水分傳感器及表層土壤參數(shù)采集裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種水分傳感器及表層土壤參數(shù)采集裝置,涉及土壤信息采集【技術(shù)領(lǐng)域】,特別涉及一種所述水分傳感器包括:兩個(gè)片狀的電極和兩個(gè)信號(hào)線,所述兩個(gè)信號(hào)線與所述兩個(gè)電極一一對(duì)應(yīng)連接,所述兩個(gè)電極為平行設(shè)置。本實(shí)用新型通過(guò)對(duì)水分傳感器的結(jié)構(gòu)設(shè)置,實(shí)現(xiàn)了采集與大氣直接接觸的表層土壤的含水率,能夠有效為田間土壤表面蒸發(fā)作用和水土保持提供數(shù)字化信息。
【專利說(shuō)明】水分傳感器及表層土壤參數(shù)采集裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及土壤信息采集【技術(shù)領(lǐng)域】,特別涉及一種水分傳感器及表層土壤參數(shù)采集裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]作為生態(tài)系統(tǒng)重要的環(huán)境因素和組成成分,土壤直接參與生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)和能量循環(huán)。具體而言,土壤是一種自然資源和生產(chǎn)資料,為植物生長(zhǎng)提供必須的水分和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),從而影響動(dòng)物生長(zhǎng)和活動(dòng)。為了更好地指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、促進(jìn)大自然的物質(zhì)和能量循環(huán),現(xiàn)代信息化社會(huì)對(duì)土壤環(huán)境監(jiān)測(cè)提出新的要求。
[0003]土壤水分是土壤肥力因素中最活躍的一個(gè),它能夠影響土壤結(jié)構(gòu)和土壤耕性、控制土壤呼吸強(qiáng)度,改變土壤氣、熱和養(yǎng)分的構(gòu)成和分布?,F(xiàn)有的土壤含水率傳感器都只致力于測(cè)量一定深度下的土壤含水率,但對(duì)非常重要的與大氣直接接觸的表層土壤的含水率并無(wú)涉及,不能為田間土壤表面蒸發(fā)作用和水土保持提供數(shù)字化信息。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0004](一)要解決的技術(shù)問(wèn)題
[0005]本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問(wèn)題是:如何測(cè)量表層土壤的含水率。
[0006](二)技術(shù)方案
[0007]為解決上述技術(shù)問(wèn)題,本實(shí)用新型提供了一種水分傳感器,所述水分傳感器包括:兩個(gè)片狀的電極和兩個(gè)信號(hào)線,所述兩個(gè)信號(hào)線與所述兩個(gè)電極一一對(duì)應(yīng)連接,所述兩個(gè)電極為平行設(shè)置。
[0008]本實(shí)用新型還公開了一種表層土壤參數(shù)采集裝置,所述裝置包括:絕緣固定板、水分傳感器和數(shù)據(jù)采集盒,所述水分傳感器的兩個(gè)電極敷設(shè)于所述絕緣固定板的下表面,所述數(shù)據(jù)采集盒內(nèi)設(shè)有相互連接的信號(hào)調(diào)理單元和微控制器,所述信號(hào)調(diào)理單元與所述水分傳感器連接;
[0009]所述信號(hào)調(diào)理單元向所述水分傳感器的兩個(gè)信號(hào)線發(fā)送高頻調(diào)制波,再接收由所述水分傳感器的兩個(gè)電極所獲得的與表層土壤含水率相關(guān)的第一感應(yīng)信號(hào),所述信號(hào)調(diào)理單元將所述第一感應(yīng)信號(hào)進(jìn)行調(diào)理,以獲得第一標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào),由所述微控制器對(duì)所述第一標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)進(jìn)行處理,以獲得表層土壤含水率。
