基于微悬臂梁的土壤湿度监测方法、装置、设备及介质制造方法及图纸

本发明专利技术提出了一种基于微悬臂梁的土壤湿度监测方法、装置、设备及介质。包括：检测压电微悬臂梁的状态，记录压电微悬臂梁的初始共振频率；实时检测压电微悬臂梁的状态，当检测到水分子附着在压电微悬臂梁上时，获取压电微悬臂梁的数据，并根据压电微悬臂梁的振动方程计算压电微悬臂梁共振频率；通过压电微悬臂梁共振频率与初始共振频率计算压电微悬臂梁的共振频率改变量，根据该共振频率改变量对土壤湿度进行分析。本发明专利技术通过在压电微悬臂梁上面涂抹测量水分子的涂层，通过水分子吸附到压电微悬臂梁上，来使压电微悬臂梁上产生振动，根据共振频率的改变量来对土壤的湿度进行分析。通过这种方式，对水分子进行统计，能够更加精确测量土壤湿度。

Soil moisture monitoring method, device, equipment and medium based on micro cantilever

【技术实现步骤摘要】
基于微悬臂梁的土壤湿度监测方法、装置、设备及介质
本专利技术涉及土壤检测
，尤其涉及一种基于微悬臂梁的土壤湿度监测方法、装置、设备及介质。
技术介绍
土壤湿度即土壤含水量，在野外进行剖面观察时，区分土层湿润的程度，一般以干、稍润、润、潮以及湿来衡量，土壤湿度是连接里面水资源的一个重要环境因素，土壤湿度对水文、气象以及农业生产等领域都有重要的影响，所以如何对土壤湿度进行测量成为了近年来的研究重点。现有的土壤测量技术都是通过无线传感器来对土壤的湿度进行测量，但是，现有技术仍存在以下缺陷，由于土壤检测的面积较大，通过无线传感器检测产生的数据量过大，系统需要耗费大量数据进行处理；对土壤测量的测量精度较低，所以，如何通过土壤中的水分子对土壤湿度进行精确的测量成为了一个亟待解决的问题。上述内容仅用于辅助理解本专利技术的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提出了一种基于微悬臂梁的土壤湿度监测方法、装置、设备及介质，旨在解决现有技术无法根据压电微悬臂梁对土壤中的水分子进行测量的技术问题。本专利技术的技术方案是这样实现的：一方面，本专利技术提供了一种基于微悬臂梁的土壤湿度监测方法，所述基于微悬臂梁的土壤湿度监测方法包括以下步骤：S1，检测压电微悬臂梁的状态，记录压电微悬臂梁的初始共振频率；S2，实时检测压电微悬臂梁的状态，当检测到水分子附着在压电微悬臂梁上时，获取压电微悬臂梁的数据，并根据压电微悬臂梁的振动方程计算压电微悬臂梁共振频率；S3，通过压电微悬臂梁共振频率与初始共振频率计算压电微悬臂梁的共振频率改变量，根据该共振频率改变量对土壤湿度进行分析。在以上技术方案的基础上，优选的，步骤S1中，检测压电微悬臂梁的状态，记录压电微悬臂梁的初始共振频率，还包括以下步骤，检测压电微悬臂梁的状态，当检测到压电微悬臂梁的状态为初始状态时，记录此时压电微悬臂梁的初始共振频率；当检测到压电微悬臂梁的状态不为初始状态时，将压电微悬臂梁调至为初始状态，并记录此时压电微悬臂梁的初始共振频率。在以上技术方案的基础上，优选的，步骤S2中，实时检测压电微悬臂梁的状态，当检测到水分子附着在压电微悬臂梁上时，获取压电微悬臂梁的数据，并根据压电微悬臂梁的振动方程计算压电微悬臂梁共振频率，还包括以下步骤，设定数据阈值，当检测到水分子附着在压电微悬臂梁上时，实时获取压电微悬臂梁的数据，将获取的压电微悬臂梁的数据与数据阈值进行比较，当获取的压电微悬臂梁的数据大于数据阈值时，将此时的压电微悬臂梁的数据作为待计算数据，根据压电微悬臂梁的振动方程对该待计算数据进行计算，获取压电微悬臂梁共振频率。在以上技术方案的基础上，优选的，还包括以下步骤，压电微悬臂梁的振动方程为：其中，耗散常数γ是系统能量降到原有值的1/e所需的时间的倒数，γ＝b/m*，b是与土壤密度、粘度有关的阻尼系数，m*是压电微悬臂梁的有效质量，ω0是压电微悬臂梁在空气中的共振频率，F0eiα是压电微悬臂梁的激励力，y是压电微悬臂梁在土壤中的深度，t是压电微悬臂梁在土壤中的测量时间。在以上技术方案的基础上，优选的，还包括以下步骤，压电微悬臂梁在空气中的共振频率ω0的公式为：其中，Y是杨氏模量，b、h以及L分别是压电微悬臂梁的宽度、厚度和长度。在以上技术方案的基础上，优选的，还包括以下步骤，压电微悬臂梁共振频率的计算公式为：其中，n1是修正系数，R是常数，η以及ρ是土壤的粘度以及密度，m是土壤中压电微悬臂梁的有效质量，m＝m*+m1，m1叫做感应质量，且m1＝2/3πρR3。