低频声波远距离土壤含水率测量系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种低频声波远距离土壤含水率测量系统及方法，系统包括：远程控制模块、低频旋笛模块、亥姆霍兹式声波放大模块、远程数据通讯模块与数据处理模块；低频旋笛模块用于发出低频声波信号；远程控制模块用于控制低频旋笛模块发出低频声波信号，并将低频声波信号采集后发送低频声波数字信号至远程数据通讯模块；亥姆霍兹式声波放大模块用于接收低频声波信号并进行放大处理后采集输出放大低频声波数字信号至数据处理模块；数据处理模块用于根据低频声波数字信号与放大低频声波数字信号得到声学变化量数据；远程数据通讯模块用于将声学变化量数据发送至终端设备，通过终端设备计算出土壤含水率。本发明专利技术实现了远距离测量土壤含水量。量土壤含水量。量土壤含水量。

【技术实现步骤摘要】
低频声波远距离土壤含水率测量系统及方法


[0001]本专利技术涉及土壤检测领域，尤其涉及一种低频声波远距离土壤含水率测量系统及方法。

技术介绍

[0002]随着农业精细化发展，农业生产对土壤含水率的检测方式有了更高的要求，传统土壤含水率检测方式如电阻法、电容法(包括时域法、频域法)以及光谱法等方式大部分为点位或取样测量，上述方法一定程度上反映了取样、测量位置土壤含水率的大小，但严格来讲这些点位、取样测量方式反映土壤含水率有一定局限性。其测量结果受采样点位置分布、地势高低、土壤结构特点等因素影响，在实际应用过程中为达到较为精确的测量目的需要很多测量点位，或需要依据不同土壤结构及成分分布进行采样点分布规划。
[0003]特别是在一些特殊领域中，如沼泽、湿地地质勘察、特殊地理环境土壤含水率的检测等情景下，点位法、取样法等土壤含水率检测方式存在装置设备安装困难、测量方式不合理的问题。
[0004]因此，现有技术还有待于改进和发展。