[0010]其中,所述信號(hào)調(diào)理單元包括:高頻信號(hào)源、調(diào)制電路、檢波電路、低通濾波電路和運(yùn)放電路,所述水分傳感器與所述調(diào)制電路和所述檢波電路分別連接,所述檢波電路與所述低通濾波電路連接,所述高頻信號(hào)源與所述調(diào)制電路連接,所述低通濾波電路和運(yùn)放電路連接,所述運(yùn)放電路與所述微控制器連接;
[0011]所述高頻信號(hào)源產(chǎn)生高頻信號(hào),由所述調(diào)制電路進(jìn)行調(diào)制,以產(chǎn)生所述高頻調(diào)制波,所述檢波電路接收所述感應(yīng)信號(hào),并對(duì)所述感應(yīng)信號(hào)進(jìn)行檢波,以獲得表層土壤含水率信息,所述表層土壤含水率信息由所述低通濾波電路進(jìn)行濾波處理,再由所述運(yùn)放電路進(jìn)行放大處理后,以獲得所述第一標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)。
[0012]其中,所述低通濾波電路和運(yùn)放電路之間還設(shè)有調(diào)零電路。
[0013]其中,所述裝置還包括:支撐桿,所述支撐桿穿過(guò)且固定所述數(shù)據(jù)采集盒,所述數(shù)據(jù)采集盒上表面設(shè)有位移傳感器,所述支撐桿的下端設(shè)有壓力傳感器,所述壓力傳感器通過(guò)墊片設(shè)于所述絕緣固定板上,所述壓力傳感器和位移傳感器分別與所述低通濾波電路連接;
[0014]所述壓力傳感器獲得與表層土壤壓緊阻力對(duì)應(yīng)的第二感應(yīng)信號(hào),所述位移傳感器獲得與下壓位移對(duì)應(yīng)的第三感應(yīng)信號(hào),所述第二感應(yīng)信號(hào)和第三感應(yīng)信號(hào)分別由所述低通濾波電路進(jìn)行濾波,再由所述運(yùn)放電路進(jìn)行放大處理后,獲得第二標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)和第三標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào),由所述微控制器對(duì)所述第二標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)和第三標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)進(jìn)行處理,以獲得所述表層土壤壓緊阻力和下壓位移,并通過(guò)所述表層土壤壓緊阻力和下壓位移計(jì)算獲得表層土壤緊實(shí)度。
[0015]其中,所述絕緣固定板上設(shè)有若干通孔,所述水分傳感器的兩個(gè)電極通過(guò)所述絕緣固定板上的兩個(gè)通孔與所述水分傳感器的兩個(gè)信號(hào)線連接。
[0016]其中,所述裝置還包括:絕緣外殼,所述絕緣外殼為方形槽狀且開口朝下,所述數(shù)據(jù)采集盒和絕緣固定板均設(shè)于所述絕緣外殼內(nèi),所述絕緣外殼的底面設(shè)有通孔,所述支撐桿通過(guò)所述通孔穿過(guò)所述絕緣外殼。
[0017]其中,所述支撐桿頂端設(shè)有手柄。
[0018]其中,所述裝置還包括:存儲(chǔ)單元和顯示器,所述存儲(chǔ)單元設(shè)于所述數(shù)據(jù)采集盒內(nèi),所述顯示器設(shè)于所述絕緣外殼的底面,所述存儲(chǔ)單元和顯示器分別與所述微控制器連接,所述存儲(chǔ)單元用于存儲(chǔ)所述表層土壤含水率和/或所述表層土壤緊實(shí)度,所述顯示器用于顯示所述表層土壤含水率、所述表層土壤緊實(shí)度和所述下壓位移中的至少一個(gè)。
[0019]其中,所述裝置還包括:調(diào)零螺絲,所述調(diào)零螺絲設(shè)于所述絕緣外殼上,且與所述調(diào)零電路連接,用于實(shí)現(xiàn)調(diào)零。
