一种用于获取土壤多深度水分含量的传感器及方法技术

本发明专利技术提供一种用于获取土壤多深度水分含量的传感器及方法，该传感器包括：套设于探测管的外壁上、用于感知土壤中水分信息的感知探头对，所述感知探头对至少有两对；该检测方法包括：步骤S1、在测量深度范围内同时获取多个深度土壤的水分含量值，并以此构建预估模型；步骤S2、基于所述预估模型，获取所述测量深度范围内任意深度土壤的水分。本发明专利技术的一种用于获取土壤多深度水分含量的传感器及方法，装置集成度高，功能完善，操作简单，能够连续获取土壤水分垂直分布信息。

A Sensor and Method for Acquiring Multi-Depth Water Content in Soil

The present invention provides a sensor and method for obtaining soil moisture content in multiple depths. The sensor includes: a pair of sensing probes set on the outer wall of a detection tube for sensing soil moisture information, which has at least two pairs of sensing probes; the detection method includes: 1) acquiring multiple soil moisture content values at the same time in the range of measuring depth, and 2) acquiring multiple soil moisture content values at the same time in the range of measuring depth. The prediction model is constructed. 2. Based on the prediction model, the soil moisture at any depth within the measurement depth range is obtained. A sensor and method for obtaining multi-depth soil moisture content are provided. The device has high integration, perfect function, simple operation and can continuously obtain vertical distribution information of soil moisture.

