本发明专利技术公开一种深层土壤水分测定装置的设计方法、装置及控制方法，是利用土钻的优势，将土壤水分传感器埋入其中，环形附加管壁上开设一探针孔，水分传感器可移动伸出或缩回；传送槽和探针孔之间设置一可上下移动的曲面隔离板挡住探针孔或打开。本发明专利技术构思简单巧妙，操作方便，可以体现出自动伸缩式的传感器探头的优势，可以保证深层土壤埋入的需求；压力传感器的设计可以避免水分传感器超负荷工作；无线通讯模块的设计，实现了远程传输及控制。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及土壤水分含量的测定
，特别是关于野外深层土壤的水分测定装置的设计方法、装置及控制方法。
技术介绍
土壤水分是土壤重要的肥力因子之一，其含量状况对农林植物的生长有直接影响。在农林生产中，土壤水分含量信息的长期监测和及时获取，是实现精准灌溉的重要基础数据。 目前土壤野外水分含量的测定装置多以介电方法为原理，利用针式结构的土壤水分传感器测定土壤水分含量，该类传感器具有几何结构简单，制作方便等特点，但也存在着一些应用方面上的问题，主要表现为深层土壤水分含量的测定限制。由于探针强度和土壤石砾的双重影响，导致探针的长度不能太长，无法使其从土壤表层深入到下层，从而限制了对深层土壤和多石砾土壤水分含量的测定。虽然可以通过挖掘土壤剖面将探针埋入测定的深度，但由于剖面的挖掘和回填过程会严重破坏土壤的自然状态，影响土壤中水分的运移特点，因此，测定获得的土壤水分含量数据很难准确反映出土壤水分的真实特征，严重降低数据的代表性；同时，剖面挖掘和回填过程还有费工耗时的缺陷。伴随着装置开发的局限性，给深层土壤水分的测量也带来了困难，没有更好的方法实现深层土壤尤其是野外坚硬、石砾土壤的水分的准确测定，使得深层土壤的研究成为空白。
技术实现思路
本专利技术的目的就在于针对现有技术中的不足，提供一种。该设计方法在不破坏土壤自然状态的情况下，使得深层土壤测量变为可能，还通过自动控制方法使结构更简单，测试数据更准确，解决了深层土壤水分测定的难题。 本专利技术采取的技术方案是: 一种深层土壤水分测定装置的设计方法，通过如下方面使得该装置构成: I)利用土钻，在土钻钻管的下端部与钻头之间，固定衔接一段内、外径与钻管等直径的环形附加管； 2)利用针式水分传感器测量，在环形附加管中开设一细长的传送槽，槽内设置水分传感器，在传送槽所正对的环形附加管的外壁上，开设有一探针孔；针式探头由一水分传感器驱动机构控制在传送槽中移动； 3)在所述环形附加管中，还开设一曲面槽，位于传送槽和探针孔之间，槽中设置一由隔离板驱动机构控制的上下移动的曲面隔离板； 4)在所述环形附加管中，还埋入一单片机，一地下无线通讯模块；在地上设置一地上无线通讯模块和终端机；所述水分传感器和它的驱动机构，以及隔离板驱动机构均与单片机电连接，单片机与地下无线通讯模块电连接；地上无线通讯模块和地下无线通讯模块之间通过无线信号传输，包括接收器和发射器。 该方法还包括在针式水分传感器的探头尾部接触式设置一压力传感器，所述压力传感器与单片机电连接，所述单片机中预置有压力极限值。 所述针式探头，为单针式，或两针平行式。 所述水分传感器驱动机构是步进电机带动下的传送带机构，包括一步进电机和两根传动轴和一传送带，针式探头固定在传送带上，随着传送带的运动而移动。 所述隔离板驱动机构为步进电机带动下的齿轮齿条传动机构，齿条固定在曲面隔离板上，齿轮由步进电机带动，齿轮与齿条啮合带动曲面隔离板沿曲面槽上下移动。 