[0020](三)有益效果
[0021]本實(shí)用新型通過(guò)對(duì)水分傳感器的結(jié)構(gòu)設(shè)置,實(shí)現(xiàn)了采集與大氣直接接觸的表層土壤的含水率,能夠有效為田間土壤表面蒸發(fā)作用和水土保持提供數(shù)字化信息。
【專利附圖】
【附圖說(shuō)明】
[0022]圖1是本實(shí)用新型一種實(shí)施方式的表層土壤參數(shù)采集裝置的結(jié)構(gòu)示意圖;
[0023]圖2是圖1所示的表層土壤參數(shù)采集裝置的分解結(jié)構(gòu)示意圖;
[0024]圖3是圖1所示的表層土壤參數(shù)采集裝置的絕緣固定板的結(jié)構(gòu)示意圖;
[0025]圖4是圖1所示的表層土壤參數(shù)采集裝置中數(shù)據(jù)采集盒的結(jié)構(gòu)框圖;
[0026]圖5是圖4所示的數(shù)據(jù)采集盒中信號(hào)調(diào)理電路的結(jié)構(gòu)框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例,對(duì)本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下實(shí)施例用于說(shuō)明本實(shí)用新型,但不用來(lái)限制本實(shí)用新型的范圍。
[0028]本實(shí)施方式利用水分傳感器采用頻域分解法測(cè)量表層土壤水分,但還可通過(guò)時(shí)域反射法或駐波比法等方法進(jìn)行測(cè)量,只需調(diào)整電路即可實(shí)現(xiàn)。圖1是本實(shí)用新型一種實(shí)施方式的表層土壤參數(shù)采集裝置的結(jié)構(gòu)示意圖;圖2是圖1所示的表層土壤參數(shù)采集裝置的分解結(jié)構(gòu)示意圖;圖3是圖1所示的表層土壤參數(shù)采集裝置的絕緣固定板的結(jié)構(gòu)示意圖;圖4是圖1所示的表層土壤參數(shù)采集裝置中數(shù)據(jù)采集盒的結(jié)構(gòu)框圖;參照?qǐng)D1?4,所述裝置包括:絕緣固定板7、水分傳感器75和數(shù)據(jù)采集盒8,所述水分傳感器75包括:兩個(gè)片狀的電極74和兩個(gè)導(dǎo)線(即信號(hào)線)73,所述兩個(gè)導(dǎo)線73與所述兩個(gè)電極74 一一對(duì)應(yīng)連接,且對(duì)應(yīng)的導(dǎo)線73和電極74呈垂直設(shè)置,所述兩個(gè)電極74為平行設(shè)置,所述水分傳感器75的兩個(gè)電極74敷設(shè)于所述絕緣固定板7的下表面,所述數(shù)據(jù)采集盒8內(nèi)設(shè)有相互連接的信號(hào)調(diào)理單元82和微控制器83,所述信號(hào)調(diào)理單元82與所述水分傳感器75連接;
[0029]所述信號(hào)調(diào)理單元82向所述水分傳感器75的兩個(gè)導(dǎo)線73發(fā)送高頻調(diào)制波,再接收由所述水分傳感器75的兩個(gè)電極74所獲得的與表層土壤含水率相關(guān)的第一感應(yīng)信號(hào)(即經(jīng)過(guò)表層土壤的高頻調(diào)制波),所述信號(hào)調(diào)理單元82將所述第一感應(yīng)信號(hào)進(jìn)行調(diào)理,以獲得第一標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào),由所述微控制器83對(duì)所述第一標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)進(jìn)行處理(通過(guò)既定的算法和公式進(jìn)行處理),以獲得表層土壤含水率;
[0030]本實(shí)施方式中,所述數(shù)據(jù)采集盒8通過(guò)聚氯乙烯(PVC)材料制成,且長(zhǎng)10cm、寬IOcm且高3cm,所述數(shù)據(jù)采集盒內(nèi)還設(shè)有電源81,所述電源為所述信號(hào)調(diào)理單元82、微控制器83、存儲(chǔ)單元84、顯示器85和數(shù)據(jù)傳輸單元86進(jìn)行供電,所述電源81采用9?12V干(蓄)電池,所述微控制器83采用MSP430H49芯片,所述絕緣固定板7長(zhǎng)10cm、寬IOcm且高
