[发明专利]具有电导率补偿特性的低频电容土壤水分检测方法

说明书

本发明公开了一种具有电导率补偿特性的低频电容土壤水分检测方法，传感探头采用印制电路板工艺的平面四电极结构，构成电容/电导率复用感应极板，并由多个相同复用感应极板按一定间隔排列构成剖面式传感探头。单片机分时控制交流恒流源和直流恒流源给复用感应极板供电。直流恒流源给复用检测电极充放电时，通过AD采集电路检测复用检测电极电压值，得到电容值与水含量的对应关系；交流恒流源给激励电极供电时，通过AD采集电路检测复用检测电极电压值，得到被测土壤电容值所对应的电导率；通过电导率的差值与水分的差值的比例关系，确定电导率影响的水分校准值；最后利用电导率影响的水分校准值对实际测量的水分值进行修正。

技术领域

本发明属于土壤水分自动检测领域，具体是一种具有电导率补偿特性的低频电容土壤水分检测方法。

背景技术

土壤水分含量是一项重要的土壤物理参数，它会影响土壤中营养物质和微生物活动的溶解和转移过程，是决定土壤肥力的重要因素之一，因此及时准确掌握土壤水分的变化规律，对现代精准农业生产的理论研究及应用都具有重要意义。

介电法是目前广泛使用的土壤水含量测量方法，主要原理是土壤中水含量的不同表现出介电常数的差异，通过对介电常数的测量能够间接反映出土壤水分的变化情况。但是，现有的介电法大多使用高频信号源，测试结果相对精确，但设备的制作成本较高且无法满足大范围布设的要求；若采用低频信号源，则土壤中的盐分是不可避免的影响因素，所以要提高工作在低频段的土壤水分传感器的精度，必须首先明确被测土壤中的电容和电导率的相互关系。

河南农业大学(CN 101520426 B)报道了一种基于矢量合成的土壤水分和电导率的测量方法及其装置。其通过矢量合成的方法得到电容分量和电导分量，从而得到土壤模型的水分含量和电导率，该报道认为土壤水分只与电容有关，而电导率仅是反应土壤肥力的参数。但是，土壤作为一种多孔介质，一般认为所测电容值反映出的相对介电常数ε在复数域内可表示为：ε＝ε′-ε″·j，其中ε′为介电常数的实部，主要受水分因素的影响；ε″为介电常数的虚部，主要受土壤中盐分因素的影响，尤其在低频检测环境中更不能忽略电导率对介电法检测土壤水分结果的影响。

发明内容

本发明目的是提供一种新颖的具有电导率补偿特性的低频电容土壤水分检测方法。

本发明是采用如下技术方案实现的：

一种具有电导率补偿特性的低频电容土壤水分检测方法，包括如下步骤：

(1)、建立检测系统

插入土壤内的传感探头采用平面四电极结构，构成电容/电导率复用感应极板，其中中间两个电极为复用检测电极，外部两个电极为激励电极；一个复用检测电极和一个激励电极接地，另一个激励电极连接交流恒流源，另一个复用检测电极并接真有效值转换电路、直流恒流源及电压放大器正输入端，交流恒流源连接双极性正弦信号源，真有效值转换电路和电压放大器输出端连接AD采集电路；

(2)、建立电容值与水含量关系式、电导率与电容值关系式

单片机分时控制交流恒流源和直流恒流源给电容/电导率复用感应极板供电；

在一个实验周期内，直流恒流源给复用感应极板充放电时，经过电压放大器由AD采集电路进行电压采集，由得到电容值，通过标准称重法得到土壤水含量，建立电容值与水含量的关系θ＝φ(c)；在进行的两次实验周期内，分别获得两个关系式θ₁＝φ₁(c)，θ₂＝φ₂(c)；

在一个实验周期内，交流恒流源给复用感应极板供电时，通过真有效值检测电路转换为直流电压再由AD采集电路进行电压采集，得到电导率EC，建立电导率与电容值的关系EC＝η(c)；在进行的两次实验周期内，分别获得两个关系式EC₁＝η₁(c)，EC₂＝η₂(c)；