專利名稱：一種土壤水分速測(cè)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種土壤水分速測(cè)裝置。
背景技術(shù)：
水分是土壤中的一個(gè)重要組成部分，它不僅影響著土壤的物理性質(zhì)，而且是土壤——作物——大氣連續(xù)體系統(tǒng)的重要參數(shù)。土壤水分通過(guò)一種強(qiáng)烈的非線性方式控制著降水在蒸散發(fā)、徑流、入滲等水分循環(huán)過(guò)程中的分配，在維系生態(tài)系統(tǒng)的健康運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中起著核心作用。在設(shè)施農(nóng)業(yè)中，土壤水分的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)是設(shè)施農(nóng)業(yè)精準(zhǔn)灌溉的基本參數(shù)，也是影響作物產(chǎn)量的第一要素，及時(shí)地采集土壤水分?jǐn)?shù)據(jù)，了解土壤水分變化規(guī)律，對(duì)增加農(nóng)作物產(chǎn)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(xì)分為體積含水量和重量含水量，二者之間的關(guān)系由土壤容重來(lái)?yè)Q算。另一種是土壤水勢(shì)，是指從土壤中提取單位水分所需的能量，負(fù)值是土壤水吸力。烘干法是土壤水分測(cè)定的傳統(tǒng)經(jīng)典方法，即在田間采集代表性的土壤樣品，在室內(nèi)進(jìn)行烘干，稱重，計(jì)算土壤水分含量，此方法簡(jiǎn)單易行，有足夠的精度，但費(fèi)時(shí)費(fèi)力，不能原位重復(fù)測(cè)量誤差主要來(lái)源于采樣的代表性、天平的精確度以及在烘干過(guò)程中有機(jī)質(zhì)氧化分解而損失的重量。因此烘干法測(cè)定土壤含水量時(shí)，必須注意采樣的代表性，為此可增加采樣的重復(fù)次數(shù)來(lái)彌補(bǔ)其代表性的不足。在如何快捷、可靠地測(cè)定土壤含水量過(guò)程中，以烘干法為基礎(chǔ)，推出了許多定點(diǎn)而方便的測(cè)定方法，如負(fù)壓計(jì)法、中子法、電極法、遙感技術(shù)法等。負(fù)壓計(jì)法是利用半透性的陶瓷管埋在土壤中，管內(nèi)裝滿水，隨著土壤水分的變化管內(nèi)的負(fù)壓發(fā)生變化，經(jīng)過(guò)換算表示土壤水分。中子法測(cè)定土壤含水量事先必須在測(cè)定地點(diǎn)埋設(shè)套管，并把中子儀的探頭放入套管中，直接從讀數(shù)器上讀取慢中子數(shù)，再按一定的比例關(guān)系換算成土壤體積含水量，此法可定時(shí)、定點(diǎn)測(cè)定土壤體積含水量。電極法利用了土壤中鹽分的導(dǎo)電性，經(jīng)過(guò)儀器采集電信號(hào)，轉(zhuǎn)換顯示，用于測(cè)定土壤水分含量。以上測(cè)量方法在實(shí)際應(yīng)用中存在不足，主要表現(xiàn)在步驟較繁瑣、儀器成本和精度匹配不適宜攜帶性、測(cè)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(zhǔn)確測(cè)定土壤表層含水量，還受土壤類(lèi)型、結(jié)構(gòu)、溫度和含鹽量的影響，長(zhǎng)期測(cè)定結(jié)果穩(wěn)定性較差；遙感技術(shù)可實(shí)現(xiàn)區(qū)域土壤水分的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，但由于土壤水分的空間變異性較大，遙感反演土壤水分過(guò)程中不確定性等許多監(jiān)測(cè)理論和技術(shù)在深入研究中，精度的提高和服務(wù)的實(shí)效性尚在探討中。時(shí)域反射儀(Time Domain Reflectometry, TDR) , FDR(頻域反射法)^P SffR( 駐波率法)測(cè)定土壤水分具有鮮明的特色。