用于测量地面、植被和雪的水含量的装置和方法制造方法及图纸

一种用于测量地面、植被和雪的水含量的装置(12)，包括：至少一个第一模块(20)，适于测量入射到地面的宇宙射线流；至少一个第二模块(40)，适于测量环境中子流；以及连接到所述至少一个第一模块(20)和所述至少一个第二模块(40)的控制单元(60)。控制单元(60)适于处理所述至少一个第一模块(20)和所述至少一个第二模块(40)的测量值以确定水含量的测量值。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于测量地面、植被和雪的水含量的装置和方法
本专利技术涉及一种用于测量地面、植被和雪的水含量的装置和方法。特别地，本专利技术涉及一种用于大规模测量地面、植被和雪的水含量的装置和方法。
技术介绍
众所周知，可以通过使用不同类型的装置来进行水含量测量。例如，通过使用电磁类型的准时探测器(punctualprobe)的地面水含量的测量是已知的，从中可以获得与大约一个dm3(立方分米)的地形体积有关的指示。还存在采用遥感并使用源自卫星或无人机的图像的系统。检测到的信息与从气象站或其他提供气候学相关数据库的中心提供的信息，然后通过数学模型进行相关。还已知一些尝试应用基于由宇宙射线在地面上诱发的环境中子的测量的技术。事实上，已经表明中子流与地面、植被和雪的平均水含量之间存在相当明显的相关性。众所周知，超热的和慢的(0.5eV-1keV)之间的能量中子的产生定期受到氢气存在的影响，而氢气又与水含量直接相连。这些信息经过数学模型的适当处理，可以满足实时(每小时到每天的频率)了解耕地、雪和植被的水可用性状况的需要。此外，这种测量提供了扩展到几公顷的区域和大约50-60厘米深度的平均信息。作者Schron等人在2018年的“地球科学仪器方法和数据系统”7，83-99中描述了可用于将获取的环境中子数据转换为地下水含量的数学模型的示例。迄今为止，一些类型的环境中子探测器是可用的，它们适用于这种类型的应用。当前的探测器基于气体检测技术(例如，氦-3(Helium-3)、硼-10(Boron-10))，这意味着高生产和销售价格，可能不会下降，而是会增加。此类探测器针对研究进行了优化，而不是在农业和/或环境监测中持续使用。由于这些原因，这些类型的探测器目前仅用于科学研究项目。
技术介绍
虽然被采用和被理解，但因此并非没有缺点。例如，在使用电磁探测器进行准时测量的情况下，需要非常大量的探测器来监测具有高度不均匀性的成百上千的耕地公顷或土地，有效地使得监测不经济。在遥感的情况下，限制是由于几个方面，包括：-卫星图像的定义周期性(在高分辨率图像的情况下，每周大约一张图像，低)以及此类图像被云局部遮挡的可能性；-使用无人机进行检测的法律和实际限制；-难以将从图像中提取的信息与对植被实际可用的地面水含量相关。在植物生长过程中，航拍图像在最好的情况下主要评估植被的状态，但无法直接访问下层地面的情况，并且无论如何，信息仅涉及地面的前几厘米。最后，在测量环境中子的已知系统的情况下，事实上，这些系统太昂贵而不具有经济优势。此外，环境中子流除了地面的湿度外，还取决于宇宙射线的入射流，其根据地理位置、一年中的时间和局部天气条件而变化。已知类型的环境中子探测器利用世界各地一些研究中心提供的数据。然而，这些数据的使用不是很精确，因为它可能在数百公里外被检测到，并且不以任何方式保证其可用性，因为这些数据是任凭研究中心使之可得到。
技术实现思路
因此，认为需要解决上述关于
技术介绍
的缺点和限制。因此，认为需要提供一种用于测量水含量的装置，其相对于
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系统更可靠，但同时更便宜。此外，认为需要提供一种用于测量地面、植被和雪的水含量的装置，该装置能够提供与相当大的区域有关的可靠数据。此外，认为需要提供一种用于测量地面和植被的水含量的装置和方法，其适于在农业中用于所谓的精确灌溉。通过根据权利要求1的用于测量地面、植被和雪的水含量的装置以及根据权利要求16的用于测量地面、植被和雪的水含量的方法来满足这种需求。附图说明本专利技术的进一步特征和优点将从其指示性和非限制性实施例的以下描述中变得更加明显，其中：图1示意性地示出了根据本专利技术的用于测量地面水含量的装置；图2示意性地示出了根据本专利技术的用于测量地面水含量的装置的替代实施例；图3以局部分解图示意性地示出了根据本专利技术的装置的一些部件；图4和图5示意性地示出了根据本专利技术的装置的部件的侧视图和前视图；图6示意性地示出了根据本专利技术的装置的一些部件；和图7以局部分解图示意性地示出了图5的装置的一些部件。具体实施方式下面描述的实施例中的共同元件或元件的部分将用相同的附图标记表示。图1示意性地整体示出了用于测量地面、植被和雪的水含量的装置(下文中也称为装置)，其用附图标记12表示。装置12包括至少一个适于测量入射到地面的宇宙射线流的第一模块20和至少一个适于测量环境中子流的第二模块40。该装置还包括连接到至少一个第一模块20和至少一个第二模块40的控制单元60。控制单元60适于处理至少一个第一模块20和至少一个第二模块40的测量值，以确定水含量的测量值。特别地，装置12特别适于测量地面、植被或雪的水含量。根据一个可能的实施例，第一模块20包括第一模块闪烁体202和至少一个第一模块光度计204，其适于测量由第一模块闪烁体202发射的光。众所周知，闪烁体是一种材料，当它被高能光子或带电粒子穿过时，并且因此也被宇宙射线的入射流穿过时，能够在可见光或紫外光谱中发射光脉冲。为了测量入射宇宙射线的流量，通过检测高能中子[E>2MeV]、质子和μ介子，发现使用塑料闪烁体是特别有利的。例如，这种类型的闪烁体是由EljenTechnology以名称EJ-200销售的闪烁体。根据可能的实施例，适于测量由第一模块闪烁器202发射的光的至少一个第一模块光度计204可以是硅光电倍增管，也称为SiPM(硅光电倍增管)。众所周知，硅光电倍增管直接由层状硅结构制成，在该层状硅结构上，由微型元件阵列构成的矩阵被布置在硅衬底上。每个微型元件是一个单光子雪崩光电二极管(或APD)。SiPM型光电倍增管具有的体积、重量、消耗率和价格比具有真空管的传统光电倍增管低得多。从机械角度来看，它们也非常坚固，并且不需要光电倍增管典型的高压电源(约1000V)。如下文将解释的，入射宇宙射线流的测量用于相对于宇宙射线入射流的变化来归一化环境中子的测量值。根据本专利技术的可能的实施例，至少一个第二模块40包括：至少部分地由闪烁体制成的第一片402和第二片404；以及插入在第一片402和第二片404之间的光导406。第二模块40还包括至少一个第二模块光度计408、410，其适于测量由光导406传送的光。根据可能的实施例，第二模块40提供聚乙烯涂层412、414的使用。涂层可包括下片412和上片414，至少部分地覆盖第一片402和第二片404。制成涂层的聚乙烯可以是高密度或低密度的，并且可以具有在1至10cm之间变化的厚度。涂层的功能是缓和环境中子的能量。第一片402和第二片404可以包括在硅酮基基质中的闪烁体晶体。有利地，第一片402和第二片404可以包括在硅酮基基质中的闪烁体晶体和基于锂的晶体(例如，富集的Li-6)或基于硼的晶体(例如，富集的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于测量地面、植被和雪的水含量的装置(12)，包括：/n-至少一个第一模块(20)，适于测量源自宇宙射线与大气高层相互作用的高能中子、质子和μ介子的流；/n-至少一个第二模块(40)，适用于测量超热的和慢的之间的环境中子流；和/n-控制单元(60)，连接到所述至少一个第一模块(20)和所述至少一个第二模块(40)；/n其中，所述控制单元(60)适于处理所述至少一个第一模块(20)和所述至少一个第二模块(40)的测量值以确定地面、植被和雪的水含量的测量值。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20190104 IT 1020190000000761.一种用于测量地面、植被和雪的水含量的装置(12)，包括：
-至少一个第一模块(20)，适于测量源自宇宙射线与大气高层相互作用的高能中子、质子和μ介子的流；
-至少一个第二模块(40)，适用于测量超热的和慢的之间的环境中子流；和
-控制单元(60)，连接到所述至少一个第一模块(20)和所述至少一个第二模块(40)；
其中，所述控制单元(60)适于处理所述至少一个第一模块(20)和所述至少一个第二模块(40)的测量值以确定地面、植被和雪的水含量的测量值。


