一种非侵入式测量土壤水分的测量方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种非侵入式测量土壤水分的测量方法及装置，该测量装置包括：传感器，用于采集待测土壤不同深度的电磁信号、待测土壤表面温度以及测量装置与水平面之间的倾斜角度；信号调理器，用于调理电磁信号、土壤表面温度以及倾斜角度；微控制器，用于获取调理后的电磁信号，计算得到不同深度的土壤水分含量并存储，还用于获取调理后的土壤表面温度并存储，还用于获取调理后的倾斜角度，自动校准土壤水分含量的深度，得到校准值；通信装置，用于输出不同深度的土壤水分含量、土壤表面温度和校准值。本发明专利技术实现了对多层土壤水分含量的非侵入式测量，不会对土壤环境产生破坏，并且具有测量速度快，测量过程便捷，测量深度广的优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及水分测量领域，尤其涉及一种非侵入式测量土壤水分的测量方法及装置。
技术介绍
在环境生态、农业和水利等领域，通常采用土壤水分传感器自动测量不同深度土壤水分。土壤水分传感器通常是采用时域反射技术(TimeDomainReflectometry，TDR)、频域反射技术(FrequencyDomainReflectometry，FDR)、时域透射测量法(TimeDomainTransmissometry，TDT)等基于介电常数的电磁测量方案，将传感器的感应电极插入到土壤中，在被测土壤区域内产生电磁波振荡，根据被测土壤区别的介电常数，得到被测土壤区域的水分含量。如果要测量不同土层的水分含量，需要将传感器安装到相应的土壤层中，不利于快速移动式测量，并且部分针式传感器埋入土壤中后会废弃在土壤中，容易破坏土壤环境。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种非侵入式测量土壤水分的测量方法及装置，用以解决快速、多深度测量土壤水分的问题。本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：一种非侵入式测量土壤水分的测量装置，包括：传感器，用于采集待测土壤不同深度的电磁信号、土壤表面温度以及所述测量装置与水平面之间的倾斜角度，所述倾斜角度为所述测量装置与水平面之间的夹角；信号调理器，与所述传感器连接，用于调理所述电磁信号、所述土壤表面温度以及所述倾斜角度，所述土壤表面温度以及所述倾斜角度均为信号形式，所述调理就是对采集得到的所述电磁信号、所述土壤表面温度以及所述倾斜角度的原始信号进行放大、滤波等操作，使其转换为标准信号；微控制器，与所述信号调理器连接，可以采用MCU芯片中的任一种，用于获取调理后的所述电磁信号，根据所述电磁信号通过预置的算法计算得到不同深度的土壤水分含量并存储，还用于获取调理后的所述土壤表面温度并存储，还用于获取调理后的所述倾斜角度，根据所述倾斜角度自动校准所述土壤水分含量，得到校准值并存储；通信装置，与所述微控制器连接，用于输出所述土壤水分含量、调理后的所述土壤表面温度、所述校准值，可以采用GPRS无线通信传输模式进行信息输出。各装置/器件的连接方式可以分为有线连接和/或无线连接方式，例如，有线连接包括以电力线、标准串口RS485或以太网RJ45为接口的有线连接；无线连接包括基于Zigbee、Z-wave、Wifi或GPRS无线通信传输模式的无线连接。本专利技术的有益效果是：本专利技术提供的一种非侵入式测量土壤水分的测量装置，实现了对多层土壤水分含量的非侵入式测量，不会对土壤环境产生破坏，并且具有测量速度快，测量过程便捷，测量深度广的优点。在上述技术方案的基础上，本专利技术还可以做如下改进。进一步地，所述传感器包括：水分传感器，用于采集待测土壤不同深度的所述电磁信号；温度传感器，用于采集所述土壤表面温度；水平传感器，用于采集所述测量装置与水平面之间的所述倾斜角度。进一步地，所述水分传感器包括5个可活动的感应电极，所述感应电极的相对位置不固定，实际应用中可以有多种摆放、排序方式，所述感应电极平行于土壤表面放置，不需要将感应电极埋入土壤中，所述感应电极用于根据测量需求改变所述感应电极之间的距离，以及所述感应电极发出的电磁信号的振荡频率，将所述感应电极发出的电磁信号穿透于不同深度的土壤中。采用上述进一步方案的有益效果是：通过将水分传感器的感应电极改进为可活动的感应电极，将感应电极放置于待测土壤表面，通过改变感应电极之间的距离，即可得到土壤中不同深度的土壤水分含量，不对环境产生任何破坏，实现了土壤水分的非侵入式快速测量，且不受地形限制，适用范围更广。进一步地，所述测量装置还包括：定位装置，所述定位装置与所述微控制器连接，用于自动定位，得到所述测量装置的位置信息并上传所述位置信息，所述定位装置可采用GPS定位仪进行定位，并通过所述通信装置上传所述测量装置的位置信息。采用上述进一步方案的有益效果是：通过定位装置对测量装置自动定位，能够更及时地搜集并上传测量装置的位置信息。进一步地，所述测量装置还包括：电源管理装置，所述电源管理装置包括依次连接的充电接口、电源管理芯片和电池，其中，所述电源管理芯片分别与所述微控制器、所述通信装置和所述定位装置连接。进一步地，所述微控制器具体用于根据不同感应深度的所述电磁信号，通过聚焦算法，分别计算得到不同深度的土壤水分含量并存储。