【技术实现步骤摘要】
一种用于获取土壤多深度水分含量的传感器及方法
本专利技术涉及传感检测技术，更具体地，涉及一种用于获取土壤多深度水分含量的传感器及方法。
技术介绍
用于检测土壤水分信息的传感器，从原理上分类，可分为时域反射法、时域传输法、频域分解法或驻波率法等；按照探头的结构又可以分为针式或管式。目前，用于检测土壤水分信息的传感器，多是采用针式结构。例如公开号为CN105659498A的PCT专利申请，其公开了一种传感器件。参见图1所示，该传感器件包括电特性与物理量相应地变化的传感元件；对上述传感元件的输出信号进行处理的信号处理电路；位于电源端子与上述信号处理电路之间的晶体管元件；将上述晶体管元件的漏极与栅极连接或者将上述晶体管元件的集电极与基极连接的电阻提；和将上述晶体管元件的栅极或基极与GND连接的、具有阈值电压的元件，上述元件在向上述信号处理电路供给的供给电压低于上述阈值电压的情况下，限制从上述电阻体向GND的方向流动的电流。但是，目前市场上的传感器仅能测量单点水分值，而不能同时测量垂直方向多个甚至任意一点值。
技术实现思路
为克服上述问题或者至少部分地解决上述问题，本专利技术提供了一种用于获取土壤多深度水分含量的传感器及方法，以解决应用传感器难以同时测量多个深度位置，甚至任意一点土壤数据、测量准确度不高、无法连续获取多深度位置土壤数据的技术问题。根据本专利技术的一个方面，提供一种用于获取土壤垂直方向上多个测量节点水分含量的方法，包括：步骤S1、在测量深度范围内同时获取多个深度土壤的水分含量值，并以此构建预估模型；步骤S2、基于所述预估模型，获取所述测量深度范围内任意深度土壤的水分。进一步地，所述水分含量值至少为两个。进一步地，所述水分含量值采用传感器采集；所述传感器包括用于感知土壤中水分信息的感知探头对，所述感知探头对至少有两对。进一步地，步骤S1中多个深度土壤的水分含量值具体为：位于土壤表面以下同一直线方向上、且相间隔的多个测量节点的水分含量值。进一步地，所述每个测量节点之间的间距为10-25cm。进一步地，以所述每个测量节点所在位置对应的测量深度为节点，采用插值法构建所述预估模型；所述预估模型包含n-1个函数关系式，其中，n为节点的数量。进一步地，所述预估模型具体为：式中，x1、x2、x3、x4依次为测量节点所在位置对应的测量深度，a、b、c、a1、a2、a3、b1、b2、b3、c1、c2、c3分别为预估模型的系数。根据本专利技术的另一个方面，还提供一种传感器，用于实现上述测量方法，包括：套设于探测管的外壁外侧、用于感知土壤中水分信息的感知探头对，所述感知探头对至少有两对。进一步地，所述感知探头对为四对。进一步地，所述感知探头对对应连接有设置于所述探测管内侧的检测电路，所述检测电路包括由所述感知探头对形成的等效电容。本专利技术提出的有益效果主要如下：(1)同时获取的多个深度水分含量值，通过构建预估模型，能够获取土壤中在测量深度范围内垂直方向的任意深度的水分信息；(2)传感器的探测管上套设有至少两个感知探头对，能够同时测量同一点不同深度位置的土壤水分信息，测量准确度高；(3)将感知探头对设置为四对，除能测量感知节点处土壤水分含量值外也可以获得其它深度水分预估值，能够有效提高土壤信息检测的准确性，同时能够控制传感器的成本、确保结构简单。附图说明图1为现有技术中传感器件的结构示意图；图2为根据本专利技术实施例中的一种用于获取土壤垂直方向上多个测量节点水分含量的方法的预估模型的计算结果示意图；图3为根据本专利技术实施例中的一种用于获取土壤垂直方向上多个测量节点水分含量的方法的预估模型的计算结果示意图；图4为根据本专利技术实施例中的一种传感器的结构示意图。具体实施方式下面结合附图和实施例，对本专利技术的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本专利技术，但不用来限制本专利技术的范围。本专利技术提供一种用于获取土壤垂直方向上多个测量节点水分含量的方法，包括：步骤S1、在测量深度范围内同时获取多个深度土壤的水分含量值，并以此构建预估模型；步骤S2、基于所述预估模型，获取所述测量深度范围内任意深度土壤的水分。具体地，用以构建预估模型的水分含量值，是在测量深度范围内同时获取的不同深度的土壤的水分含量值，能够保证土壤原位测量及用户对多深度土壤水分监测的需求。进一步地，由所获取的土壤中的水分含量值为基础，构建一个预估模型，由该预估模型能够得到在测量深度范围内任意一个测量深度位置的土壤的水分信息，从而能够连续获取测量深度范围内的土壤水分信息。基于所构建的预估模型，即可获取多个深度的水分含量值，还可以获取任意测量深度连续的土壤水分分布信息，利于对土壤信息的更准确监测。在另一个具体的实施例中，所述水分含量值至少为两个。具体地，在基于所获取的水分含量值构建预估模型以获取任意深度土壤的水分时，，所获取的水分含量值越多，采用预估模型获得垂直方向的水分分布情况的准确了就越高。在实际操作过程中，由于水分含量值是在土壤地面以下的位置所获取，当测量节点设置过多，会增加测量传感器的制作成本及设备复杂度；当测量节点设置过少，相邻测量节点间距过大，会降低所建立预估模型的预测精度。在另一个具体的实施例中，步骤S1中多个深度土壤的水分含量值具体为：位于土壤表面以下同一直线方向上、且相间隔的多个测量节点的水分含量值。具体地，在土壤垂直方向上获取不同深度土壤中的土壤水分含量值时，所获取的土壤水分含量值更能反映土壤在垂直方向上的水分分布情况。具体地，在获取土壤水分含量值的过程中，该多个测量节点对应的水分含量值是在同一时刻获取的。即在同一时刻获取位于垂直方向上的多个测量节点对应的水分含量值。在对土壤水分监测时，采用单点传感器时需要多个传感器埋设安装，造成被测土壤遭到破坏，数据不能真实反应被测土壤实际含水量，不仅检测过程复杂，还容易造成对目标待测土壤条件的不良影响，会影响测量数据的准确性。因此，能够同时获取多个测量节点的数据，能够大大提高检测分析的准确性。在另一个具体的实施例中，土壤中的水分含量值采用传感器采集。该传感器包括：探测管和感知探头对。感知探头对用于感知土壤中的水分信息，并将该水分信息输出至传感器的其他部分继续处理。感知探头对以环状结构套设于探测管的外壁上，并且，感知探头对至少有两对，分别沿探测管的长度方向套设于探测管的不同位置。具体地，探测管为具有中空内腔的柱体结构，与感知探头对相连的检测电路设置于探测管的内侧。沿探测管的长度方向设置两对以上的感知探头对，当传感器插入到土壤中以测量土壤中的水分信息时，处于探测管上不同位置的感知探头对即处于土壤中不同的深度位置，从而采用一只传感器，通过一次测量即可同时获取同一地点不同深度位置的多个水分含量值。具体地，由该传感器采集的水分信息由传感器的数据采集器采集后输送给云服务器保存以供用户调取查询。具体地，数据采集器包括A/D转换器、微处理器、存储单元和WIFI/GPRS输送单元。在另一个具体的实施例中，为进一步提高后续分析的准确性，上述相邻测量节点之间的间距为10-25cm。具体地，相邻测量节点之间的间距保持在合适的范围，在基于所获取的水分含量值构建预估模型以获取任意深度土壤的水分时，能够有效提供土壤垂直方向水分分布情况。相邻测量节点之间的距离太大，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于获取土壤垂直方向上多个测量节点水分含量的方法，其特征于，包括：步骤S1、在测量深度范围内同时获取多个深度土壤的水分含量值，并以此构建预估模型；步骤S2、基于所述预估模型，获取所述测量深度范围内任意深度土壤的水分。

【技术特征摘要】
1.一种用于获取土壤垂直方向上多个测量节点水分含量的方法，其特征于，包括：步骤S1、在测量深度范围内同时获取多个深度土壤的水分含量值，并以此构建预估模型；步骤S2、基于所述预估模型，获取所述测量深度范围内任意深度土壤的水分。2.如权利要求1所述的一种用于获取土壤垂直方向上多个测量节点水分含量的方法，其特征在于：所述水分含量值至少为两个。3.如权利要求1或2所述的一种用于获取土壤垂直方向上多个测量节点水分含量的方法，其特征在于，步骤S1中多个深度土壤的水分含量值具体为：位于土壤表面以下同一直线方向上、且相间隔的多个测量节点的水分含量值。4.如权利要求3所述的一种用于获取土壤垂直方向上多个测量节点水分含量的方法，其特征在于：所述水分含量值采用传感器采集；所述传感器包括用于感知土壤中水分信息的感知探头对，所述感知探头对至少有两对。5.如权利要求4所述的一种用于获取土壤垂直方向上多个测量节点水分含量的方法，其特征在于：所述每个测量节点之...

【专利技术属性】
技术研发人员：石庆兰，高万林，冯磊，董乔雪，石玉娇，
申请(专利权)人：中国农业大学，
类型：发明
国别省市：北京,11