土壤界限含水率自动检测装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及农业用土壤水分检测系统，具体公开了一种土壤界限含水率自动检测装置；包括：立方体容器含有长方体容器和正方体容器，长方体容器固定在电子称上，电子秤设在传送带上，抹平装置、圆锥仪和加热箱自左至右分别依次固定在传送带上方，搅拌容器设在传送带的外侧；加热箱为半封闭；立方体容器内设有测量容器；搅拌容器的下部横截面小于测量容器的横截面；的加热箱的底部与长方体容器的底部齐平；抹平装置的中间设有刀片；抹平装置右侧设有右挡板。本发明专利技术左右双侧同时进行，右侧测深度，左侧测质量，同时采集多组数据，并实时上传至上位机，具有自动化程度高，简单易操作，成本低廉的特点；本发明专利技术能够广泛应用于各种农业土壤的含水率测定。

【技术实现步骤摘要】
土壤界限含水率自动检测装置
本专利技术涉及农业用土壤水分检测系统，具体涉及一种土壤界限含水率自动检测装置。
技术介绍
在农业生产中，土壤不仅为植物的生长提供物理支撑，也是植物生长的营养库。水是保证农作物生长的命脉，土壤中所发生的一系列反应，能量与物质交换均与水分有关，它直接关系着作物产量与品质。土壤含水量的测量测定对于有效资源管理、灌溉措施、作物生长以及化学物质检测等方面有着重要意义；在水利和气象上，土壤水分的准确测定对于地球表面有效能量的分配、感热和潜热与大气的交换以及入渗和径流的分配研究方面起着重要作用，此外它还是精准农业的重要参数。TOPP(1980)通过实验给出的土壤介电常数与土壤含水率之间的近似关系式，称为TOPP公式，实践证明该实验公式可以在不同类型、成分的土壤条件下取得较高的精度。传统的土壤界限含水率的检测方法包含有TDR法、负压计法、中子法、电极法、采样烘干法等，上述检测方法均存在一定技术缺陷：TDR法(Time-DomainReflectometry，也称时域反射技术)，是一种对反射波进行分析的遥控测量技术，在遥控位置掌握被测量物件的状况；利用仪器发射一定频率的电磁波在遇到不同土壤水分的土壤时返回的电磁波有所变化的原理进行测量。以土壤水分为对象的、基于TDR测量原理的反射时间差远小于电缆故障诊断定位反射时间差，常规反射测量技术无法实现土壤水分仪器化设计。TDR是当今世界上最先进的土壤水分快速测量技术之一。TDR在监测山体滑坡、垃圾填埋、江河和水库堤坝安全等方面发挥作用，在农业、林业、园艺、水文学、生态学、土木工程、废物管理、食品加工、矿业和储藏业等领域均有广泛的应用。TDR通过测量土壤含水量变化引起的电磁波信号在TDR探头上传播速度的变化来测量土壤水分，当探头长度一定时，就转化为对信号传播时间的测量。土壤含水量变化引起的电磁波信号传播时间变化量很小，土壤含水量变化引起的电磁波信号传播时间的变化较小，为了达到一定的土壤水分测量精度，就要求TDR对时间测量的分辨率较高，这对TDR系统的波形采样电路提出了很高的要求。此外，为了达到一定的测量精度，通常要求TDR系统的测试信号的上升沿时间小于200ps，这就对其信号发生器也提出了很高的要求。由于必须采用复杂且价格高昂的高频电子器件，使得现有的TDR仪器的价格都很贵，不利于在农业生产中大量推广使用。而且，目前为止TDR原理的土壤水分测量仪器基本上都是以陡峭前沿的阶跃脉冲作为激励信号，测量反射时差的关键技术还不成熟。CN101216439B公开了一种土壤水分测量仪器，采用土壤探针进行测量，通过脉冲信号获得被测土壤的单位容积含水率。虽然在检测水平上实现了仪器化，但仍存在土壤检测探针易损坏，测量存在信号损失，脉冲装置成本较高等缺陷。CN101762612B公开了一种时域反射土壤水分测试仪和测量方法，采用高频正弦电压信号源产生的单一频率的正弦电压信号,由信号分配器分为两路信号,一路经环形器通过同轴电缆传送至探头,另一路经延时电缆传送至相位检测器,探头处的测试信号经反射后经由同轴电缆返回环形器,环形器将反射信号与入射信号分离开,反射信号传送至相位检测器,相位检测器将入射信号和反射信号的相位差转换为与之成正比的直流电压信号,从而检测待测土壤水分含量。该仪器同样也存在着成本较高，不利于产业化的特点。TDR测定土壤含水量的精确性依赖于主机对时间的识别精度、探针的质量和类型、所用同轴电缆的长度、以及所测定土壤的各种性质的影响，土壤容重、有机质含量、电导率以及质地等因素都会影响TDR测定含水量的精度。大量的理论和实验研究证明：基于TDR方法的土壤水分测试仪能够满足快速测量的实时性要求，可是对土壤这种复杂的多孔介质对象，虽然含水量θ的变化能够显著地导致介电常数ε的变化，但在传感器探针几何长度受到限制的条件下，由气-固-液混合物介电常数ε引起的入射-反射时间差ΔT却仅仅是10-9秒数量级。若要对如此短的滞后时间进行准确测量，从无线电测量技术的角度来看难度极大，基于传统方法TDR土壤水分测试仪器成本相应很高，无法大量应用于农田土壤墒情实时监测与节水灌溉自动控制系统中。时域反射法测量土壤含水量还受到土壤测量敏感区域、土质、TDR探头几何结构、被测土壤中石块、气隙等杂物的影响。