一种土壤电阻率测量装置、方法和存储介质制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种土壤电阻率测量装置、方法和存储介质，包括：惠斯通桥电路；惠斯通桥电路包括四个桥臂；四个桥臂中的其中一个桥臂包括第一端、第二端、内电极和多个外电极；内电极和多个外电极均用于插入待测土壤中，内电极和外电极插入待测土壤中的深度相同；多个外电极均匀分布在以内电极的中心轴为圆心的圆周上，且通过导线依次电连接，导线收尾相接后和第一端连接；内电极和所述第二端连接；基于惠斯通桥平衡原理确定待测土壤的电阻值，再基于内电极和外电极形成的均匀电场模型确定待测土壤的电阻率。本发明专利技术的有益效果为：方便野外施工进行简单快速的测量，不需要复杂的计算可更加快速方便的确定待测区域内的土地的电阻率。

【技术实现步骤摘要】
一种土壤电阻率测量装置、方法和存储介质
本专利技术属于电阻率测量
，具体涉及一种土壤电阻率测量装置、方法和存储介质。
技术介绍
目前土地电测量采用的有两种方法，一是采用标准模型取样，用伏安二极接线法或四极接线法测量电阻率，该测量方法存在的缺点是取样和实测有偏差，易造成测试的结果不准确；二是采用伏安四极接线法并结合修正的方法测量实地电阻率；但是这种方法要求地面为无限大的水平面，地下为充满均匀各向同性的导电介质，由于实际不满足这些条件，测量仅为视电阻率，即无法在一定范围内准确的测量出实际电阻率。
技术实现思路
为了解决现有技术存在的测量复杂、适用场地受限的问题，本专利技术提供了一种土壤电阻率测量装置、方法和存储介质，其具有测量简单、成本低、适用范围广等特点。根据本专利技术具体实施方式的一种土壤电阻率测量装置包括：惠斯通桥电路；所述惠斯通桥电路包括四个桥臂；所述四个桥臂中的其中一个桥臂包括第一端、第二端、内电极和多个外电极；所述内电极和多个所述外电极均用于插入待测土壤中，所述内电极和所述外电极插入所述待测土壤中的深度相同；多个所述外电极均匀分布在以所述内电极的中心轴为圆心的圆周上，且通过导线依次电连接，所述导线收尾相接后和所述第一端连接；所述内电极和所述第二端连接；基于所述惠斯通桥电路的平衡条件确定所述内电极和所述外电极间的所述待测土壤的电阻值；基于所述内电极和所述外电极间所形成的均匀电场的电阻率公式：确定电阻率，其中R为所述待测土壤的电阻值，h为所述内电极和所述外电极插入所述待测土壤中的深度；r1为所述内电极的半径，r2为所述圆周的半径。进一步地，所述土壤电阻率测量装置还包括：单片机，所述单片机用于获取所述惠斯通桥电路中的电流计两端的电压变化值ΔV并基于：确定所述待测土壤的电阻值R，其中R1、R2为比例臂电阻，RS为比较臂电阻，VCC为所述惠斯通桥电路中的电源电压。进一步地，所述外电极的数量满足：其中，N为所述外电极的数量，d为所述外电极的直径，r2为所述圆周的半径。进一步地，所述圆周的的半径满足：其中，d为所述外电极的直径，r2为所述圆周的半径。进一步地，所述内电极和所述外电极为规格相同的钢钉。根据本专利技术具体实施方式的一种土壤电阻率测量方法，应用于以上所述的土壤电阻率测量装置，所述方法包括：获取所述内电极的半径和以所述内电极的中心轴为圆心的圆周半径；基于所述惠斯通桥电路的平衡条件确定所述内电极和所述外电极间的所述待测土壤的电阻值；基于同轴电缆模型确定所述内电极和所述外电极间所述待测土壤的电阻率为：其中R为所述待测土壤的电阻值，h为所述内电极和所述外电极插入所述待测土壤的深度；r1为所述内电极的半径，r2为以所述内电极的中心轴为圆心的圆周半径。进一步地，所述外电极的数量满足：其中，N为所述外电极的数量，d为所述外电极的直径，r2为以所述内电极的中心轴为圆心的圆周半径。进一步地，所述圆周的半径满足：其中，d为所述外电极的直径，r2为以所述内电极的中心轴为圆心的圆周半径。进一步地，所述待测土壤的电阻值的确定过程包括：获取所述惠斯通桥电路中的各个桥臂上的电阻值，并基于确定所述待测土壤的电阻值，其中VCC为所述惠斯通桥电路中的电源电压，ΔV为所述惠斯通桥电路中的电流计两端的电压变化值，R1、R2为比例臂电阻值，RS为比较臂电阻值。根据本专利技术具体实施方式的一种存储介质，所述存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现如上所述的土壤电阻率测量方法中的各个步骤。本专利技术的有益效果为：通过惠斯通桥电路结合内外电极形成的均匀电场，方便野外施工进行简单快速的测量，整理一个平面插入相同深度的内电极和外电极即可进行测量，不需要复杂的计算可更加快速方便的确定待测区域内的土地的电阻率。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是根据一示例性实施例提供的土壤电阻率测量装置的原理图；图2是根据一示例性实施例提供的外电极和内电极的布置图；图3是根据一示例性实施例提供的外电极和内电极的结构图；图4是根据一示例性实施例提供的土壤电阻率测量方法的流程图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本专利技术的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本专利技术所保护的范围。参照图1至图3所示，本专利技术的实施例提供了一种土壤电阻率测量装置，包括：惠斯通桥电路；其中惠斯通桥电路包括四个桥臂、电流计和供电电源，惠斯通桥电路(又称单臂电桥)是一种可以精确测量电阻的电路。RG电阻起到限流的作用，开关K1和K2相配合对电流的大小进行控制避免出现电流过大或过小的情况，G为电流计，用以检查它所在的支路有无电流。当G无电流通过时，称电桥达到平衡，在平衡时，四个臂的阻值满足一个简单的关系R＝R1RS/R2，利用这一关系同时RS为可调电阻，通过调节RS的阻值使电桥达到平衡的状态就可测量未知的电阻R。在惠斯通桥电路中的四个桥臂中的其中一个桥臂包括第一端、第二端、内电极和多个外电极；内电极和多个外电极均用于插入待测土壤中，内电极和外电极插入待测土壤中的深度相同；由于土壤是电的不良导体，采用同轴电缆模型，将电场束缚在内外电极之间，构成一个均匀场模型，并基于同轴电缆的均匀场模型因电阻率大小和内电极的大小无关将多个外电极均匀分布在以内电极的中心轴为圆心的圆周上，且通过导线依次电连接，导线收尾相接后和第一端连接；内电极和第二端连接；基于惠斯通桥电路的平衡条件可以确定内电极和外电极间的待测土壤的电阻值；基于内电极和外电极间所形成的均匀电场的电阻率公式：确定电阻率，其中R为待测土壤的电阻值，h为内电极和外电极插入待测土壤中的深度；r1为内电极的半径，r2为圆周的半径。这样在实际测试土地的电阻率时，惠斯通电桥可以采用箱式电桥或自组电桥，在待测区域内整理一个平面插入内外电极即可进行测量，原理简单不需要复杂的计算，并且成本较低，不受测试场地的限制具有更广的适用范围。为进一步优化该技术方案，在本专利技术的另一具体实施例中还包括：单片机，单片机用于获取惠斯通桥电路中的电流计两端的电压变化值ΔV并基于：确定待测土壤的电阻值R，其中R1、R2为比例臂电阻，RS为比较臂电阻，VCC即电源E为惠斯通桥电路中的电源电压。具体的，惠斯通桥电路中接入的待测土壤的电阻不同本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种土壤电阻率测量装置，其特征在于，包括：惠斯通桥电路；/n所述惠斯通桥电路包括四个桥臂；/n所述四个桥臂中的其中一个桥臂包括第一端、第二端、内电极和多个外电极；/n所述内电极和多个所述外电极均用于插入待测土壤中，所述内电极和所述外电极插入所述待测土壤中的深度相同；/n多个所述外电极均匀分布在以所述内电极的中心轴为圆心的圆周上，且通过导线依次电连接，所述导线收尾相接后和所述第一端连接；/n所述内电极和所述第二端连接；/n基于所述惠斯通桥电路的平衡条件确定所述内电极和所述外电极间的所述待测土壤的电阻值；/n基于所述内电极和所述外电极间所形成的均匀电场的电阻率公式：