0.3cm,所述兩個(gè)導(dǎo)線73由銅制成且其截面為0.1cmX0.5cm,呈U型,所述兩個(gè)電極均為長(zhǎng)9cm、寬Icm且厚度可忽略不計(jì),所述兩個(gè)電極之間間隔1cm,所述兩個(gè)導(dǎo)線之間間隔1cm。
[0031]為便于實(shí)現(xiàn)表層土壤含水率,參照?qǐng)D5,優(yōu)選地,所述信號(hào)調(diào)理單元82包括:高頻信號(hào)源822、調(diào)制電路821、檢波電路823、低通濾波電路824和運(yùn)放電路826,所述水分傳感器與所述調(diào)制電路821和所述檢波電路823分別連接,所述檢波電路823與所述低通濾波電路824連接,所述高頻信號(hào)源822與所述調(diào)制電路821連接,所述低通濾波電路824和運(yùn)放電路826連接,所述運(yùn)放電路826與所述微控制器82連接;
[0032]所述高頻信號(hào)源822產(chǎn)生高頻信號(hào),由所述調(diào)制電路821進(jìn)行調(diào)制,以產(chǎn)生所述高頻調(diào)制波,由所述檢波電路823對(duì)所述第一感應(yīng)信號(hào)進(jìn)行檢波,接著由所述低通濾波電路824進(jìn)行濾波處理,再由所述運(yùn)放電路826進(jìn)行放大處理后,獲得所述第一標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào);
[0033]本實(shí)施方式中,所述高頻信號(hào)源822為IOOMHz的貼片晶振,所述檢波電路823進(jìn)行檢波時(shí),采用二極管包絡(luò)檢波。
[0034]為防止出現(xiàn)傳感器的初始值不為零的情況,優(yōu)選地,所述低通濾波電路824和運(yùn)放電路826之間還設(shè)有調(diào)零電路825。
[0035]為便于測(cè)量表層土壤的緊實(shí)度,以利于研究表層土壤含水率和表層土壤緊實(shí)度之間的耦合關(guān)系,優(yōu)選地,所述裝置還包括:支撐桿2(所述支撐桿為空心圓桿,可降低重量,節(jié)約成本,并且還可將部件的連接線設(shè)于所述支撐桿內(nèi)),所述支撐桿2穿過(guò)且固定(通過(guò)螺紋結(jié)構(gòu)等可拆卸的固定方式進(jìn)行固定)所述數(shù)據(jù)采集盒8,所述數(shù)據(jù)采集盒8上表面設(shè)有位移傳感器9,所述支撐桿2的下端設(shè)有壓力傳感器77,所述壓力傳感器77通過(guò)墊片76設(shè)于所述絕緣固定板7上,所述壓力傳感器和位移傳感器分別與所述低通濾波電路連接;
[0036]所述壓力傳感器77獲得與表層土壤壓緊阻力對(duì)應(yīng)的第二感應(yīng)信號(hào),所述位移傳感器獲得與下壓位移對(duì)應(yīng)的第三感應(yīng)信號(hào),所述第二感應(yīng)信號(hào)和第三感應(yīng)信號(hào)分別由所述低通濾波電路824進(jìn)行濾波,再由所述運(yùn)放電路826進(jìn)行放大處理后,獲得第二標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)和第三標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào),由所述微控制器83對(duì)所述第二標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)和第三標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)進(jìn)行處理,以獲得所述表層土壤壓緊阻力和下壓位移,并通過(guò)所述表層土壤壓緊阻力和下壓位移計(jì)算獲得表層土壤緊實(shí)度;
