接微弱信号放大器，微弱信号放大器连接滤波器；所述滤波器的输出端连接过零比较器和AD转换器；所述过零比较器和AD转换器分别与MCU主控制器的定时器中断输入端和串行数据输入端连接；所述MCU主控制器分别与温度传感器、存储器模块和显示屏相连。

4.根据权利要求3所述的便携式土壤含水量超声波检测装置，其特征在于：所述功率放大器包括交流信号隔离放大器、场效应管和高频脉冲变压器，其中隔离放大器、场效应管和高频脉冲变压器依次连接。

5.一种土壤含水量超声波检测方法，其特征在于包括下述步骤:

（1）分析被测土质的质地特征，利用激光粒度仪测定该土质的土壤颗粒粒径均值，根据超声波波长不小于测得的土壤颗粒粒径值的原理，选取检测该土质的土壤的最佳超声波频率；

（2）对被测土质进行取样标定，获得该土质的含水量与超声波回波有效电压值和有效声速的函数模型；

（3）采用权利要求1~4中任一项所述的便携式土壤含水量超声波检测装置来检测待测土壤，获得有效电压值和有效声速，通过所建立的函数模型，获得对应的含水量值，重复试验三次，取平均值作为被测土壤的含水量。

6.根据权利要求5所述的土壤含水量超声波检测方法，其特征在于：步骤（2）的具体步骤为：测量在0%含水量土壤不同温度下的超声波从发射到接收到回波的收发时间差，得出0%含水量土壤的声速V_T与温度值的表格；测定不同含水量样本中超声波进入土壤和强反射后的回波有效电压值U与超声波从发射到接收到回波的时间差T，并根据时间差T计算得到实测声速V_t；定义有效声速为V_v=|V_t-V_T|，与有效电压值U作为标定数据并记录；然后，分别制作有效电压值U、有效声速V_v与土壤含水量P的关系表格，通过关系表格建立有效电压值U、有效声速V_v与土壤含水量P的函数模型，并根据测得的多组标定数据确定模型中的参数。