[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

说明书

本发明公开了一种便携式土壤含水量超声波检测装置及检测方法。该装置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；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，弹簧卡扣与斜插金属板的方孔配合，用于调节斜插金属板进入土壤的深度；斜插金属板上安装有温度传感器。本发明利用声速与回波幅值双参数来测定土壤的含水量，具有重复性好和可互补校准的特点，成本低，且精度高。

技术领域

本发明涉及土壤含水量检测领域，特别涉及一种便携式土壤含水量超声波检测装置及检测方法。

背景技术

土壤水分是农作物生长发育的基本条件和产量预报模型中的重要参量，也是研究农业干旱及作物干旱的重要指标，因此土壤含水量是节水农业研究中经常测定的项目。目前，测定土壤含水量的方法主要有烘干称重法、射线法、时域反射法、遥感法等。烘干称重法的精确度较高，但采样速度慢、需要大量的人力物力。射线法存在潜在的辐射危害，难以满足实际生产中检测土壤水分的应用需求。时域反射法是通过测定土壤介电常数来间接确定土壤含水率，该方法成本低，但误差较大，而且盐分会对土壤介电常数产生影响，因此不能适用于所有土壤样本。遥感法的原理是对土壤表面发射或反射的电磁波辐射能进行测量，适用于大面积、多时相的土壤水分监测，但该方法成本昂贵，测量误差大，且目前最大探测深度只有0.05m，局限性较多。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺点，提供一种实时性好、工作时间范围宽、成本低且稳定性好的便携式土壤含水量超声波检测装置。

本发明的另一目的在于提供一种便携式土壤含水量超声波检测方法。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种便携式土壤含水量超声波检测装置，包括探测头1和可调高度支架；所述可调高度支架包括螺杆5、光轴导轨4、方孔阵列斜插金属板9、水平基座3、弹簧卡扣11和支撑平台2；探测头1安装于滑块12上，滑块12安装于支撑平台2上，探测头1可沿着支撑平台2水平移动；所述螺杆5和光轴导轨4的直径相同且相互平行，并与水平基座3和支撑平台2的平面垂直，螺杆5通过铁板螺母8与支撑平台2相连接，光轴导轨4通过法兰直线轴承7与支撑平台2相连接；光轴导轨4与螺杆5共同决定支撑平台2的运动方向，螺杆5的顶端与旋转手柄6相连接，用于调节支撑平台2的上下移动，螺杆5的底端与滚轮滚针轴承轴头15相连接，滚轮滚针轴承外圈与水平基座3刚性连接；光轴导轨4与水平基座3刚性连接；水平基座3与方孔阵列斜插金属板9成固定角度夹角并通过弹簧卡扣11相连接，弹簧卡扣11与斜插金属板9的方孔配合，用于调节斜插金属板9进入土壤的深度；斜插金属板9上安装有温度传感器10。

滑块12的顶部放置有显示屏13。

方孔阵列斜插金属板9为镀铬不锈钢材料，其金属板头为尖头刀片结构。

所述探测头1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10、存储器模块和显示屏13相连。

所述MCU主控制器采用体积小、低功耗、低成本、高性能、高主频ARM架构的处理器，用于连接交流脉冲发生器控制超声波发射、采集超声波回波幅值、计算定时器时间差和对超声波回波与声速进行温度补偿。

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。