在以上技术方案的基础上，优选的，步骤S3中，通过压电微悬臂梁共振频率与初始共振频率计算压电微悬臂梁的共振频率改变量，根据该共振频率改变量对土壤湿度进行分析，还包括以下步骤，设定土壤湿度等级，所述湿度等级包括：干、稍润、润、潮以及湿，不同的土壤湿度等级对应不同的共振频率改变量，根据该土壤湿度等级通过共振频率改变量对土壤进行评级。更进一步优选的，所述基于微悬臂梁的土壤湿度监测装置包括：记录模块，用于检测压电微悬臂梁的状态，记录压电微悬臂梁的初始共振频率；计算模块，用于实时检测压电微悬臂梁的状态，当检测到水分子附着在压电微悬臂梁上时，获取压电微悬臂梁的数据，并根据压电微悬臂梁的振动方程计算压电微悬臂梁共振频率；分析模块，用于通过压电微悬臂梁共振频率与初始共振频率计算压电微悬臂梁的共振频率改变量，根据该共振频率改变量对土壤湿度进行分析。第二方面，所述基于微悬臂梁的土壤湿度监测方法还包括一种设备，所述设备包括：存储器、处理器以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的基于微悬臂梁的土壤湿度监测方法程序，所述基于微悬臂梁的土壤湿度监测方法程序配置为实现如上文所述的基于微悬臂梁的土壤湿度监测方法的步骤。第三方面，所述基于微悬臂梁的土壤湿度监测方法还包括一种介质，所述介质为计算机介质，所述计算机介质上存储有基于微悬臂梁的土壤湿度监测方法程序，所述基于微悬臂梁的土壤湿度监测方法程序被处理器执行时实现如上文所述的基于微悬臂梁的土壤湿度监测方法的步骤。本专利技术的一种基于微悬臂梁的土壤湿度监测方法相对于现有技术具有以下有益效果：(1)通过在压电微悬臂梁上涂抹材料涂抹层，用于吸附土壤中的水分子，通过土壤中的水分子对土壤的湿度进行分析，可以精确获取土壤的湿度信息，同时也避免了在监测过程中，需要处理的数据过多可能会导致系统崩溃的情况；(2)通过压电微悬臂梁对土壤的湿度进行分析，土壤中水分子附着在压电微悬臂梁上，通过观察压电微悬臂梁共振频率的变化，利用共振频率的改变量对被测物体进行定量的分析，通过这种方式，可以精确且快捷的获取土壤的湿度，避免了在检测过程中需要测量大量数据，浪费资源的情况。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本专利技术实施例方案涉及的硬件运行环境的设备的结构示意图；图2为本专利技术基于微悬臂梁的土壤湿度监测方法第一实施例的流程示意图；图3为本专利技术基于微悬臂梁的土壤湿度监测方法第一实施例的功能模块示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施方式，对本专利技术实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本专利技术一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本专利技术中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本专利技术保护的范围。如图1所示，该设备可以包括：处理器1001，例如中央处理器(CentralProcessingUnit，CPU)，通信总线1002、用户接口1003，网络接本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于微悬臂梁的土壤湿度监测方法，其特征在于：包括以下步骤；/nS1，检测压电微悬臂梁的状态，记录压电微悬臂梁的初始共振频率；/nS2，实时检测压电微悬臂梁的状态，当检测到水分子附着在压电微悬臂梁上时，获取压电微悬臂梁的数据，并根据压电微悬臂梁的振动方程计算压电微悬臂梁共振频率；/nS3，通过压电微悬臂梁共振频率与初始共振频率计算压电微悬臂梁的共振频率改变量，根据该共振频率改变量对土壤湿度进行分析。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于微悬臂梁的土壤湿度监测方法，其特征在于：包括以下步骤；
S1，检测压电微悬臂梁的状态，记录压电微悬臂梁的初始共振频率；
S2，实时检测压电微悬臂梁的状态，当检测到水分子附着在压电微悬臂梁上时，获取压电微悬臂梁的数据，并根据压电微悬臂梁的振动方程计算压电微悬臂梁共振频率；
S3，通过压电微悬臂梁共振频率与初始共振频率计算压电微悬臂梁的共振频率改变量，根据该共振频率改变量对土壤湿度进行分析。