本专利技术解决上述技术问题的另一种技术方案如下：一种非侵入式测量土壤水分的测量方法，包括以下步骤：步骤1，获取待测土壤不同深度的电磁信号、土壤表面温度以及测量装置与水平面之间的倾斜角度；步骤2，调理所述电磁信号、所述土壤表面温度以及所述倾斜角度，所述土壤表面温度以及所述倾斜角度均为信号形式，所述调理就是对采集得到的所述电磁信号、所述土壤表面温度以及所述倾斜角度的原始信号进行放大、滤波等操作，使其转换为标准信号；步骤3，根据调理后的所述电磁信号，计算得到土壤水分含量并存储；步骤4，存储调理后的所述土壤表面温度；步骤5，根据调理后的所述倾斜角度自动校准所述土壤水分含量，得到校准值并存储；步骤6，输出所述土壤水分含量、调理后的所述土壤表面温度、所述校准值。进一步地，步骤1中，还包括：通过改变所述测量装置感应电极之间的距离，以及所述感应电极发出的电磁信号的振荡频率，在待测土壤内部的不同深度产生电磁信号，获取待测土壤内部不同深度的所述电磁信号。进一步地，所述测量方法还包括：步骤7，自动定位，得到所述测量装置的位置信息并上传。进一步地，步骤3中，获取调理后的所述电磁信号，通过聚焦算法，分别计算得到不同深度的土壤水分含量并存储。本专利技术附加的方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术实践了解到。附图说明图1为本专利技术实施例提供的一种非侵入式测量土壤水分的测量装置的结构框架图；图2为本专利技术另一实施例提供的一种非侵入式测量土壤水分的测量方法的流程示意图；图3为本专利技术另一实施例提供的一种非侵入式测量土壤水分的测量装置的结构示意图；图4为本专利技术另一实施例提供的一种非侵入式测量土壤水分的测量装置的感应电极电磁信号的测量深度示意图。具体实施方式以下结合附图对本专利技术的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本专利技术，并非用于限定本专利技术的范围。如图1所示，为本专利技术实施例提供的一种非侵入式测量土壤水分的测量装置的结构框架图，该测量装置的结构包括：传感器110，用于采集待测土壤不同深度的电磁信号、土壤表面温度以及测量装置与水平面之间的倾斜角度；信号调理器120，与传感器110连接，用于调理电磁信号、土壤表面温度以及倾斜角度；微控制器130，与信号调理器120连接，用于获取调理后的电磁信号，根据电磁信号计算得到不同深度的土壤水分含量并存储，还用于获取调理后的土壤表面温度并存储，还用于获取调理后的倾斜角度，根据倾斜角度自动校准土壤水分含量的深度，得到校准值并存储；通信装置140，与微控制器130连接，用于输出土壤水分含量、调理后的土壤表面温度、校准值。上述实施例中提供的一种非侵入式测量土壤水分的测量装置，实现了对多层土壤水分含量的非侵入式测量，不会对土壤环境产生破坏，并且具有测量速度快，测量过程便捷，测量深度广的优点。在另一实施例中，如图2所示，为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种非侵入式测量土壤水分的测量装置，其特征在于，包括：传感器，用于采集待测土壤不同深度的电磁信号、土壤表面温度以及所述测量装置与水平面之间的倾斜角度；信号调理器，与所述传感器连接，用于调理所述电磁信号、所述土壤表面温度以及所述倾斜角度；微控制器，与所述信号调理器连接，用于获取调理后的所述电磁信号，根据所述电磁信号计算得到不同深度的土壤水分含量并存储，还用于获取调理后的所述土壤表面温度并存储，还用于获取调理后的所述倾斜角度，根据所述倾斜角度自动校准所述土壤水分含量，得到校准值并存储；通信装置，与所述微控制器连接，用于输出所述土壤水分含量、调理后的所述土壤表面温度、所述校准值。

【技术特征摘要】
1.一种非侵入式测量土壤水分的测量装置，其特征在于，包括：传感器，用于采集待测土壤不同深度的电磁信号、土壤表面温度以及所述测量装置与水平面之间的倾斜角度；信号调理器，与所述传感器连接，用于调理所述电磁信号、所述土壤表面温度以及所述倾斜角度；微控制器，与所述信号调理器连接，用于获取调理后的所述电磁信号，根据所述电磁信号计算得到不同深度的土壤水分含量并存储，还用于获取调理后的所述土壤表面温度并存储，还用于获取调理后的所述倾斜角度，根据所述倾斜角度自动校准所述土壤水分含量，得到校准值并存储；通信装置，与所述微控制器连接，用于输出所述土壤水分含量、调理后的所述土壤表面温度、所述校准值。2.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述传感器包括：水分传感器，用于采集待测土壤不同深度的所述电磁信号；温度传感器，用于采集所述土壤表面温度；水平传感器，用于采集所述测量装置与水平面之间的所述倾斜角度。3.根据权利要求2所述的测量装置，其特征在于，所述水分传感器包括5个可活动的感应电极，所述感应电极平行于土壤表面放置，所述感应电极用于根据测量需求改变所述感应电极之间的距离，以及所述感应电极发出的电磁信号的振荡频率，将所述感应电极发出的电磁信号穿透于不同深度的土壤中。4.根据权利要求1至3中任一项所述的测量装置，其特征在于，还包括：定位装置，所述定位装置与所述微控制器连接，用于自动定位，得到所述测量装置的位置信息并上传。5.根据权利要求4所述的测量装置，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：余萍，
申请(专利权)人：北京东方润泽生态科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11