[实用新型]一种区域土壤水分传感器

说明书

本实用新型涉及一种土壤水分检测装置，具体地，为一种区域土壤水分传感器。本实用新型的区域土壤水分传感器包括：封闭壳体；中子慢化体，安装在封闭壳体内；正比计数管，封装在中子慢化体内；及多道脉冲幅度分析器，处于封闭壳体内，与正比计数管电连接，且连接有用于接通外部线缆的接头。采用本实用新型的传感器，利用快中子数与土壤水分之间的关系，通过检测快中子数来确定土壤水分，可以实现最大直径700米、最大深度70厘米范围的区域土壤水分测量，检测范围广，检测结果较为准确。

技术领域

本实用新型涉及一种区域土壤水分传感器。

背景技术

在生态、气象、水文、农业等行业，土壤水分的测量有着重要意义。目前广泛使用的有烘干法、时域反射法、频域反射法、电容法、驻波法等，这些测量技术都是基于介电理论，直接或者间接测出土壤的介电特性，再根据土壤水分跟介电特性之间的关系，利用回归的方法标定出土壤水分。此类方法测量范围局限于传感器周围数十厘米，一般是选取有限点代表周围区域，并不能真正测得准确的区域土壤水分。

类似地，土壤水分测量还有中子仪法，中子仪法是通过中子源稳定发射快中子，快中子在土壤中与原子核，特别是氢原子碰撞后，快中子迅速慢化成慢中子，通过测量慢中子密度及其与水分子间的函数关系确定土壤水分，但是这种检测方式同样属于点测量方法，并且中子源对人、环境都有辐射危害。

目前也有提出采用卫星遥感法进行土壤水分测量，其具体是通过卫星测量地球下垫面的反射电磁波等反演出地表土壤水分，测量范围大，一般在方圆数十公里左右，其虽然相比于前几种检测方法，扩大了检测范围，但是其受时空、穿透能力、下垫面粗糙度等因素的影响，检测结构偏差较大、测量深度浅，而且当前并没有有效的地面验证方式。因此，如何能够相对准确的检测一定区域内的土壤水分成为土壤水分测量的一大难题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种区域土壤水分传感器，用于解决现有的检测方法不能准确检测一定区域内的土壤水分的问题。

本实用新型的区域土壤水分传感器包括：

封闭壳体；

中子慢化体，安装在封闭壳体内；

正比计数管，封装在中子慢化体内；及

多道脉冲幅度分析器，处于封闭壳体内，与正比计数管电连接，且连接有用于接通外部线缆的接头。

宇宙射线粒子与原子核碰撞生成高能中子，这些高能中子在穿过空气和土壤时，与空气和土壤中的原子核尤其是与其本身质量相当的氢原子（质子）发生弹性碰撞而改变方向，并失去部分能量，逐渐慢化为快中子；快中子持续与氢原子（质子）发生弹性碰撞，慢化为慢中子直至转化为热能。但是，并非所有的快速中子被慢化为慢中子，部分快中子逃逸到地表并迅速达到平衡。这些处于近地面环境中的快中子云与土壤水分呈反比关系，土壤水分越高，快中子云越稀薄，土壤水分越低，快中子云越密集。本实用新型的传感器通过中子慢化体慢化快中子，以便于正比计数管检测，多道多道脉冲幅度分析器为正比计数管提供高压形成电场，并收集计数管输出脉冲信号。传感器通过探测地表附近的快中子数，并根据快中子数与土壤水分的关系计算得到大面积的土壤平均含水量。采用本实用新型的传感器，可以实现最大直径700米、最大深度70厘米范围的区域土壤水分测量，检测范围广，检测结构较为准确。

进一步地，中子慢化体为一端开口、一段封堵的长筒状结构，且筒状中子慢化体的开口端安装有封堵中子慢化体内腔的封板，正比计数管插装在筒状中子慢化体的内腔中，封板与中子慢化体材质相同而将正比计数管完全包裹，正比计数管的接线端从封板穿过并伸出中子慢化体外，封闭壳体包括主管体，中子慢化体插装在主管体内，主管体的一端设置有封闭结构，另一端连接有封盖，封盖上布置有供外部线缆穿过的通道。由于现有的正比计数管多为圆柱状结构，中子慢化体采用长筒状结构能够很方便的与正比计数管相适配，而且这样也能够将正比计数管完全包裹在内，有利于正比计数管较为准确的检测到近地环境中的快中子数，提高了检测结构的精准度。