[发明专利]一种土壤水分测量装置及方法

说明书

本发明实施例提供一种土壤水分测量装置及方法，该装置包括晶振、功放、发射天线、接收天线、鉴相器、第一峰值检波器、第二峰值检波器、差分放大器和微控制器。晶振与功放的输入端连接，功放的第一输出端分别与第一峰值检波器和鉴相器的输入端连接，功放的第二输出端通过发射天线与接收天线的一端连接，接收天线的另一端分别连接第二峰值检波器和鉴相器的输入端，鉴相器的输出端连接微控制器。本发明基于电磁波信号在待测土壤中传输的延时和衰减，通过测量经过待测土壤前后信号的相位差与幅度差，来确定土壤含水率，提高了土壤含水率的测量精度。解决了传统土壤水分测量方法仅单测电信号的相位或幅度，无法得到土壤复介电常数的精确值的缺陷。

技术领域

本发明实施例涉及土壤含水量测量技术领域，尤其涉及一种土壤水分测量装置及方法。

背景技术

土壤含水率作为土壤中一个重要的指标，它是影响水循环、养分迁移和作物生长的基本要素。

目前，测量土壤含水率主要有烘干法，中子法、频域反射法、时域反射法、电容法、驻波比法、探地雷达、和遥感技术等。其中，烘干法被认为是准确的，是效验其他方法的基准，但缺点也很明显，难以实现自动监测；中子法、频域反射法、电容式和驻波比法均属于小尺度点测量方法，测量范围局限于传感器周围。

探地雷达作为一种中尺度测量方式,运行于地表，能保证原状测定的精度，同时便于移动，作业面积大，但由于设备实现较为复杂，成本也较高，经济性较差，不适应规模化推广；遥感技术由于其技术特点主要用于大范围测量，测算结果精度有待进一步提升。

传统的土壤水份测量技术，比如前述的频域反射法、电容式、驻波比法均是利用测量土壤的介电常数来估算出土壤水份，但测量介电常数往往仅单测电信号的相位或幅度，对于土壤这样的复介电常数来说，不能精确地反映其真实值。

发明内容

针对传统土壤水份测量方法通过测量土壤的介电常数来估算出土壤含水率，难以保证测量精度的缺陷。本发明实施例提供一种土壤水分测量装置。

第一方面，本发明实施例提供一种土壤水分测量装置，包括晶振、功放、发射天线、接收天线、鉴相器、第一峰值检波器、第二峰值检波器、差分放大器和微控制器；

所述晶振与功放的输入端连接，用于提供正弦波信号；所述功放的第一输出端分别与第一峰值检波器和鉴相器的输入端连接，所述功放的第二输出端通过发射天线与接收天线的一端连接，所述发射天线和接收天线分别设置于待测土壤的两端，所述接收天线的另一端分别连接第二峰值检波器和鉴相器的输入端，所述鉴相器的输出端连接微控制器；

所述第一峰值检波器和第二峰值检波器的输出端均连接差分放大器的一端，所述差分放大器的另一端连接微控制器；

所述功放对正弦波信号进行功率放大后产生第一信号，并将第一信号分别发送至第一峰值检波器、鉴相器和发射天线；发射天线发出的第一信号在待测土壤中衰减为第二信号并被接收天线所接收后，接收天线将所述第二信号分别发送至第二峰值检波器和鉴相器；

所述差分放大器接收第一峰值检波器和第二峰值检波器输出的第一信号峰值幅度和第二信号峰值幅度，获取两信号之间的幅度差，并输出至微控制器；所述鉴相器接收第一信号和第二信号，获取两信号之间的相位差，并输出至微控制器；所述微控制器根据幅度差和相位差计算待测土壤的含水率。

其中，所述土壤水分测量装置还包括真值检波器，所述真值检波器的输入端连接鉴相器，真值检波器的输出端与微控制器连接，用于滤除鉴相器输出的交流信号，保留直流信号，并将所述直流信号发送至微控制器。

其中，所述发射天线为定向天线，所述接收天线为全向天线。

其中，所述微控制器为C8051F040单片机。

第二方面，本发明实施例提供一种土壤水分测量装置方法，包括：