[发明专利]一种混沌时域反射土壤含水量测量装置及方法

权利要求书

1.一种基于混沌时域反射的土壤含水量测量装置，包括：

混沌信号源(1)，用于产生宽带混沌测试信号；

信号分配器(2)，与所述混沌信号源(1)信号输出端相连，将其产生的混沌信号分为两路；

T型同轴连接器(3)，与所述信号分配器(2)的一路信号输出端相连，用于将混沌测试信号输入测量探针(5)，并将经测量探针(5)反射的混沌信号被传输到数据采集卡(6)；

测量探针(5)，插入待测土壤中，经同轴传输线(4)与所述T型同轴连接器(3)相连，接收来自信号分配器(2)分路的混沌信号作为测试信号；

双通道高速数据采集卡(6)，与所述信号分配器(2)的第二路信号输出端相连，接收来自信号分配器(2)分路的混沌参考信号；并与所述T型同轴连接器(3)相连，接收所述测量探针(5)始末端反射回的两路混沌反射信号；并分别进行AD转换，得到混沌参考信号和叠加的混沌回波信号的数字信号，并将其发送到微控制单元(7)；

微控制单元(7)，与所述双通道高速数据采集卡(6)相连，接收采样后的混沌参考信号和混沌反射信号，并在相应软件的支持下进行相关解调运算，求出两路反射混沌信号的传输时间差，由传输时间差得到土壤的介电常数，根据该介电常数得到土壤的单位容积含水率。

2.如权利要求1所述的一种基于混沌时域反射的土壤含水量测量装置，其特征在于，还包括数据显示单元(9)；所述数据显示单元(9)用于将微控制单元(7)得到的土壤单位容积含水率输出显示。

3.如权利要求2所述的一种基于混沌时域反射的土壤含水量测量装置，其特征在于，还包括向混沌信号源(1)、微控制单元(7)以及双通道高速数据采集卡(6)供电的电源单元(9)。

4.一种基于混沌时域反射的土壤含水量测量方法，其特征在于，采用如权利要求1～3任一项所述的装置来实现，所述测量方法包括以下步骤：

将测量探针(5)插入待测土壤中，启动测量；

由混沌信号源(1)产生宽带混沌信号，被信号分配器(2)分成两路，一路作为参考信号，另一路作为测试信号到达同轴传输线(4)和测量探针(5)的连接处，由于阻抗不匹配产生第一次反射；测试信号继续在测量探针(5)传播，在测量探针(5)和土壤接触端产生第二次反射；

将所述的两路混沌参考信号和混沌反射信号输入双通道高速数据采集卡(6)，进行AD转换；

AD转换后的信号输入微控制单元(7)，微控制单元(7)在相应软件的支持下进行数据处理，进行相关运算，通过估计这个相关运算输出的最大值确定测量探针(5)中两个阻抗不匹配点即两个反射点之间的传输时间差τ；

根据公式K_a＝(cτ/2L)²计算得到土壤的介电常数K_a，其中c为光速，L为探针长度，再根据Topp公式，计算出土壤的单位容积含水率；或者根据实验室环境特定样本下获取的介电常数与含水率标定曲线，获得被测土壤实际对应的单位容积含水率。