【技术特征摘要】
1.一种土壤电阻率测量装置，其特征在于，包括：惠斯通桥电路；
所述惠斯通桥电路包括四个桥臂；
所述四个桥臂中的其中一个桥臂包括第一端、第二端、内电极和多个外电极；
所述内电极和多个所述外电极均用于插入待测土壤中，所述内电极和所述外电极插入所述待测土壤中的深度相同；
多个所述外电极均匀分布在以所述内电极的中心轴为圆心的圆周上，且通过导线依次电连接，所述导线收尾相接后和所述第一端连接；
所述内电极和所述第二端连接；
基于所述惠斯通桥电路的平衡条件确定所述内电极和所述外电极间的所述待测土壤的电阻值；
基于所述内电极和所述外电极间所形成的均匀电场的电阻率公式：确定电阻率，其中R为所述待测土壤的电阻值，h为所述内电极和所述外电极插入所述待测土壤中的深度；r1为所述内电极的半径，r2为所述圆周的半径。


2.根据权利要求1所述的土壤电阻率测量装置，其特征在于，还包括：单片机，所述单片机用于获取所述惠斯通桥电路中的电流计两端的电压变化值ΔV并基于：

确定所述待测土壤的电阻值R，其中R1、R2为比例臂电阻，RS为比较臂电阻，VCC为所述惠斯通桥电路中的电源电压。


3.根据权利要求1所述的土壤电阻率测量装置，其特征在于，所述外电极的数量满足：

其中，N为所述外电极的数量，d为所述外电极的直径，r2为所述圆周的半径。


4.根据权利要求3所述的土壤电阻率测量装置，其特征在于，所述圆周的的半径满足：

其中，d为所述外电极的直径，r2为所述圆周的半径。


5.根据权利要求1至4任一项所述的土壤电阻率测量装置，其特征在于，所述内电...

【专利技术属性】
技术研发人员：张新超，华袆雄，王焱，袁峰，
申请(专利权)人：防灾科技学院，
类型：发明
国别省市：北京;11