本发明专利技术公开了一种融合土壤容重的土壤含水率超声波检测装置及方法，装置包括土壤容器和可调升降台；所述可调升降台包括双头螺杆、锁止螺栓、上支撑平台、夹持板、左限位螺栓、右限位螺栓、下支撑平台、下螺孔、上螺孔、红外感知模块和位置感知模块；所述上支撑平台、夹持板与下支撑平台通过双头螺杆连接；所述双头螺杆通过锁止螺栓锁紧；所述夹持板的前端设置有与土壤容器相匹配的夹持部，并通过左限位螺栓、右限位螺栓对土壤容器进行固定；所述红外感知模块设置在夹持板上；所述位置感知模块设置在所述夹持板后端。本发明专利技术利用声速及土壤容重双参数来反演修正土壤含水量模型，具有计算速度快，应用范围广的特点。应用范围广的特点。应用范围广的特点。
【技术实现步骤摘要】
一种融合土壤容重的土壤含水率超声波检测装置与方法
[0001]本专利技术涉及土壤含水率的监测领域，具体涉及一种融合土壤容重的土壤含水率超声波检测装置与方法。
技术介绍
[0002]土壤水分是土壤中最重要的组成部分之一，在土壤形成过程中起着极其重要的作用，参与许多土壤物质转化过程，是作物吸收水分的主要来源。土壤容重是另一个重要的土壤参数。用不同的土壤压实指标表征了土壤容重和颗粒密度。在长期的土壤水分监测中，如果只考虑含水率的变化而忽略容重的变化，将严重影响土壤水分的测量和土壤水分运动参数的预测精度。目前，测量土壤水分的方法很多。传统的干燥质量方法能够准确测量不同深度的土壤水分信息，但测量过程复杂，且检测结果不能实时获得。相比之下，常用的测量方法如遥感等不测量表层土壤含水量，相应的测量设备也比较昂贵。此外，介电性质法的测量结果受土壤介电性质的影响较大，在相应的测量过程中土壤会遭到破坏。
技术实现思路
[0003]本专利技术的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种融合土壤容重的土壤含水率超声波检测装置与方法，本专利技术的装置可同时测量土壤容重、测量土壤相关声参量数据时探头只需贴合土壤表面，对土壤结构不具破坏性，且结合红外线感知模块以及位置感知模块精确得到辅助参数，准确得出测量结果并修正。
[0004]为了达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0005]本专利技术提供了一种融合土壤容重的土壤含水率超声波检测装置，包括土壤容器和可调升降台；所述可调升降台包括双头螺杆、锁止螺栓、上支撑平台、夹持板、左限位螺栓、右限位螺栓、下支撑平台、下螺孔、上螺孔、红外感知模块和位置感知模块；所述上支撑平台、夹持板与下支撑平台通过双头螺杆连接；所述双头螺杆通过锁止螺栓锁紧；所述夹持板的前端设置有与土壤容器相匹配的夹持部，并通过左限位螺栓、右限位螺栓对土壤容器进行固定；所述红外感知模块设置在夹持板上，用于集检测环境的温度并记录，并将采集到的温度数据通过温度补偿修正含水率模型；所述位置感知模块设置在所述夹持板后端，用于感知所述上支撑平台通过所述双头螺杆移动时与所述夹持板之间的距离，根据该距离得出接收换能器与发射换能器之间的测量距离，从而计算测试土壤体积。
[0006]作为优选的技术方案，所述土壤容器为圆柱形土壤容器。
[0007]作为优选的技术方案，所述上支撑平台、夹持板、下支撑平台的宽度相同且相互平行。
[0008]作为优选的技术方案，所述上支撑平台设有第一锥形孔，所述第一声锥形孔用于放置波测量仪的发射换能器，发射换能器的传输线通过上支撑平台内部的第一贯通孔进行传递，最后传输线经由夹持板上的第二贯通孔传递出去与声波测量仪的发射孔连接。
[0009]作为优选的技术方案，所述下支撑平台上设有第二锥形孔，所述第二锥形孔用于
放置声波测量仪的接收换能器，接收换能器的传输线通过下支撑平台的槽孔进行传递，最后传输线经由经由夹持板上的第二贯通孔传递出去与声波测量仪的接收孔连接。
[0010]作为优选的技术方案，所述土壤容器下端带外螺纹，所述外螺纹与螺纹盖相匹配。
[0011]本专利技术另一方面提供了一种融合土壤容重的土壤含水率超声波检测装置的检测方法，包括下述步骤：
[0012]分别取不同质地的风干土壤样本，根据农田中所测得的原始紧实度分别对土样进行压实，按照计算所得的需要的含水量分别对不同质地的土样加水，在室温条件下保存设定时长，以使土样充分湿润；
[0013]测试声参量时，将土样容器的螺旋盖旋开，采用所述的融合土壤容重的土壤含水率超声波检测装置，将超声波的接发探头分别装入所述装置锥形孔中，并将超声波换能器的接收探头与土样表面紧密贴合，上表面与发射换能器的探头贴合，通过位置感知模块得知接收探头和发射探头之间的距离，测得土壤的容重值；
[0014]对不同含水量的土样进行声波测试，获取土壤含水量与声波速度的关系数据，建立考虑土壤容重的土壤含水量与超声波速度之间的含水量声速模型，并利用红外线温度感知模块测得温度，建立温度与超声波声参量的温度补偿模型，对土壤含水率模型进行修正；将建立的含水量反演模型对农田实际土壤进行声波检测以及测量土壤容重值，获得与土壤含水量信息相关声波速度及土壤容重信息，结合含水量反演模型获得土壤含水量信息。
[0015]作为优选的技术方案，所述获取土壤含水量与声波速度的关系数据，建立考虑土壤容重的土壤含水量与超声波速度之间的含水量声速模型，并利用红外线温度感知模块测得温度，建立温度与超声波声参量的温度补偿模型，对土壤含水率模型进行修正，具体为：
