一種土壤水分速測裝置的製作方法

2023-08-05 07:27:11 2

專利名稱：一種土壤水分速測裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種土壤水分速測裝置。
背景技術：
水分是土壤中的一個重要組成部分，它不僅影響著土壤的物理性質，而且是土壤——作物——大氣連續體系統的重要參數。土壤水分通過一種強烈的非線性方式控制著降水在蒸散發、徑流、入滲等水分循環過程中的分配，在維繫生態系統的健康運轉過程中起著核心作用。在設施農業中，土壤水分的動態監測是設施農業精準灌溉的基本參數，也是影響作物產量的第一要素，及時地採集土壤水分數據，了解土壤水分變化規律，對增加農作物產量具有重要意義。土壤中水分的多少可用兩種方法表述一種是以土壤含水量表示，細分為體積含水量和重量含水量，二者之間的關係由土壤容重來換算。另一種是土壤水勢，是指從土壤中提取單位水分所需的能量，負值是土壤水吸力。烘乾法是土壤水分測定的傳統經典方法，即在田間採集代表性的土壤樣品，在室內進行烘乾，稱重，計算土壤水分含量，此方法簡單易行，有足夠的精度，但費時費力，不能原位重複測量誤差主要來源於採樣的代表性、天平的精確度以及在烘乾過程中有機質氧化分解而損失的重量。因此烘乾法測定土壤含水量時，必須注意採樣的代表性，為此可增加採樣的重複次數來彌補其代表性的不足。在如何快捷、可靠地測定土壤含水量過程中，以烘乾法為基礎，推出了許多定點而方便的測定方法，如負壓計法、中子法、電極法、遙感技術法等。負壓計法是利用半透性的陶瓷管埋在土壤中，管內裝滿水，隨著土壤水分的變化管內的負壓發生變化，經過換算表示土壤水分。中子法測定土壤含水量事先必須在測定地點埋設套管，並把中子儀的探頭放入套管中，直接從讀數器上讀取慢中子數，再按一定的比例關係換算成土壤體積含水量，此法可定時、定點測定土壤體積含水量。電極法利用了土壤中鹽分的導電性，經過儀器採集電信號，轉換顯示，用於測定土壤水分含量。以上測量方法在實際應用中存在不足，主要表現在步驟較繁瑣、儀器成本和精度匹配不適宜攜帶性、測定速度和操作難易程度也存在不同程度的缺陷。如中子水分儀不能準確測定土壤表層含水量，還受土壤類型、結構、溫度和含鹽量的影響，長期測定結果穩定性較差；遙感技術可實現區域土壤水分的實時動態監測，但由於土壤水分的空間變異性較大，遙感反演土壤水分過程中不確定性等許多監測理論和技術在深入研究中，精度的提高和服務的實效性尚在探討中。時域反射儀(Time Domain Reflectometry, TDR) , FDR(頻域反射法)^P SffR( 駐波率法)測定土壤水分具有鮮明的特色。一般地，國外儀器在中國的使用具有較強的區域性，需要結合區域特點，對區域性參數進行調整和優化，TDR雖是國外出產的測定土壤水分含量的儀器，但考慮了區域參數的調整和適用性，實現了可攜式和商業化，其優越性是在測試土壤水分過程中不破壞土壤原狀結構，操作簡便，並可直接讀取土壤含水量，測定精度高、無輻射、便於原位動態監測。FDR法是測量一定頻率下插入含水土壤探頭導納來確定含水土壤的介電常數，進而估計土壤水分。測量精度相對低，受鹽分影響大，成本較高，性能也能滿足大多數的應用需求。SWR法屬於土壤水分介電常數的測量，與TDR方法不同的是這種測量方法不再利用高速延遲線測量入射——反射時間差，而是測量它的駐波比，試驗表明三態混合物介電常數的改變能夠引起傳輸線上駐波比的顯著變化。利用駐波比原理研製出的儀器在成本上有了很大幅度的降低，但在測量精度和傳感器的互換性上不如TDR方法。綜上所述，TDR法具有好的實用前景，尤其適於節水灌溉自動控制和精細農作的土壤水分空間分布實時採集系統中，但在與GPS的耦合的實現方面，TDR測定土壤水分(如 TDR300)通過數據採集系統額外連接GPS/DGPS，進行定位水分參數的測定，這種測定需要使用者購置另外的連接線，才能實現土壤水分的定位測定，連接線的使用實現了定位土壤水分的測定，集成性較差。