一种深层土壤水分测定装置:包括一衔接于土钻钻管下端与钻头之间的环形附加管；在环形附加管中，开设有一细长的传送槽，传送槽所正对的环形附加管的外壁上，开设有一探针孔；针式水分传感器由传感器驱动机构控制而滑动设置在传送槽中；在探头尾部接触式设置一压力传感器；在环形附加管中，还开设一曲面槽，位于传送槽和探针孔之间，槽中设置一由隔离板驱动机构控制而上下滑动的曲面隔离板；在环形附加管中，还埋入一单片机，一地下无线通讯模块；在地上设置一地上无线通讯模块和终端机；所述水分传感器和它的驱动机构、压力传感器，以及隔离板驱动机构，均与单片机电连接，单片机与地下无线通讯模块电连接；地上无线通讯模块和地下无线通讯模块之间通过无线信号传输，各包括接收器和发射器。 一种上述装置的控制方法，包括如下步骤: I)当土钻钻入土体内指定深度后，通过终端机发出指令，经地上无线通讯模块和地下无线通讯模块远程发出无线信号，遥控单片机控制隔离板驱动机构将曲面隔离板推下打开探针孔； 2)然后单片机命令水分传感器驱动机构启动，针式探头向前移动，伸出探针孔，针式探头将测试的水分数据反馈给单片机，再经无线通讯模块传至终端机； 3)当测量完成后，水分传感器驱动机构将探头缩回，然后由终端机通过无线通讯模块发命令给单片机，控制隔离板驱动机构将曲面隔离板推上，挡住探针孔。 压力传感器同步测量探头压力，如果探头压力大于预设的压力值，单片机将立即命令水分传感器驱动机构将探针缩回，如果探头压力在预设值范围内，则水分传感器进行取值。 本专利技术由于采取了以上技术方案，其具有的有益效果是:1、本专利技术采用由驱动机构自动传送的方式，将水分传感器探头设置在钻管上环形管段传送槽中，使传感器探头能在传送槽中前后移动，伸出管壁探针孔或缩回，以此保证在不用探头检测时，探头得以保护。2、进一步的，在传送槽前端与探针孔之间设置一可上下移动的自动隔离板，防止土壤由探针孔进入环形管段，并进一步保护探针。3、在探头尾端设置一压力传感器，可以实时上传感受到的探针压力，避免探针受损伤。4、上述的水分传感器探头和隔离板都可以在步进电机的带动下自动执行动作，在外部终端的控制下协调工作。综合上述，本专利技术适合深层土壤水分测量。 【附图说明】 图1是装置的外观示意图； 图2是环形管段横截面示意图，展露出内部平面结构； 图3是环形管段的纵剖示意图，展露出内部的纵向结构； 图4是隔离板步进电机带动下的齿轮齿条结构； 图5是装置使用时的控制流程图。 【具体实施方式】 下面结合附图和实施例对本专利技术的技术方案和突出的效果进行详细的说明，但这些【具体实施方式】，仅是用于说明本专利技术，并非用以限定本专利技术的保护范围。任何本领域的技术人员应明白，在不脱离本专利技术的构思和原则的前提下所做出的等同变化与修改，均应属于本专利技术保护的范围之内。 本专利技术提供的一种深层土壤水分测定装置的设计方法，是利用土钻而设计的，基本思想是在现有土钻的基础上，安装水分测量的部件。本专利技术的设计包括以下几方面考虑: 1、如图1所示，土钻包含手柄1、中空的钻管2和钻头3三部分，测定装置可安装在钻管2的下端部与钻头3之间，这样可以利用土钻的破土功能而将装置带入地下，避免了生硬的将水分传感器(针式)的探针扎入强硬的地下。将装置位于钻管2与钻头3之间，一是可以借助于钻管2的结构形状而方便设计与安装，二是钻头的强度可以对它施加保护。因此，依赖于钻管的形状，我们设计一段内、外径与钻管2等直径的环形附加管4。 2、目前土壤水分测定采用的主要部件是针式水分传感器，具有针式探头5和传输线分，如图3所示。