2.如权利要求1所述的基于微悬臂梁的土壤湿度监测方法，其特征在于：步骤S1中，检测压电微悬臂梁的状态，记录压电微悬臂梁的初始共振频率，还包括以下步骤，检测压电微悬臂梁的状态，当检测到压电微悬臂梁的状态为初始状态时，记录此时压电微悬臂梁的初始共振频率；当检测到压电微悬臂梁的状态不为初始状态时，将压电微悬臂梁调至为初始状态，并记录此时压电微悬臂梁的初始共振频率。


3.如权利要求1所述的基于微悬臂梁的土壤湿度监测方法，其特征在于：步骤S2中，实时检测压电微悬臂梁的状态，当检测到水分子附着在压电微悬臂梁上时，获取压电微悬臂梁的数据，并根据压电微悬臂梁的振动方程计算压电微悬臂梁共振频率，还包括以下步骤，设定数据阈值，当检测到水分子附着在压电微悬臂梁上时，实时获取压电微悬臂梁的数据，将获取的压电微悬臂梁的数据与数据阈值进行比较，当获取的压电微悬臂梁的数据大于数据阈值时，将此时的压电微悬臂梁的数据作为待计算数据，根据压电微悬臂梁的振动方程对该待计算数据进行计算，获取压电微悬臂梁共振频率。


4.如权利要求3所述的基于微悬臂梁的土壤湿度监测方法，其特征在于：还包括以下步骤，压电微悬臂梁的振动方程为：



其中，耗散常数γ是系统能量降到原有值的1/e所需的时间的倒数，γ＝b/m*，b是与土壤密度、粘度有关的阻尼系数，m*是压电微悬臂梁的有效质量，ω0是压电微悬臂梁在空气中的共振频率，F0eiα是压电微悬臂梁的激励力，y是压电微悬臂梁在土壤中的深度，t是压电微悬臂梁在土壤中的测量时间。


5.如权利要求4所述的基于微悬臂梁的土壤湿度监测方法，其特征在于：还包...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡蔚萌，
申请(专利权)人：武汉市陆刻科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42