[发明专利]用于土壤湿度监测和灌溉绘图的系统

说明书

为了解决现有技术中存在的缺点，本发明提供了通过检测快速中子来提供改进的灌溉管理的系统和方法。根据优选实施方式，本发明的快速中子检测器包括4‑He基稀有气体检测器、电源、信号处理电路以及与前置放大器及整形放大器串联的电阻器，以产生经处理信号。根据另外的优选实施方式，本发明优选地还包括信号通道分析器和脉冲计数器/速率计。根据另外的优选实施方式，本发明包括控制器，该控制器接收检测到的快速中子的计数，并将检测到的快速中子的数量转换成灌溉图，该灌溉图基于检测到的湿度水平指示给定田地的选定区域所需的灌溉水平。

相关申请

本申请要求2017年5月26日提交的美国临时申请62/511,414的优先权。

技术领域

本发明总体上涉及用于灌溉管理的系统和方法，更具体地涉及用于土壤湿度监测和灌溉绘图的系统及方法。

背景技术

确定灌溉管理区典型地是基于农民/操作者的知识、NRCS土壤图或使用Dual EM或Veris型设备的电导率绘图。取决于土壤湿度含量，每种方式具有分辨率方面的限制或无法对冰冻土地绘图，并且如果有农作物，则无法对田地绘图。

对于利用中心支轴和线性灌溉机器进行灌溉的所有者和操作者而言，了解土壤水分含量的状况是一挑战。通过利用安装在田地中的手动或各种类型的仪器来确定田地中的土壤水分含量水平。在大多数情况下，土壤水分含量数据不容易转换成用于灌溉装备操作者进行决策制定的可用形式。

手动监测土壤水分含量很耗时，并且没有提供整个田地上的土壤水分含量状态的很好的视图。此外，要在许多田地中做好土壤水分含量监测工作，需要三个、四个或更多个土壤湿度传感器，或者，如果手动收集，则需要大量步行。无论哪种情况，现有系统中的湿度数据都不容易被所有者或操作者使用，也不是易于使用的形式。

此外，即使在使用多个湿度传感器的情况下，其中测量土壤水分含量的土壤的实际面积和深度也受到限制。因此，该数据既不能用于准确地对整个田地的状态绘图，也不能用于为中心支轴或线性灌溉装备开发田地范围（field wide，全田地）灌溉策略。另外，要合理地做好监测土壤水分含量的工作，由于装备成本、安装成本和土壤湿度传感器中的一个或多个土壤湿度传感器可能安装不正确或安装在田地的不代表一般区域的地点而变得昂贵。

一种用于感测湿度条件的重要新技术是快速中子传感器，通常称为“COSMOS探头”。COSMOS探头通过测量给定表面附近的快速中子活动进行工作。这些快速中子是由二次宇宙射线与土壤的撞击而生成的。撞击后，宇宙射线的快速中子被散射（“热化”）并被土壤吸收。但是，这些快速中子中的一些逸出回到地面上的空气中。

逸出任何给定土壤的快速中子的数量取决于土壤的成分，特别是取决于土壤的水分含量。在较干燥的土壤中，较多的中子逸出，而在较潮湿的土壤中，较少的中子逸出。

迄今为止，COSMOS探头的使用仅限于下述静态探头，所述静态探头安装在杆上并且被设计成在设置的时间段内测量给定田地中的湿度含量。替代性地，它们已用于非农业工作相关的车辆上，用于对地下水浓度进行科学测量。但是，迄今为止，尚未在农业装备或可移动灌溉系统上使用COSMOS探头。

发明内容

为了解决现有技术中存在的缺点，本发明提供了一种通过检测快速中子的改进的灌溉管理的系统和方法。根据优选实施方式，本发明包括控制器，该控制器接收检测到的快速中子的计数并将检测到的快速中子的数量转换成灌溉图，该灌溉图指示给定田地的选定区域所需的灌溉水平。

根据另外的优选实施方式，本发明包括：GPS位置检测器；机器定向检测器；加速度计和快速中子检测器。根据另外的优选实施方式，本发明的快速中子检测器包括：4-He基稀有气体检测器；电源；信号处理电路；以及与前置放大器及整形放大器串联电阻器，以产生经处理信号。根据另外的优选实施方式，本发明优选地还包括信号通道分析器和脉冲计数器/速率计。