[发明专利]一种新型时域反射式土壤测量装置和方法

权利要求书

1.一种新型时域反射式土壤测量装置，其特征在于，包括：信号控制和处理系统、电源模块和探针；

所述信号控制和处理系统包括Wi-Fi芯片组、环形器和微控制器，所述Wi-Fi芯片组包括第一Wi-Fi芯片和第二Wi-Fi芯片，所述第一Wi-Fi芯片和第二Wi-Fi芯片分别与所述微控制器连接，还分别通过所述环形器与所述探针连接；

所述第一Wi-Fi芯片用于发射高频的源信号，所述第二Wi-Fi芯片用于接收反射回的信号，并将信号传输至微控制器进行处理，得到土壤测量结果，所述电源模块为所述信号控制和处理系统提供电力。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述环形器通过同轴电缆与所述探针连接。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述探针的形状采用多排直线型针式、回旋针式或线圈式。

4.一种基于如权利要求1至3任一项所述的装置的新型时域反射式土壤测量方法，其特征在于，包括：

记录发射源信号的初始时间t₀、所述源信号在探针首端反射后被接收时的第一接收时间t₁和经由探针末端反射后被接收时的第二接收时间t₂；

根据所述初始时间t₀、第一接收时间t₁和第二接收时间t₂计算土壤参数。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据所述初始时间t₀、第一接收时间t₁和第二接收时间t₂计算土壤参数，具体包括：

通过多次实验，获取不同土壤含水率条件下的累计信号延迟，建立土壤含水率θ_v和累计信号延迟的第一标定公式；

根据累计时间差t₂-t₁和所述第一标定公式计算土壤含水率。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述第一标定公式是：

θ_v＝a₁(t₂-t₁)³+a₂(t₂-t₁)²+a₃(t₂-t₁)+b

其中，a₁，a₂，a₃为多次项系数，b为调整常数。

7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据所述初始时间t₀、第一接收时间t₁和第二接收时间t₂计算土壤参数，具体包括：

对入射和反射的信号通过整流后得到相应的累计电压幅值，通过所述累计电压幅值的转换后由微控制器计算信号的反射系数；

通过所述反射系数和土壤电导率建立函数关系，将所述反射系数和土壤水分作为自变量，土壤电导率作为因变量，使用反向传播神经网络或是幂函数建立土壤电导率的第二标定公式；

通过所述反射系数和所述第二标定公式计算土壤电导率。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述反射系数ρ的计算公式是：

其中，u₁和u₂分别为t₁和t₂对应的电压。