發明內容為解決以上技術上的不足，本實用新型提供了一種結構簡單、性價比合理、易普及、集成化程度高的土壤水分速測裝置。本實用新型是通過以下措施實現的本實用新型的一種土壤水分速測裝置，包括數據控制中心模塊以及與數據控制中心模塊相連接的土壤水分傳感器、通信模塊和顯示器，所述數據控制中心模塊通過集成電路連接GPS集成模塊。上述裝置GPS集成模塊由JAVA開發，並設置有用於連接計算機的US B接口。本實用新型的有益效果是集合了傳統方法和TDR法測定土壤水分含量的優點，基於JAVA開發的GPS集成模塊與土壤水分的數據控制中心模塊緊密集成，並且均為內置，不僅攜帶方便，測試範圍廣， 測量精度高，測試結果顯示記錄快速，效率高，而且實現了定位測定土壤水分信息，無須另外購置GPS連接線，結構簡單，造價低，維修方便，適用面廣。專門的JAVA接口以運用於計算機設施控制系統，進行設施農業的精準灌溉。
圖1為本實用新型的結構框圖。
具體實施方式
如圖1所示，本實用新型的土壤水分速測裝置，包括金屬外殼、數據控制中心模塊以及與數據控制中心模塊相連接的土壤水分傳感器、通信模塊和顯示器，數據控制中心模塊通過集成電路連接有GPS集成模塊。內置的GPS集成模塊，基於JAVA開發，提高了智能監測水平，在不影響GPS信號質量的前提下，此裝置將定位監測模塊和土壤水分控制中心一體化，集成程度高，性價比強， 操作簡單，尤其適合於設施農業的精準灌溉，普適性強，也適用於大田精準灌溉和墒情、旱情信息系統工程中。留有JAVA接口以使裝置運用於計算機設施控制系統和可攜式設施智能裝備系統。其工作原理為由數據控制中心模塊獲取土壤水分傳感器的監測數據，將土壤水分的電信號轉換成數位訊號，並實時與內置GPS集成模塊相連，將GPS數據反饋給數據控制中心模塊，從而將土壤水分監測數據和定位信息同時讀入數據控制中心模塊，數據中心模塊發出指令，將土壤水分監測數據和定位信息一併顯示在顯示器上。通過通信模塊，可以與外界進行有線或無線通信。為了提高測定數據的精度，探針的長度控制在必要的範圍內，基本和TDR測定土壤水分的探針長度保持一致。上述實施例所述是用以具體說明本專利，文中雖通過特定的術語進行說明，但不能以此限定本專利的保護範圍，熟悉此技術領域的人士可在了解本專利的精神與原則後對其進行變更或修改而達到等效目的，而此等效變更和修改，皆應涵蓋於權利要求範圍所界定範疇內。
權利要求1.一種土壤水分速測裝置，包括數據控制中心模塊以及與數據控制中心模塊相連接的土壤水分傳感器、通信模塊和顯示器，其特徵在於所述數據控制中心模塊通過集成電路連接有GPS集成模塊。
2.根據權利要求1所述的土壤水分速測裝置，其特徵在於GPS集成模塊設置有用於連接計算機的USB接口。
專利摘要本實用新型公開了一種土壤水分速測裝置，包括數據控制中心模塊以及與數據控制中心模塊相連接的土壤水分傳感器、通信模塊和顯示器，所述數據控制中心模塊通過集成電路連接有GPS集成模塊。本實用新型的有益效果是集合了傳統方法和TDR法測定土壤水分含量的優點，基於JAVA開發的GPS集成模塊與土壤水分的數據控制中心模塊緊密集成，並且均為內置，不僅攜帶方便，測試範圍廣，測量精度高，測試結果顯示記錄快速，效率高，而且實現了定位測定土壤水分信息，無須另外購置GPS連接線，結構簡單，造價低，維修方便，適用面廣。專門的JAVA接口以運用於計算機設施控制系統，進行設施農業的精準灌溉。
文檔編號G01N22/04GK202041479SQ20112013310
公開日2011年11月16日 申請日期2011年4月29日 優先權日2011年4月29日
發明者楊玉建 申請人:山東省農業科學院科技信息工程技術研究中心