一般地，國(guó)外儀器在中國(guó)的使用具有較強(qiáng)的區(qū)域性，需要結(jié)合區(qū)域特點(diǎn)，對(duì)區(qū)域性參數(shù)進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化，TDR雖是國(guó)外出產(chǎn)的測(cè)定土壤水分含量的儀器，但考慮了區(qū)域參數(shù)的調(diào)整和適用性，實(shí)現(xiàn)了便攜式和商業(yè)化，其優(yōu)越性是在測(cè)試土壤水分過(guò)程中不破壞土壤原狀結(jié)構(gòu)，操作簡(jiǎn)便，并可直接讀取土壤含水量，測(cè)定精度高、無(wú)輻射、便于原位動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。FDR法是測(cè)量一定頻率下插入含水土壤探頭導(dǎo)納來(lái)確定含水土壤的介電常數(shù)，進(jìn)而估計(jì)土壤水分。測(cè)量精度相對(duì)低，受鹽分影響大，成本較高，性能也能滿足大多數(shù)的應(yīng)用需求。SWR法屬于土壤水分介電常數(shù)的測(cè)量，與TDR方法不同的是這種測(cè)量方法不再利用高速延遲線測(cè)量入射——反射時(shí)間差，而是測(cè)量它的駐波比，試驗(yàn)表明三態(tài)混合物介電常數(shù)的改變能夠引起傳輸線上駐波比的顯著變化。利用駐波比原理研制出的儀器在成本上有了很大幅度的降低，但在測(cè)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(shí)用前景，尤其適于節(jié)水灌溉自動(dòng)控制和精細(xì)農(nóng)作的土壤水分空間分布實(shí)時(shí)采集系統(tǒng)中，但在與GPS的耦合的實(shí)現(xiàn)方面，TDR測(cè)定土壤水分(如 TDR300)通過(guò)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)額外連接GPS/DGPS，進(jìn)行定位水分參數(shù)的測(cè)定，這種測(cè)定需要使用者購(gòu)置另外的連接線，才能實(shí)現(xiàn)土壤水分的定位測(cè)定，連接線的使用實(shí)現(xiàn)了定位土壤水分的測(cè)定，集成性較差。發(fā)明內(nèi)容為解決以上技術(shù)上的不足，本實(shí)用新型提供了一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性價(jià)比合理、易普及、集成化程度高的土壤水分速測(cè)裝置。本實(shí)用新型是通過(guò)以下措施實(shí)現(xiàn)的本實(shí)用新型的一種土壤水分速測(cè)裝置，包括數(shù)據(jù)控制中心模塊以及與數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)控制中心模塊通過(guò)集成電路連接GPS集成模塊。上述裝置GPS集成模塊由JAVA開(kāi)發(fā)，并設(shè)置有用于連接計(jì)算機(jī)的US B接口。本實(shí)用新型的有益效果是集合了傳統(tǒng)方法和TDR法測(cè)定土壤水分含量的優(yōu)點(diǎn)，基于JAVA開(kāi)發(fā)的GPS集成模塊與土壤水分的數(shù)據(jù)控制中心模塊緊密集成，并且均為內(nèi)置，不僅攜帶方便，測(cè)試范圍廣， 測(cè)量精度高，測(cè)試結(jié)果顯示記錄快速，效率高，而且實(shí)現(xiàn)了定位測(cè)定土壤水分信息，無(wú)須另外購(gòu)置GPS連接線，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低，維修方便，適用面廣。專門(mén)的JAVA接口以運(yùn)用于計(jì)算機(jī)設(shè)施控制系統(tǒng)，進(jìn)行設(shè)施農(nóng)業(yè)的精準(zhǔn)灌溉。
圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)框圖。
具體實(shí)施方式