[0016]超声波发射探头和超声波接收探头分别与土样表面紧密贴合，启动超声波测量仪器，通过超声波发射探头向测试土样发射超声波，再通过超声波接收探头接收穿过测试土样的超声波，声波在土壤中传播时，因土壤的水分的差异会使声波传播路径发生影响，接收到的首波速度即反映了这种影响；再根据红外线温度感知模块实时监测的温度值，利用声参量与温度值的关系数据建立数学模型，用以对土壤含水率模型的修正。
[0017]作为优选的技术方案，所述将建立的含水量反演模型对农田实际土壤进行声波检测以及测量土壤容重值，获得与土壤含水量信息相关声波速度及土壤容重信息，结合含水量反演模型获得土壤含水量信息，具体为：
[0018]选择不同灌溉管理模式下的土壤来验证土壤含水率估计模型，取田间实际土壤对土壤的容重值、压力值进行测量，利用所述融合土壤容重的土壤含水率超声波检测装置对土壤进行声波测量，超声波发射探头和超声波接收探头分别与土样表面紧密贴合，启动超声波测量仪器，通过超声波发射探头向测试土样发射超声波，再通过超声波接收探头接收穿过测试土样的超声波，接收到的首波速度以及红外线模块感知的温度代入温度修正的含水率模型，反演得出实际土壤的含水率值。
[0019]作为优选的技术方案，密封保存设定时间为24小时。
[0020]本专利技术与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：
[0021](1)本专利技术是利用声速及土壤容重双参数来反演修正土壤含水量模型，具有计算速度快，应用范围广的特点。
[0022](2)本专利技术的装置还可同时测量土壤容重，测量土壤相关声参量数据时探头只需
贴合土壤表面，对土壤结构不具破坏性，且结合红外线感知模块以及位置感知模块精确得到辅助参数，准确得出测量结果并修正，具有可重复、复合测量、无损检测以及具有实用价值的特点。
附图说明
[0023]图1为本专利技术融合土壤容重的土壤含水率超声波检测装置的结构示意图；
[0024]图2为本专利技术融合土壤容重的土壤含水率超声波检测装置的右视图；
[0025]图3为本专利技术融合土壤容重的土壤含水率超声波检测装置的主视图。
[0026]附图标号说明：
[0027]1‑
锁止螺栓、2
‑
双头螺杆、3
‑
上支撑平台、4
‑
第一贯通孔、5
‑
第一锥形孔本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种融合土壤容重的土壤含水率超声波检测装置，其特征在于，包括土壤容器和可调升降台；所述可调升降台包括双头螺杆、锁止螺栓、上支撑平台、夹持板、左限位螺栓、右限位螺栓、下支撑平台、下螺孔、上螺孔、红外感知模块和位置感知模块；所述上支撑平台、夹持板与下支撑平台通过双头螺杆连接；所述双头螺杆通过锁止螺栓锁紧；所述夹持板的前端设置有与土壤容器相匹配的夹持部，并通过左限位螺栓、右限位螺栓对土壤容器进行固定；所述红外感知模块设置在夹持板上，用于集检测环境的温度并记录，并将采集到的温度数据通过温度补偿修正含水率模型；所述位置感知模块设置在所述夹持板后端，用于感知所述上支撑平台通过所述双头螺杆移动时与所述夹持板之间的距离，根据该距离得出接收换能器与发射换能器之间的测量距离，从而计算测试土壤体积。2.根据权利要求1所述一种融合土壤容重的土壤含水率超声波检测装置，其特征在于，所述土壤容器为圆柱形土壤容器。3.根据权利要求1所述一种融合土壤容重的土壤含水率超声波检测装置，其特征在于，所述上支撑平台、夹持板、下支撑平台的宽度相同且相互平行。4.根据权利要求1所述一种融合土壤容重的土壤含水率超声波检测装置，其特征在于，所述上支撑平台设有第一锥形孔，所述第一声锥形孔用于放置波测量仪的发射换能器，发射换能器的传输线通过上支撑平台内部的第一贯通孔进行传递，最后传输线经由夹持板上的第二贯通孔传递出去与声波测量仪的发射孔连接。5.根据权利要求1所述一种融合土壤容重的土壤含水率超声波检测装置，其特征在于，所述下支撑平台上设有第二锥形孔，所述第二锥形孔用于放置声波测量仪的接收换能器，接收换能器的传输线通过下支撑平台的槽孔进行传递，最后传输线经由经由夹持板上的第二贯通孔传递出去与声波测量仪的接收孔连接。6.根据权利要求1所述一种融合土壤容重的土壤含水率超声波检测装置，其特征在于，所述土壤容器下端带外螺纹，所述外螺纹与螺纹盖相匹配。7.根据权利要求1
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6中任一项所述融合土壤容重的土壤含水率超声波检测装置的检测方法，其特征在于，包括下述步骤：分别取不同质地的风干土壤样本，根据农田中所测得的原始紧实度分别对土样进行压实，按照计算所得的需要的含水量分别对不同质地的土样加水，在室温条件下保存设定时长，以使土样充分湿润；测试声参量时，将土样容器的螺旋盖旋开，采用所...
【专利技术属性】
技术研发人员：李君，陈盈宜，林佩怡，叶勇，林嘉铨，凌广鑫，吴俊鹏，李泓材，伍源水，
申请(专利权)人：岭南现代农业科学与技术广东省实验室，
类型：发明
国别省市：
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