针式探头由于细长，很容易被折断，因此在钻土测量的过程中，必须将针式水分传感器加以保护。因此，本专利技术在环形附加管4上开设一些槽，将水分传感器埋入在环形附加管4中。 具体为，如图2所示，在环形附加管4的实体部开设一细长的传送槽8，供针式探头5放入并可前后移动。在传送槽所正对的环形附加管4的外壁上，设置有一探针孔9，与传送槽8正对且相通，可使针式探头由此进、出。针式探头5的移动依靠驱动机构来实现，驱动机构可以有多种形式，比如一种是步进电机带动下的传送带机构，如图3所示，包括一水本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种深层土壤水分测定装置的设计方法，其特征在于，通过如下方面使得该装置构成：1)利用土钻，在土钻钻管的下端部与钻头之间，固定衔接一段内、外径与钻管等直径的环形附加管；2)利用针式水分传感器测量，在环形附加管中开设一细长的传送槽，槽内设置水分传感器，在传送槽所正对的环形附加管的外壁上，开设有一探针孔；针式探头由一水分传感器驱动机构控制在传送槽中移动；3)在所述环形附加管中，还开设一曲面槽，位于传送槽和探针孔之间，槽中设置一由隔离板驱动机构控制的上下移动的曲面隔离板；4)在所述环形附加管中，还埋入一单片机，一地下无线通讯模块；在地上设置一地上无线通讯模块和终端机；所述水分传感器和它的驱动机构，以及隔离板驱动机构均与单片机电连接，单片机与地下无线通讯模块电连接；地上无线通讯模块和地下无线通讯模块之间通过无线信号传输，每一模块包括接收器和发射器。
【技术特征摘要】
1.一种深层土壤水分测定装置的设计方法，其特征在于，通过如下方面使得该装置构成: 1)利用土钻，在土钻钻管的下端部与钻头之间，固定衔接一段内、外径与钻管等直径的环形附加管； 2)利用针式水分传感器测量，在环形附加管中开设一细长的传送槽，槽内设置水分传感器，在传送槽所正对的环形附加管的外壁上，开设有一探针孔；针式探头由一水分传感器驱动机构控制在传送槽中移动； 3)在所述环形附加管中，还开设一曲面槽，位于传送槽和探针孔之间，槽中设置一由隔离板驱动机构控制的上下移动的曲面隔离板； 4)在所述环形附加管中，还埋入一单片机，一地下无线通讯模块；在地上设置一地上无线通讯模块和终端机；所述水分传感器和它的驱动机构，以及隔离板驱动机构均与单片机电连接，单片机与地下无线通讯模块电连接；地上无线通讯模块和地下无线通讯模块之间通过无线信号传输，每一模块包括接收器和发射器。2.根据权利要求1所述的深层土壤水分测定装置的设计方法，其特征在于，该方法还包括在针式水分传感器的探头尾部接触式设置一压力传感器，所述压力传感器与单片机电连接，所述单片机中预置有压力极限值。3.根据权利要 求1所述的深层土壤水分测定装置的设计方法，其特征在于，所述针式探头，为单针式，或两针平行式。4.根据权利要求1或3所述的深层土壤水分测定装置的设计方法，其特征在于，所述水分传感器驱动机构是步进电机带动下的传送带机构，包括一步进电机和两根传动轴和一传送带，针式探头固定在传送带上，随着传送带的运动而移动。5.根据权利要求1所述的深层土壤水分测定装置的设计方法，其特征在于，所述隔离板驱动机构为步进电机带动下的齿轮齿条传动机构，齿条固定在曲面隔离板上，齿轮由步进电机...
【专利技术属性】
技术研发人员：戴伟，麻泽宇，巩晟宣，
申请(专利权)人：北京林业大学，
类型：发明
国别省市：北京;11
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