另一种传统方法，负压计法(Tensiometer)测量的是土壤水吸力，测量原理是：当陶土头插入被测土壤后，管内自由水通过多孔陶土壁与土壤水接触，经过交换后达到水势平衡，此时，从张力计读到的数值就是土壤水(陶土头处)的吸力值，也即为忽略重力势后的基质势的值，然后根据土壤含水率与基质势之间的关系(土壤水特征曲线)，即随着土壤水分的变化管内的负压发生变化，经过换算得出土壤水分率。由于其测量的直接对象为土壤基质势，因此在更大程度和其它土壤水分测量方法相结合用于测定土壤水分特征曲线。中子法(Neutronscattering)就是用中子仪测定土壤含水率，中子仪的组成主要包括：一个快中子源，一个慢中子检测器，监测土壤散射的慢中子通量的计数器及屏蔽匣，测试用硬管等。快中子源在土壤中不断地放射出穿透力很强的快中子，当它和氢原子核碰撞时，损失能量最大，转化为慢中子(热中子)，热中子在介质中扩散的同时被介质吸收，所以在探头周围，很快的形成了持常密度的慢中子云。中子法应用极少，是利用中子辐射在遇到不同的土壤水分时，中子的返回量不同来测定土壤的水分。基于辐射原理的中子法虽然有着高精度，快速度等优点，但是由于它存在着对人体健康造成危害的致命缺陷，近年来已逐渐被弃用。电极法(Electricalresistance)是利用土壤中含有一定的盐分，具有导电性，经过仪器采集电信号，转换显示，表示土壤水分含量。多孔介质的导电能力是同它的含水量以及介电常数有关的，如果忽略含盐的影响，水分含量和其电阻间是有确定关系的电阻法是将两个电极埋入土壤中，然后测出两个电极之间的电阻。但是在这种情况下，电极与土壤的接触电阻有可能比土壤的电阻大得多。因此采用将电极嵌入多孔渗水介质(石膏、尼龙、玻璃纤维等)中形成电阻块以解决这个问题。由于标定复杂，并且随着时间的推移，其标定结果将很快失效，而且由于测量范围有限，精度不高等一系列原因，已经无法满足现在农业应用检测的需要。采样烘干法(Gravimetric)是在田间采集代表性的土壤样品，是目前唯一一种可以直接测量土壤水分的方法，也是目前国际上的标准检测方法。采用土钻采取土样，用0.1g精度的天平称取土样的重量，记作土样的湿重M，在105℃的烘箱内将土样烘6－8小时至恒重，然后测定烘干土样，记作土样的干重，土壤含水量＝(烘干前铝盒及土样质量-烘干后铝盒及土样质量)/(烘干后铝盒及土样质量-烘干空铝盒质量)*100％。采样烘干法具有检测操作不便的缺点，但作为直接测量土壤水分含量的唯一方法，在测量精度上具有其它方法不可比拟的优势，因此它作为一种实验室测量方法及用于其它方法的标定，其具有长期存在的意义。γ-射线法(Gamma-rayattenuation)的基本原理是放射性同位素(现常用的是137Cs，241Am)发射的γ-射线法穿透土壤时，其衰减度随土壤湿容重的增大而提高。基于辐射原理的γ-射线法虽然有本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种土壤界限含水率自动检测装置，其特征在于，包括传送带、立方体容器、搅拌容器、电子秤、抹平装置、圆锥仪和加热箱；所述立方体容器包括长方体容器和正方体容器，所述长方体容器固定在所述电子称上，所述电子秤设在所述传送带上，所述抹平装置、所述圆锥仪和所述加热箱自左至右分别依次固定在所述传送带上方，所述搅拌容器设在所述传送带的外侧；所述加热箱为半封闭；所述立方体容器内设有测量容器；所述搅拌容器的下部横截面小于所述测量容器的横截面；所述的加热箱的底部与所述长方体容器的底部齐平。

【技术特征摘要】
1.一种土壤界限含水率自动检测装置，其特征在于，包括传送带、立方体容器、搅拌容器、电子秤、抹平装置、圆锥仪和加热箱；所述立方体容器包括长方体容器和正方体容器，所述长方体容器固定在所述电子称上，所述电子秤设在所述传送带上，所述抹平装置、所述圆锥仪和所述加热箱自左至右分别依次固定在所述传送带上方，所述搅拌容器设在所述传送带的外侧；所述加热箱为半封闭；所述正方体容器内设有测量容器；所述搅拌容器的下部横截面小于所述测量容器的横截面；所述的加热箱的底部与所述长方体容器的底部齐平；所述正方体容器数量和所述长方体容器的数量均为5个，所述5个正方体容器和所述5个长方体容器均为一体化结构；所述土壤界限含水率自动检测装置右下方设有RS232接口，所述RS232接口与所述电子称相连；所述正方体容器后面设有条形码；所述的长方体容器通过隔热板固定在所述电子称上。2.根据权利要求1所述的土壤界限含水率自动检测装置，其特征在于，所述抹平装置为抹平挡板，所述抹平挡板的中间设有刀片；所述抹平挡板右侧设有一块相同宽度的右挡板。3.根据权利要求1所述的土壤界限含水率自动检测装置，其特征在于，所述搅拌容器上...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈孟元，戴雪梅，郎朗，
申请(专利权)人：安徽工程大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34