[0037]本實(shí)施方式中,所述壓力傳感器77采用電阻應(yīng)變片式壓力傳感器、且外形為直徑3cm高3cm的圓柱,所述支撐桿2為直徑Icm且長(zhǎng)45cm的空心聚氯乙烯(PVC)圓柱,所述墊片為橡膠制成,且4cmX4cmX0.1cm,所述數(shù)據(jù)采集盒8位于支撐桿2靠下三分之一處。
[0038]為便于對(duì)土壤進(jìn)行下壓時(shí),可使被壓的土壤能夠通過(guò)一部分,防止土壤被壓實(shí)而導(dǎo)致的壓力值不準(zhǔn)確,優(yōu)選地,所述絕緣固定板7上設(shè)有若干通孔71 (所述通孔直徑為
0.5cm),所述水分傳感器的兩個(gè)電極74通過(guò)所述絕緣固定板7上的兩個(gè)通孔71與所述水分傳感器的兩個(gè)導(dǎo)線73連接,本實(shí)施方式中,所述絕緣固定板7為硬質(zhì)聚氯乙烯(PVC)材料制成的正方形薄板,可通過(guò)改變兩個(gè)電極74的相對(duì)面積和距離,來(lái)改變水分傳感器的靈敏度。
[0039]為便于保護(hù)所述數(shù)據(jù)采集盒和傳感器等部件,優(yōu)選地,所述裝置還包括:絕緣外殼3,所述絕緣外殼3為方形槽狀且開口朝下,所述數(shù)據(jù)采集盒8和絕緣固定板7均設(shè)于所述絕緣外殼3內(nèi),所述絕緣外殼3的底面設(shè)有通孔,所述支撐桿2通過(guò)所述通孔(該通孔的直徑略大于所述支撐桿的外徑,以便于支撐桿2和絕緣外殼3能夠自由地相對(duì)滑動(dòng))穿過(guò)所述絕緣外殼3,絕緣外殼3保證了整個(gè)裝置能平穩(wěn)地放置在土壤表面,并能夠在測(cè)量時(shí),引導(dǎo)測(cè)量裝置的支撐桿2按照特定的軌道向下移動(dòng);本實(shí)施方式中,所述絕緣外殼3是外觀為16cmX 16cmX 16cm的正方體,在開口方向的中心處開有10.5cmX 10.5cmX 13.5cm的方形槽,底面中心處開有一直徑1.5cm的圓形通孔。
[0040]所述支撐桿可采用設(shè)備提供下壓力,但為了使裝置更為靈活,能夠通過(guò)人工進(jìn)行下壓操作,優(yōu)選地,所述支撐桿2頂端設(shè)有手柄1,所述手柄I與所述支撐桿2呈“T”字形垂直連接,本實(shí)施方式中,所述手柄I為直徑Icm且長(zhǎng)20cm的空心聚氯乙烯PVC圓柱。
[0041]為便于存儲(chǔ)和顯示數(shù)據(jù),優(yōu)選地,所述裝置還包括:存儲(chǔ)單元84和顯示器4,所述存儲(chǔ)單元84設(shè)于所述數(shù)據(jù)采集盒8內(nèi),所述顯示器4設(shè)于所述絕緣外殼3的底面,所述存儲(chǔ)單元84和顯示器4分別與所述微控制器83連接,所述存儲(chǔ)單元84用于存儲(chǔ)所述表層土壤含水率和/或所述表層土壤緊實(shí)度,所述顯示器4用于顯示所述表層土壤含水率、所述表層土壤緊實(shí)度和所述下壓位移中的至少一個(gè),本實(shí)施方式中,所述顯示器4為液晶(IXD)顯示器,所述IXD顯示器采用12864液晶屏,所述存儲(chǔ)單元84采用E2PR0M芯片。
[0042]為便于使得裝置能夠與上位機(jī)進(jìn)行通訊,優(yōu)選地,所述裝置還包括:數(shù)據(jù)傳輸單元86,所述數(shù)據(jù)傳輸單元86與所述微控制器83連接,所述數(shù)據(jù)傳輸單元86通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸線與上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互,本實(shí)施方式中,所述數(shù)據(jù)傳輸單元86采用RS485接口或USB接口,所述上位機(jī)為掌上電腦PDA等便攜設(shè)備。
[0043]為便于控制下壓的啟停,優(yōu)選地,所述裝置還包括:指示燈5,所述指示燈5與所述微控制器83連接,當(dāng)下壓位移達(dá)到預(yù)設(shè)值(本實(shí)施方式中,所述預(yù)設(shè)值為5cm)時(shí),指示燈亮,本實(shí)施方式中,所述指示燈5為發(fā)光二極管(LED)燈。
