一种抽拉式土壤剖面水分传感器制造技术

本发明专利技术公开了一种抽拉式土壤剖面水分传感器，其包括探测机构和绝缘管柱，所述绝缘管柱埋设于土壤中，所述探测机构可升降插入在绝缘管柱中，该探测机构包括水分测量单元、数据处理单元和拉杆，所述水分测量单元设置于拉杆底端并用于检测土壤垂直剖面不同深度处的水分信息，所述数据处理单元通过信号线与水分测量单元相连接，并且数据处理单元待水分测量单元测得的信号输出稳定后，对其信号进行分析处理，随后作为传感器的检测结果进行输出。本发明专利技术能够实时快速获取各深度(0‑1米)壤层含水率信息，不仅减少探针的布设，节省了成本，而且不破坏壤层结构，不与土壤直接接触，耐腐蚀；同时结构设计合理，测量稳定性好。

【技术实现步骤摘要】
一种抽拉式土壤剖面水分传感器
本专利技术涉及农业土壤水分测量
，具体涉及一种抽拉式土壤剖面水分传感器。
技术介绍
土壤水分是作物生长必不可少的条件，适宜的土壤水分含量不仅能够提高作物的产量与品质，而且能够避免水资源浪费和水土流失。因此，对土壤水分含量的实时监测是十分必要的。目前，常用的土壤水分传感器有探针式土壤水分传感器和管式土壤水分传感器。探针式土壤水分传感器的布设方法是先挖沟、在侧壁布设、然后填土的方式，这种方法的主要缺陷是破坏了壤层结构和土壤压实度，定会使得土壤水分含量测量结果存在偏差，而且安装复杂、探针易腐蚀；此外，当需要测量多点不同深度的土壤水分时还需要预埋多组探针，提高了成本。目前商用的管式土壤水分传感器虽测量精度高、且不易受土壤腐蚀，但因其价格相当昂贵，不适于农业大面积推广应用。
技术实现思路
本专利技术的目的是在于提供一种抽拉式土壤剖面水分传感器，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案是：一种抽拉式土壤剖面水分传感器，其包括探测机构和绝缘管柱，所述绝缘管柱埋设于土壤中，所述探测机构可升降插入在绝缘管柱中，该探测机构包括水分测量单元、数据处理单元和拉杆，所述水分测量单元设置于拉杆底端并用于检测土壤垂直剖面不同深度处的水分信息，所述数据处理单元通过信号线与水分测量单元相连接，并且数据处理单元待水分测量单元测得的信号输出稳定后，对其信号进行分析处理，随后作为传感器的检测结果进行输出。进一步的，所述拉杆包括探杆、探头以及处理电路保护装置，所述探头连接在探杆的下方，所述处理电路保护装置连接在探杆的上方，所述探杆为中空结构，且探杆上标有刻度。更进一步的，所述水分测量单元置于拉杆底端的探头中，并且该探头为圆柱形，所述数据处理单元置于拉杆上端的处理电路保护装置中，所述水分测量单元与数据处理单元通过电源线和信号线相连接，所述电源线和信号线置于拉杆中部的探杆中。进一步的，所述水分测量单元包括MC1648D压控振荡电路、幅值放大电路、整形分频电路和铜环；所述MC1648D压控振荡电路与幅值放大电路电性连接，所述幅值放大电路与整形分频电路电性连接，所述整形分频电路与铜环电性连接。更进一步的，所述MC1648D压控振荡电路用于将待测土壤置于高频电场中，使之呈现容性特征，然后与电路中的固定电感和固定电容发生并联谐振，产生与土壤含水率相对应的高频信号；所述幅值放大电路用于将前级高频小电压信号转化为高频大电压信号，以便后端采集；所述整形分频电路用于将前级高频大电压信号转化为低频大电压信号，以便数据处理单元中单片机直接获取该频率信号；所述铜环用于向土壤外围四周辐射电场，使得被辐射电场笼罩的被测土壤与铜环共同构成一个等效电容。更进一步的，所述MC1648D压控振荡电路中芯片MC1648D的电源管脚与自动增益管脚间配置阻值为10K的电阻，并且该电路中固定电感标称值为40nH，固定电容标称值为5pF。更进一步的，所述MC1648D压控振荡电路的谐振频率为100-150MHz；所述幅值放大电路选用温漂性能较好、高频特性较强的三极管2SC3356放大电路；所述整形分频电路选用MB504和SN74HC393D的典型分频应用电路；所述铜环与水分测量单元电性连接。进一步的，所述数据处理单元采用软件延时的方法等待水分测量单元测得的低频大电压信号输出稳定后，运用中值滤波法获取数据作为传感器输出结果；并将该结果以无线/有线的方式传输给外部的数据采集器端。更进一步的，所述数据处理单元内部设有单片机、有线/无线通讯模块和可充电锂电池；所述数据采集器内部设有单片机、有线/无线通讯模块、LCD显示屏、操作键和可充电锂电池。更进一步的，该水分传感器检测方法为：先提前2-3天将绝缘管柱埋设于待测土壤中，待绝缘管柱与土壤紧密接触后，将探测机构插入到绝缘管柱中，通过上下抽拉拉杆并观察探杆上的刻度，抽拉至待测深度时固定探测机构，即可测量该深度处土壤剖面含水率信息；在完成上一次测量之后，可通过上下抽拉拉杆任意调节探测机构的位置，即可以任意调节测量深度。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：1、本专利技术的抽拉式检测结构土壤剖面水分传感器，可测量不同土壤类型下0-1m深度处的含水率信息，克服了传统设备反演模型受限于不同土壤类型、反演过程繁琐且反演精度较低的缺陷。2、本专利技术的抽拉式检测结构土壤剖面水分传感器仅含单个敏感探头，信号单一简单，不会造成紊乱，信号处理难度小，且大大降低生产成本。3、本专利技术的抽拉式土壤剖面水分传感器检测方法为：先提前2-3天将绝缘管柱埋设于待测土壤中，待绝缘管柱与土壤紧密接触后，将升降装置插入到绝缘管柱中，通过上下抽拉拉杆并观察探杆上的刻度，抽拉至待测深度时固定升降装置，即可测量该深度处土壤剖面含水率信息；特别地，在完成上一次测量之后，可通过上下抽拉拉杆任意调节升降装置的位置，即可以任意调节测量深度。附图说明图1为本专利技术抽拉式土壤剖面水分传感器工作示意图；图2为本专利技术MC1648D压控振荡电路图；图3为本专利技术温漂性能较好、高频特性较强的幅值放大电路；图4为本专利技术抽拉式土壤剖面水分传感器探头结构工程图；其中(A)为侧视图，(B)为俯视图。图5为本专利技术抽拉式土壤剖面水分传感器数据处理单元结构工程图；其中(A)为侧视图，(B)为俯视图。图6为本专利技术抽拉式土壤剖面水分传感器的探测机构示意图；图7为本专利技术抽拉式土壤剖面水分传感器的测量原理框图；图8为本专利技术抽拉式土壤剖面水分传感器的电路系统框图。图中：1-水分测量单元，2-数据处理单元，3-拉杆，4-探杆，5-探头，6-处理电路保护装置。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。请参阅图1-8，本专利技术提出一种抽拉式土壤剖面水分传感器，包括探测机构、数据采集器以及绝缘管柱。所述绝缘管柱预先埋设于土壤中，所述探测机构可升降插入在绝缘管柱中，通过调节探测机构的深度，即可测量土壤垂直剖面不同深度处的水分信息；该探测机构包括水分测量单元1、数据处理单元2和拉杆3，所述拉杆3包括探杆4、探头5以及处理电路保护装置6，所述探头5连接在探杆4的下方，所述处理电路保护装置6连接在探杆4的上方，所述探杆为中空结构的探杆，且探杆上标有刻度，通过上下拉动拉杆的位置来调节探测机构的深度，进而调节测量深度。本实施例中，所述水分测量单元内部设有MC1648D压控振荡电路、幅值放大电路、整形分频电路和铜环，所述压控振荡电路输出频率为100-150MHz，所述水分测量单元固定于探头中，所述数据处理单元固定于处理电路保护装置中，所述铜环与水分测量单元电性连接，所述数据处理单元内部设有单片机、有线/无线通讯模块和可充电锂电池，所述数据采集器内部设有单片机、有线/无线通讯模块、LCD显示屏、操作键和可充电锂电池，所述探头为圆柱形。所述MC1648D压控振荡电路用于将待测土壤置于高本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种抽拉式土壤剖面水分传感器，其特征在于，包括探测机构和绝缘管柱，所述绝缘管柱埋设于土壤中，所述探测机构可升降插入在绝缘管柱中，该探测机构包括水分测量单元、数据处理单元和拉杆，所述水分测量单元设置于拉杆底端并用于检测土壤垂直剖面不同深度处的水分信息，所述数据处理单元通过信号线与水分测量单元相连接，并且数据处理单元待水分测量单元测得的信号输出稳定后，对其信号进行分析处理，随后作为传感器的检测结果进行输出。/n

