一种陶土介质电容式土壤基质势测量方法技术

本发明专利技术公开了一种陶土介质电容式土壤基质势测量方法，属于土壤基质势测量技术领域。本发明专利技术的特征在于通过以透水不透气的新型陶土材料为电容介质的电容式传感器将土壤基质势的变化量转变为可测量电容的变化量，基于频率振荡器的原理将电容的变化转变为方波频率的变化，运用直接测频法对频率进行高精度测量，经数据拟合后完成土壤基质势的测量。该方法所需传感器基于电容原理，与现有方法相比，具有精度高，抗干扰能力强，学习、使用成本低，适合于大部分土壤测量条件等优势。一次安装便可长期使用，可分布式测量，数据经处理可以得到土壤基质势的空间分布。该方法为我国水文研究方面提供了一种新思路，具有很高的科学价值。

【技术实现步骤摘要】
一种陶土介质电容式土壤基质势测量方法
本专利技术涉及一种土壤基质势测量方法，具体涉及一种基于陶土介质的电容原理的土壤基质势测量方法，属于土壤基质势测量

技术介绍
土壤基质势是指在非饱和条件下，由土壤基质的吸附力和毛管力造成的势能，是土壤水势的主要组成部分。目前土壤基质势的研究已经成为土壤学、生态学、水资源学以及资源与环境科学等相关学科的基础和前沿研究领域，越来越受到重视。直接测量土壤基质势的方法主要以水银负压计为主，例如公开号为CN204832185U，名为“一种刻度式水势测定仪”的专利技术专利，土壤基质势的大小通过水量的刻度来表示，这种方法虽然直观，但是必须人工进行读数，测量作业量大，费时费力，而且读数存在误差，不利于高精度的测量研究。通过测量土壤含水量间接测得土壤基质势的有很多方法，其中时域反射法较为广泛应用，然而公开号为CN103207188A，名为“一种基于时域反射的土壤水分测量方法”的专利技术专利，利用电磁在不同介质的传输速度差异，通过测定土壤的介电常数来计算土壤水分含量。这种方法不仅受时间精度的影响，而且不同土壤类型也会对结果造成影响。不利于高精度的测量研究，也本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种陶土介质电容式土壤基质势测量方法，其特征在于：所述的陶土介质电容式土壤基质势测量方法，采用了电容式土壤基质势实时测量系统，并具体包括：将电容式土壤基质势实时测量系统中的测量端插入土壤指定深度，电容式土壤基质势实时测量系统的电容式传感器包括透水不透气的陶土材料电容介质，当土壤基质势改变时，渗入陶土材料中的水分发生改变，从而使电容式传感器的电容发生改变，电容的计算公式采用下式：C＝kεrε0

【技术特征摘要】
1.一种陶土介质电容式土壤基质势测量方法，其特征在于：所述的陶土介质电容式土壤基质势测量方法，采用了电容式土壤基质势实时测量系统，并具体包括：将电容式土壤基质势实时测量系统中的测量端插入土壤指定深度，电容式土壤基质势实时测量系统的电容式传感器包括透水不透气的陶土材料电容介质，当土壤基质势改变时，渗入陶土材料中的水分发生改变，从而使电容式传感器的电容发生改变，电容的计算公式采用下式：C＝kεrε0式中，C为电容式传感器的电容，k为几何常数，单位为m，由电容式传感器上电容介质的面积和厚度决定，s为电容式传感器电容介质的面积，单位为m2，d为电容式传感器电容介质的厚度，单位为m，ε0为真空中相对介电常数，为1，εr为陶土中按照体积比例混合的相对介电常数；εr取决于渗透进陶土材料的水分含量，陶土和水分体积所占比例决定了电容介质的相对介电常数，公式为εr＝∑Viεi其中，Vi为陶土或水分占整体体积的比例，εi为陶土或水分的相对介电常数；电容的测量基于频率振荡器的原理，在辅助电阻固定的情况下，输出方波信号频率的变化取决于电容的变化，振荡频率的计算采用以下公式：f＝(R1+2R2)Cln2其中f为频率振荡器输出方波的频率，单位Hz，R1和R2为固定电阻，单位为Ω，C为电容式传感器的电容，电容的变化可转化频率变化的方波信号，通过测量方波信号的频率可得电容的值；方波信号频率的测量是在确定的闸门时间T内，利用计数器对待测信号进行计数，根据所得计数个数N，得到频率的大小，具体计算公式为其中fx为所得频率的大小，单位Hz；T为闸门时间，单位为s；将测量的频率与在相同条件下由水银负压计所测得数据结合起来，经数据拟合可得到方波频率与土壤基质势的对应关系。2.根据权利要求1所述陶土介质电容式土壤基质势测量方法，其特征在于：所述的陶土的相对介电常数为6，水的相对介电常数为80.4。3.根据权利要求2所述陶土介质电容式土壤基质势测量方法，其特征在于：所述电容式土壤基质势实时测量系统，包括依次连接的电容式测量单元、测...

【专利技术属性】
技术研发人员：李立，李国强，王康，曹瑞轩，刘斯齐，陈宁，夏可为，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42