[0044]為便于在絕緣外殼上即可實(shí)現(xiàn)調(diào)零,優(yōu)選地,所述裝置還包括:調(diào)零螺絲6,所述調(diào)零螺絲6設(shè)于所述絕緣外殼3上,且與所述調(diào)零電路連接825,用于實(shí)現(xiàn)調(diào)零。
[0045]本實(shí)施方式的裝置的工作原理為:通過(guò)調(diào)零螺絲進(jìn)行調(diào)零;把測(cè)量裝置放置于田間土壤表面,使測(cè)量裝置下端的絕緣固定板及電極與土壤充分接觸;握持手柄向下按壓;觀察指示燈,當(dāng)指示燈亮?xí)r停止按壓;從液晶屏上讀取表層土壤含水率和表層土壤緊實(shí)度。重復(fù)上述步驟,即可獲得不同時(shí)間、不同地點(diǎn)的田間表層土壤含水率和表層土壤緊實(shí)度。
[0046]本實(shí)施方式的表層土壤參數(shù)采集裝置與現(xiàn)有技術(shù)相比,存在以下有益效果:(1)致力于表層土壤信息的數(shù)字化采集,填補(bǔ)大氣與土壤交界面處水分和緊實(shí)度獲取的空白;
(2)可同時(shí)測(cè)量?jī)蓚€(gè)物理量,并通過(guò)經(jīng)驗(yàn)?zāi)P屯瑫r(shí)提高兩個(gè)參數(shù)的測(cè)量精度;(3)壓力值采用短距離內(nèi)多次采樣求平均值的方法,弱化了對(duì)緊實(shí)度測(cè)量速度的苛刻要求;(4)利用土壤介電原理,測(cè)量裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、成本低廉;(5)測(cè)量裝置設(shè)置數(shù)據(jù)傳輸單元,可以與PDA等便攜裝置交換數(shù)據(jù),便于田間環(huán)境的統(tǒng)一監(jiān)測(cè)和管理。
[0047]以上實(shí)施方式僅用于說(shuō)明本實(shí)用新型,而并非對(duì)本實(shí)用新型的限制,有關(guān)【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員,在不脫離本實(shí)用新型的精神和范圍的情況下,還可以做出各種變化和變型,因此所有等同的技術(shù)方案也屬于本實(shí)用新型的范疇,本實(shí)用新型的專利保護(hù)范圍應(yīng)由權(quán)利要求限定。
【權(quán)利要求】
1.一種水分傳感器,其特征在于,所述水分傳感器包括:兩個(gè)片狀的電極和兩個(gè)信號(hào)線,所述兩個(gè)信號(hào)線與所述兩個(gè)電極一一對(duì)應(yīng)連接,所述兩個(gè)電極為平行設(shè)置。
2.一種表層土壤參數(shù)采集裝置,其特征在于,所述裝置包括:絕緣固定板、權(quán)利要求1所述的水分傳感器和數(shù)據(jù)采集盒,所述水分傳感器的兩個(gè)電極敷設(shè)于所述絕緣固定板的下表面,所述數(shù)據(jù)采集盒內(nèi)設(shè)有相互連接的信號(hào)調(diào)理單元和微控制器,所述信號(hào)調(diào)理單元與所述水分傳感器連接; 所述信號(hào)調(diào)理單元向所述水分傳感器的兩個(gè)信號(hào)線發(fā)送高頻調(diào)制波,再接收由所述水分傳感器的兩個(gè)電極所獲得的與表層土壤含水率相關(guān)的第一感應(yīng)信號(hào),所述信號(hào)調(diào)理單元將所述第一感應(yīng)信號(hào)進(jìn)行調(diào)理,以獲得第一標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào),由所述微控制器對(duì)所述第一標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)進(jìn)行處理,以獲得表層土壤含水率。
