一种土壤剖面含水量自动连续检测装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种土壤剖面含水量自动连续检测装置及方法，包括检测套管与检测仪器；检测套管套在检测仪器外；检测仪器包括塞盖、底座、自动伸缩套管、绝缘连接杆、探头和控制单元；塞盖下部固定设有底座，底座下部设有自动伸缩套管，自动伸缩套管下部连接有绝缘连接杆，绝缘连接杆下部设有探头；控制单元分别与自动伸缩套管和探头连接。本发明专利技术基于电场边缘效应的检测套管集成度高，内置可以移动的检测电极，实现对土壤不同深度含水量自动检测；检测装置体积小，便于携带，检测套管与土壤紧密接触，对土壤及作物扰动小；检测套管外表面制作螺纹，便于人工或者借助电动工具自动插入土壤中，不需要预埋，即插即用，使用方便，节省人力。

A device and method for automatic and continuous detection of water content in soil profile

【技术实现步骤摘要】
一种土壤剖面含水量自动连续检测装置及方法
本专利技术属于土壤含水量检测
，具体是涉及一种土壤剖面含水量自动连续检测装置及方法，主要用于对土壤剖面不同深度水分多层自动检测。
技术介绍
土壤水分随时间和空间的变化而变化，在不同土壤类型下土壤水分的分布特征、动态变化以及相互循环机理也具有显著差别。而实时、准确地测量土壤剖面不同深度的含水量不仅能更好的了解土壤水分的剖面特征，而且对更好的掌握不同根系作物的需水规律，实施精准灌溉及提高生产效益具有重要的意义。土壤剖面水分的检测方法主要有烘干法，通过钻土取样烘干称重来测量不同深度的土壤水分，烘干法测量精度高，缺点是费时费力且破坏观测场地；中子仪法，将中子仪探头放入装有观测样品的测管中，逐层测定土壤剖面水分，缺点是中子仪法存在辐射危险；介电法，利用高频段或微波段的土壤介电特性来测量土壤水分，具有快速、灵敏度高、受土壤理化特性干扰小等优点，常见的有驻波率法、电容法。驻波率法，在高频信号源作用下，双圆环探头呈容抗特性，当土壤含水量变化，土壤介电常数也随之变化，通过测量探头的阻抗变化实现土壤含水量的测量；电容法，基于高频电磁边缘场效应，传感器探头作为高频振荡器并联LC谐振回路的电容元件，土壤为其电介质，介电常数主要取决于土壤水分，通过测量谐振频率变化，实现土壤含水量的测量。对于土壤剖面含水量检测，近几年来国内外学者也开展了相关研究。如专利201610194101.6一种适用不同土壤深度的土壤水分检测仪，公开了一种将间距相同、长度不等的探针并排组合而成的检测仪器，但是多根探针需要多个独立的检测电路，难以保证各检测电路输出信号的一致性，所以检测信号精度较低；又如专利201610105404.6农田土壤垂直剖面水分测量方法及装置和201810585339.0一种土壤水分检测系统，均公开了一种多层级土壤剖面水分检测装置，虽然在检测方法和电路结构上进行了优化，但均只能检测固定几个深度的含水量，且前者需要提前埋设套管，工作量大、对土壤扰动大。因此如何通过较少的敏感元件，更方便、准确的实现土壤剖面水分多层检测，是现在土壤水分检测研究中急需解决的问题。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术中土壤剖面含水量检测仪器只能检测固定几个深度，检测套管不能即插即用，多个检测信号输出不一致引起的精度低等缺点，提供了一种结构简单的土壤剖面含水量自动连续检测装置及方法。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种土壤剖面含水量自动连续检测装置，包括检测套管与检测仪器；所述检测套管套在检测仪器外；所述检测套管表面设有外螺纹，底部为锥形头；所述检测仪器包括塞盖、底座、自动伸缩套管、绝缘连接杆、探头和控制单元；所述塞盖下部固定设有底座，所述底座下部设有自动伸缩套管，所述自动伸缩套管下部连接有绝缘连接杆，所述绝缘连接杆下部设有探头；所述自动伸缩套管包括外壳、步进电机、限位开关、丝杠螺母、丝杠螺杆、伸缩杆和支撑座；所述外壳内上部和下部均设有限位开关，底部设有支撑座，所述支撑座底部设有开口，所述外壳顶部设有步进电机，所述步进电机下部设有丝杠螺杆，所述丝杆螺杆上套有丝杆螺母，所述伸缩杆的一端与丝杆螺母连接，另一端穿过支撑座底部的开口与绝缘连接杆连接；所述控制单元分别与步进电机、限位开关和探头连接。上述方案中，所述检测套管表面设有外螺纹，底部为锥形头。上述方案中，所述检测套管顶部与检测仪器顶部可拆卸连接。进一步的，所述检测套管顶部圆周设有若干凸耳；所述塞盖圆周设有若干卡扣，所述卡扣上设有通孔；所述凸耳能够卡在通孔内。上述方案中，所述控制单元设置在塞盖内；所述控制单元包括电池、单片机和存储卡；所述塞盖设有一号开关、二号开关和插槽；所述一号开关和二号开关分别与自动伸缩套管8连接；所述存储卡安装在插槽内；所述单片机分别与自动伸缩套管和存储卡连接；所述电池分别与一号开关、二号开关、单片机、自动伸缩套管和探头连接。进一步的，所述控制单元还包括无线模块；所述无线模块与单片机连接。进一步的，所述塞盖顶部还设有急停按钮；所述急停按钮分别与自动伸缩套管和电池连接。上述方案中，所述探头包括激励电极和感应电极。一种所述土壤剖面含水量自动连续检测装置的检测方法，包括以下步骤：将所述检测套管旋入待测土壤指定深度位置；通过所述控制单元控制检测仪器的自动伸缩套管带动探头匀速垂直向下运动；所述探头按照在控制单元预设的下降位移量△X、检测时间T与检测次数N进行土壤水分检测，探头在检测套管内垂直移动一次位移量△X，自动伸缩套管停转，探头开始检测，检测时间为T；所述探头每检测完一次，将探头已移动次数Ni、对应土壤水分信息和深度信息及时反馈给控制单元的单片机，并存储在存储卡中，最终完成探头在检测套管内N个位置土壤水分自动连续检测；检测完毕时，通过所述控制单元控制自动伸缩套管带动探头向上运动回到初始位置。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术基于电场边缘效应的检测套管集成度高，内置可以移动的检测电极，实现对土壤不同深度含水量自动检测；检测装置体积小，便于携带，检测套管与土壤紧密接触，对土壤及作物扰动小；通过控制电机旋转圈数来控制伸缩杆伸缩长度，实现探头深度检测与调整控制；检测套管外表面制作螺纹，便于人工或者借助电动工具自动插入土壤中，不需要预埋，即插即用，使用方便，节省人力。附图说明本专利技术的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：图1是本专利技术检测装置结构示意图；图2是本专利技术检测仪器结构示意图；图3是本专利技术伸缩套管内部结构示意图；图4是本专利技术探头在土壤中初始位置剖面图；图5是本专利技术检测装置在土壤中检测剖面图。图中：1、检测套管；2检测仪器；3、螺纹；4、凸耳；5、锥形头；6、塞盖；7、底座；8、自动伸缩套管；9、绝缘连接杆；10、探头；11、一号开关；12、二号开关；13、急停按钮；14、插槽；15、卡扣；16、通孔；17、微型步进电机；18、激励电极；19、感应电极；20、待测土壤；21、椭球型辐射电场；22、限位开关；23、丝杠螺母；24、丝杠螺杆；25、伸缩杆；26、支撑座。具体实施方式下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“轴向”、“径向”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种土壤剖面含水量自动连续检测装置，其特征在于，包括检测套管(1)与检测仪器(2)；/n所述检测套管(1)套在检测仪器(2)外；所述检测套管(1)表面设有外螺纹(3)，底部为锥形头(5)；/n所述检测仪器(2)包括塞盖(6)、底座(7)、自动伸缩套管(8)、绝缘连接杆(9)、探头(10)和控制单元；所述塞盖(6)下部固定设有底座(7)，所述底座(7)下部设有自动伸缩套管(8)，所述自动伸缩套管(8)下部连接有绝缘连接杆(9)，所述绝缘连接杆(9)下部设有探头(10)；所述自动伸缩套管(8)包括外壳、步进电机(17)、限位开关(22)、丝杠螺母(23)、丝杠螺杆(24)、伸缩杆(25)和支撑座(26)；所述外壳内上部和下部均设有限位开关(22)，底部设有支撑座(26)，所述支撑座(26)底部设有开口，所述外壳顶部设有步进电机(17)，所述步进电机(17)下部设有丝杠螺杆(24)，所述丝杆螺杆(24)上套有丝杆螺母(23)，所述伸缩杆(25)的一端与丝杆螺母(23)连接，另一端穿过支撑座(26)底部的开口与绝缘连接杆(9)连接；/n所述控制单元分别与步进电机(17)、限位开关(22)和探头(10)连接。/n...