【技术特征摘要】
1.一种抽拉式土壤剖面水分传感器，其特征在于，包括探测机构和绝缘管柱，所述绝缘管柱埋设于土壤中，所述探测机构可升降插入在绝缘管柱中，该探测机构包括水分测量单元、数据处理单元和拉杆，所述水分测量单元设置于拉杆底端并用于检测土壤垂直剖面不同深度处的水分信息，所述数据处理单元通过信号线与水分测量单元相连接，并且数据处理单元待水分测量单元测得的信号输出稳定后，对其信号进行分析处理，随后作为传感器的检测结果进行输出。


2.根据权利要求1所述的一种抽拉式土壤剖面水分传感器，其特征在于，所述拉杆包括探杆、探头以及处理电路保护装置，所述探头连接在探杆的下方，所述处理电路保护装置连接在探杆的上方，所述探杆为中空结构，且探杆上标有刻度。


3.根据权利要求2所述的一种抽拉式土壤剖面水分传感器，其特征在于，所述水分测量单元置于拉杆底端的探头中，并且该探头为圆柱形，所述数据处理单元置于拉杆上端的处理电路保护装置中，所述水分测量单元与数据处理单元通过电源线和信号线相连接，所述电源线和信号线置于拉杆中部的探杆中。


4.根据权利要求1或3所述的一种抽拉式土壤剖面水分传感器，其特征在于，所述水分测量单元包括MC1648D压控振荡电路、幅值放大电路、整形分频电路和铜环；所述MC1648D压控振荡电路与幅值放大电路电性连接，所述幅值放大电路与整形分频电路电性连接，所述整形分频电路与铜环电性连接。


5.根据权利要求4所述的一种抽拉式土壤剖面水分传感器，其特征在于，所述MC1648D压控振荡电路用于将待测土壤置于高频电场中，使之呈现容性特征，然后与电路中的固定电感和固定电容发生并联谐振，产生与土壤含水率相对应的高频信号；所述幅值放大电路用于将前级高频小电压信号转化为高频大电压信号，以便后端采集；所述整形分频电路用于将前级高频大电压信号转化为低频大电压信号，以便数据...

【专利技术属性】
技术研发人员：倪军，刘成，朱艳，曹卫星，蒋小平，田永超，庞方荣，
申请(专利权)人：南京农业大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32