3.如權(quán)利要求2所述的裝置,其特征在于,所述信號(hào)調(diào)理單元包括:高頻信號(hào)源、調(diào)制電路、檢波電路、低通濾波電路和運(yùn)放電路,所述水分傳感器與所述調(diào)制電路和所述檢波電路分別連接,所述檢波電路與所述低通濾波電路連接,所述高頻信號(hào)源與所述調(diào)制電路連接,所述低通濾波電路和運(yùn)放電路連接,所述運(yùn)放電路與所述微控制器連接; 所述高頻信號(hào)源產(chǎn)生高頻信號(hào),由所述調(diào)制電路進(jìn)行調(diào)制,以產(chǎn)生所述高頻調(diào)制波,所述檢波電路接收所述第一感應(yīng)信號(hào),并對(duì)所述感應(yīng)信號(hào)進(jìn)行檢波,以獲得表層土壤含水率信息,所述表層土壤含水率信息由所述低通濾波電路進(jìn)行濾波處理,再由所述運(yùn)放電路進(jìn)行放大處理后,以獲得所述第一標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)。
4.如權(quán)利要求3所述的裝置,其特征在于,所述低通濾波電路和運(yùn)放電路之間還設(shè)有調(diào)零電路。
5.如權(quán)利要求4所述的裝置,其特征在于,所述裝置還包括:支撐桿,所述支撐桿穿過(guò)且固定所述數(shù)據(jù)采集盒,所述數(shù)據(jù)采集盒上表面設(shè)有位移傳感器,所述支撐桿的下端設(shè)有壓力傳感器,所述壓力傳感器通過(guò)墊片設(shè)于所述絕緣固定板上,所述壓力傳感器和位移傳感器分別與所述低通濾波電路連接; 所述壓力傳感器獲得與表層土壤壓緊阻力對(duì)應(yīng)的第二感應(yīng)信號(hào),所述位移傳感器獲得與下壓位移對(duì)應(yīng)的第三感應(yīng)信號(hào),所述第二感應(yīng)信號(hào)和第三感應(yīng)信號(hào)分別由所述低通濾波電路進(jìn)行濾波,再由所述運(yùn)放電路進(jìn)行放大處理后,獲得第二標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)和第三標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào),由所述微控制器對(duì)所述第二標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)和第三標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)進(jìn)行處理,以獲得所述表層土壤壓緊阻力和下壓位移,并通過(guò)所述表層土壤壓緊阻力和下壓位移計(jì)算獲得表層土壤緊實(shí)度。
6.如權(quán)利要求5所述的裝置,其特征在于,所述絕緣固定板上設(shè)有若干通孔,所述水分傳感器的兩個(gè)電極通過(guò)所述絕緣固定板上的兩個(gè)通孔與所述水分傳感器的兩個(gè)信號(hào)線連接。
7.如權(quán)利要求5所述的裝置,其特征在于,所述裝置還包括:絕緣外殼,所述絕緣外殼為方形槽狀且開口朝下,所述數(shù)據(jù)采集盒和絕緣固定板均設(shè)于所述絕緣外殼內(nèi),所述絕緣外殼的底面設(shè)有通孔,所述支撐桿通過(guò)所述通孔穿過(guò)所述絕緣外殼。
8.如權(quán)利要求5或6所述的裝置,其特征在于,所述支撐桿頂端設(shè)有手柄。
9.如權(quán)利要求7所述的裝置,其特征在于,所述裝置還包括:存儲(chǔ)單元和顯示器,所述存儲(chǔ)單元設(shè)于所述數(shù)據(jù)采集盒內(nèi),所述顯示器設(shè)于所述絕緣外殼的底面,所述存儲(chǔ)單元和顯示器分別與所述微控制器連接,所述存儲(chǔ)單元用于存儲(chǔ)所述表層土壤含水率和/或所述表層土壤緊實(shí)度,所述顯示器用于顯示所述表層土壤含水率、所述表層土壤緊實(shí)度和所述下壓位移中的至少一個(gè)。
10.如權(quán)利要求7所述的裝置,其特征在于,所述裝置還包括:調(diào)零螺絲,所述調(diào)零螺絲設(shè)于所述絕緣外殼上,且與所述調(diào)零電路連接,用于實(shí)現(xiàn)調(diào)零。
【文檔編號(hào)】G01N22/04GK203519516SQ201320665015
【公開日】2014年4月2日 申請(qǐng)日期:2013年10月25日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月25日
【發(fā)明者】林劍輝, 蔡祥, 王巧利, 高大帥 申請(qǐng)人:北京林業(yè)大學(xué)