2.根据权利要求1所述的装置(12)，其特征在于，所述第一模块(20)包括：第一模块闪烁体(202)；和至少一个第一模块光度计(204)，其适于测量由第一模块闪烁体(202)发出的光。


3.根据权利要求2所述的装置(12)，其特征在于，所述第一模块闪烁体(202)是塑料闪烁体。


4.根据权利要求2-3中任一项所述的装置(12)，其特征在于，适于测量由第一模块闪烁体(202)发射的光的所述至少一个第一模块光度计(204)是硅光电倍增管。


5.根据前述权利要求中任一项所述的装置(12)，其特征在于，所述第二模块(40)包括：至少部分地由闪烁体制成的第一片(402)和第二片(404)；被插入在所述第一片(402)和所述第二片(404)之间的光导(406)；所述第二模块(40)还包括至少一个第二模块光度计(408、410)，其适于测量由所述光导(406)传送的光。


6.根据前述权利要求中任一项所述的装置(12)，其特征在于，所述第二模块(40)提供聚乙烯涂层(412、414)的使用，用于缓和环境中子的能量的目的。


7.根据权利要求5-6中任一项所述的装置(12)，其特征在于，所述第一片(402)和所述第二片(404)包括硅酮基基质中的闪烁体晶体。


8.根据权利要求5-7中任一项所述的装置(12)，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：L·斯泰凡那托，M·兰那顿，S·莫雷托，C·L·丰塔那，
申请(专利权)人：帕多瓦大学，
类型：发明
国别省市：意大利;IT