如圖1所示，本實(shí)用新型的土壤水分速測(cè)裝置，包括金屬外殼、數(shù)據(jù)控制中心模塊以及與數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)控制中心模塊通過(guò)集成電路連接有GPS集成模塊。內(nèi)置的GPS集成模塊，基于JAVA開(kāi)發(fā)，提高了智能監(jiān)測(cè)水平，在不影響GPS信號(hào)質(zhì)量的前提下，此裝置將定位監(jiān)測(cè)模塊和土壤水分控制中心一體化，集成程度高，性價(jià)比強(qiáng)， 操作簡(jiǎn)單，尤其適合于設(shè)施農(nóng)業(yè)的精準(zhǔn)灌溉，普適性強(qiáng)，也適用于大田精準(zhǔn)灌溉和墑情、旱情信息系統(tǒng)工程中。留有JAVA接口以使裝置運(yùn)用于計(jì)算機(jī)設(shè)施控制系統(tǒng)和便攜式設(shè)施智能裝備系統(tǒng)。其工作原理為由數(shù)據(jù)控制中心模塊獲取土壤水分傳感器的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，將土壤水分的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，并實(shí)時(shí)與內(nèi)置GPS集成模塊相連，將GPS數(shù)據(jù)反饋給數(shù)據(jù)控制中心模塊，從而將土壤水分監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和定位信息同時(shí)讀入數(shù)據(jù)控制中心模塊，數(shù)據(jù)中心模塊發(fā)出指令，將土壤水分監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和定位信息一并顯示在顯示器上。通過(guò)通信模塊，可以與外界進(jìn)行有線或無(wú)線通信。為了提高測(cè)定數(shù)據(jù)的精度，探針的長(zhǎng)度控制在必要的范圍內(nèi)，基本和TDR測(cè)定土壤水分的探針長(zhǎng)度保持一致。上述實(shí)施例所述是用以具體說(shuō)明本專利，文中雖通過(guò)特定的術(shù)語(yǔ)進(jìn)行說(shuō)明，但不能以此限定本專利的保護(hù)范圍，熟悉此技術(shù)領(lǐng)域的人士可在了解本專利的精神與原則后對(duì)其進(jìn)行變更或修改而達(dá)到等效目的，而此等效變更和修改，皆應(yīng)涵蓋于權(quán)利要求范圍所界定范疇內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種土壤水分速測(cè)裝置，包括數(shù)據(jù)控制中心模塊以及與數(shù)據(jù)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，其特征在于所述數(shù)據(jù)控制中心模塊通過(guò)集成電路連接有GPS集成模塊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的土壤水分速測(cè)裝置，其特征在于GPS集成模塊設(shè)置有用于連接計(jì)算機(jī)的USB接口。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種土壤水分速測(cè)裝置，包括數(shù)據(jù)控制中心模塊以及與數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)控制中心模塊通過(guò)集成電路連接有GPS集成模塊。本實(shí)用新型的有益效果是集合了傳統(tǒng)方法和TDR法測(cè)定土壤水分含量的優(yōu)點(diǎn)，基于JAVA開(kāi)發(fā)的GPS集成模塊與土壤水分的數(shù)據(jù)控制中心模塊緊密集成，并且均為內(nèi)置，不僅攜帶方便，測(cè)試范圍廣，測(cè)量精度高，測(cè)試結(jié)果顯示記錄快速，效率高，而且實(shí)現(xiàn)了定位測(cè)定土壤水分信息，無(wú)須另外購(gòu)置GPS連接線，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低，維修方便，適用面廣。專門(mén)的JAVA接口以運(yùn)用于計(jì)算機(jī)設(shè)施控制系統(tǒng)，進(jìn)行設(shè)施農(nóng)業(yè)的精準(zhǔn)灌溉。
文檔編號(hào)G01N22/04GK202041479SQ20112013310
公開(kāi)日2011年11月16日 申請(qǐng)日期2011年4月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月29日
發(fā)明者楊玉建 申請(qǐng)人:山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院科技信息工程技術(shù)研究中心