【技术特征摘要】
1.一种土壤剖面含水量自动连续检测装置，其特征在于，包括检测套管(1)与检测仪器(2)；
所述检测套管(1)套在检测仪器(2)外；所述检测套管(1)表面设有外螺纹(3)，底部为锥形头(5)；
所述检测仪器(2)包括塞盖(6)、底座(7)、自动伸缩套管(8)、绝缘连接杆(9)、探头(10)和控制单元；所述塞盖(6)下部固定设有底座(7)，所述底座(7)下部设有自动伸缩套管(8)，所述自动伸缩套管(8)下部连接有绝缘连接杆(9)，所述绝缘连接杆(9)下部设有探头(10)；所述自动伸缩套管(8)包括外壳、步进电机(17)、限位开关(22)、丝杠螺母(23)、丝杠螺杆(24)、伸缩杆(25)和支撑座(26)；所述外壳内上部和下部均设有限位开关(22)，底部设有支撑座(26)，所述支撑座(26)底部设有开口，所述外壳顶部设有步进电机(17)，所述步进电机(17)下部设有丝杠螺杆(24)，所述丝杆螺杆(24)上套有丝杆螺母(23)，所述伸缩杆(25)的一端与丝杆螺母(23)连接，另一端穿过支撑座(26)底部的开口与绝缘连接杆(9)连接；
所述控制单元分别与步进电机(17)、限位开关(22)和探头(10)连接。


2.根据权利要求1所述的土壤剖面含水量自动连续检测装置，其特征在于，所述检测套管(1)顶部与检测仪器(2)顶部可拆卸连接。


3.根据权利要求2所述的土壤剖面含水量自动连续检测装置，其特征在于，所述检测套管(1)顶部圆周设有若干凸耳(4)；所述塞盖(6)圆周设有若干卡扣(15)，所述卡扣(15)上设有通孔(16)；所述凸耳(4)能够卡在通孔(16)内。


4.根据权利要求1所述的土壤剖面含水量自动连续检测装置，其特征在于，所述控制单元设置在塞盖(6)内；
所述控制单元包括电池、单片机和存储卡；
所述塞盖(...

【专利技术属性】
技术研发人员：倪梦瑶，盛庆元，张西良，
申请(专利权)人：江苏大学，绍兴职业技术学院，
类型：发明
国别省市：江苏;32