技术实现思路

[0005]鉴于上述现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种低频声波远距离土壤含水率测量系统及方法，以解决现有土壤含水率测量采用点位法、取样法的测量方式具有一定局限性，以及在一些特殊领域存在装置设备安装困难、测量方式不合理的问题。
[0006]本专利技术的技术方案如下：
[0007]一种低频声波远距离土壤含水率测量系统，与终端设备连接，其包括：远程控制模块、低频旋笛模块、亥姆霍兹式声波放大模块、远程数据通讯模块与数据处理模块；其中，
[0008]所述低频旋笛模块与所述远程控制模块连接，用于发出低频声波信号；
[0009]所述远程控制模块分别与所述低频旋笛模块以及所述远程数据通讯模块连接，用于控制所述低频旋笛模块发出低频声波信号，并将所述低频声波信号采集为低频声波数字信号发送至所述远程数据通讯模块；
[0010]所述亥姆霍兹式声波放大模块与所述数据处理模块连接并与所述低频旋笛模块相对设置，用于接收所述低频声波信号并对所述低频声波信号进行放大处理后采集输出放大低频声波数字信号至所述数据处理模块；
[0011]所述数据处理模块分别与所述亥姆霍兹式声波放大模块以及所述远程数据通讯模块连接，用于根据所述低频声波信号与所述放大低频声波信号得到声学变化量数据；
[0012]所述远程数据通讯模块分别与所述数据处理模块以及终端设备连接，用于将所述声学变化量数据发送至终端设备，通过终端设备计算出土壤含水率；其中，所述声学变化量数据包括声速、衰减率和波形形变量。
[0013]本专利技术进一步地设置，所述低频声波远距离土壤含水率测量系统还包括：第一太
阳能电源模块与第二太阳能电源模块；其中，
[0014]所述第一太阳能电源模块分别与所述远程控制模块以及所述低频旋笛模块连接，用于为所述远程控制模块与所述低频旋笛模块供电；
[0015]所述第二太阳能电源模块分别与所述数据处理模块以及所述远程数据通讯模块连接，用于为所述数据处理模块以及所述远程数据通讯模块供电。
[0016]本专利技术进一步地设置，所述远程控制模块包括：第一声波接收采集单元、调节单元与无线通讯单元；其中，
[0017]所述第一声波接收采集单元用于将所述低频旋笛模块发出的低频声波信号采集为低频声波数字信号；
[0018]所述无线通讯单元与所述第一声波接收采集单元连接，用于将所述低频声波数字信号分别发送至所述远程数据通讯模块与终端设备；
[0019]所述调节单元用于调节所述低频声波信号的频率和声强。
[0020]本专利技术进一步地设置，所述低频旋笛模块包括：壳体、驱动电机、发声腔、旋转部件与扩音部件；
[0021]所述旋转部件设置在所述壳体内，用于通过切割空气产生声波；
[0022]所述驱动电机设置在所述壳体上，并与所述发声腔连接，用于控制所述发声腔发出不同频率、不同强度的声波；
[0023]所述扩音部件与所述发声腔连通，用于将声波进行扩音传导。
[0024]本专利技术进一步地设置，所述亥姆霍兹式声波放大模块包括：亥姆霍兹式声波放大器和第二声波接收采集单元；其中，
[0025]所述亥姆霍兹式声波放大器与所述第二声波接收采集单元连接，用于将所述低频声波信号进行放大并输出放大低频声波信号至所述第二声波接收采集单元；
[0026]所述第二声波接收采集单元与所述数据处理模块连接，用于接收所述放大低频声波信号并采集为放大低频声波数字信号输出至所述数据处理模块。
[0027]本专利技术进一步地设置，所述亥姆霍兹式声波放大器为具有管状开口的空腔腔体结构，与所述第二声波接收采集单元连接后形成空腔结构；其中，所述空腔腔体结构的体积的大小、所述管状开口的长度与所述放大低频声波信号的频率呈负相关关系，所述管状开口的大小与所述放大低频声波信号的频率呈正相关关系。
[0028]本专利技术进一步地设置，所述空腔结构中填充有耦合介质；所述空腔腔体结构的管状开口处设置有用于将所述耦合介质与外界隔离的网状透声布。
[0029]本专利技术进一步地设置，所述数据处理模块包括：滤波降噪处理单元、过零检测单元、幅值检测单元以及存储及输入输出单元；其中，
[0030]所述滤波降噪处理单元对所述数字信号进行低频及高频滤波处理；
[0031]所述过零检测单元对所述数字信号进行相位特征的提取和保存；
[0032]所述幅值检测单元对所述数字信号进行幅值特征的提取和保存；
[0033]所述处理单元用于根据所述相位特征与所述幅值特征得到所述声学变化量数据；
[0034]所述存储及输入输出单元用于对所述声学变化量数据进行存储并输出至所述远程数据通讯模块。
[0035]本专利技术进一步地设置，所述第一太阳能电源模块包括：第一光伏电板与第一蓄电
池；其中，
[0036]所述第一光伏电板与所述第一蓄电池连接，用于将太阳能转换为电能；
[0037]所述第一蓄电池用于对电能进行存储，并分别与所述远程控制模块以及所述低频旋笛模块连接，用于为所述远程控制模块与所述低频旋笛模块供电；
[0038]所述第二太阳能电源模块包括：第二光伏电板与第二蓄电池；其中，
[0039]所述第二光伏电板与所述第二蓄电池连接，用于将太阳能转换为电能；
[0040]所述第二蓄电池用于对电能进行存储，并分别与所述数据处理模块以及所述远程数据通讯模块连接，用于为所述数据处理模块以及所述远程数据通讯模块供电。
[0041]基于同样的专利技术构思，本专利技术还提供了一种应用于上述所述的低频声波远距离土壤含水率测量系统的低频声波远距离土壤含水率测量方法，其包括：
[0042]远程控制模块根据终端设备的信号指令控制低频旋笛模块发出一定频率和声强的低频声波信号；
[0043]远程控制模块接收所述低频声波信号并采集发送低频声波数字信号至远程数据通讯模块并经所述远程数据通讯模块传输至数据处理模块本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低频声波远距离土壤含水率测量系统，与终端设备连接，其特征在于，包括：远程控制模块、低频旋笛模块、亥姆霍兹式声波放大模块、远程数据通讯模块与数据处理模块；其中，所述低频旋笛模块与所述远程控制模块连接，用于发出低频声波信号；所述远程控制模块分别与所述低频旋笛模块以及所述远程数据通讯模块连接，用于控制所述低频旋笛模块发出低频声波信号，并将所述低频声波信号采集为低频声波数字信号发送至所述远程数据通讯模块；所述亥姆霍兹式声波放大模块与所述数据处理模块连接并与所述低频旋笛模块相对设置，用于接收所述低频声波信号并对所述低频声波信号进行放大处理后采集输出放大低频声波数字信号至所述数据处理模块；所述数据处理模块分别与所述亥姆霍兹式声波放大模块以及所述远程数据通讯模块连接，用于根据所述低频声波数字信号与所述放大低频声波数字信号得到声学变化量数据；所述远程数据通讯模块分别与所述数据处理模块以及终端设备连接，用于将所述声学变化量数据发送至终端设备，通过终端设备计算出土壤含水率；其中，所述声学变化量数据包括声速、衰减率和波形形变量。2.根据权利要求1所述的低频声波远距离土壤含水率测量系统，其特征在于，还包括：第一太阳能电源模块与第二太阳能电源模块；其中，所述第一太阳能电源模块分别与所述远程控制模块以及所述低频旋笛模块连接，用于为所述远程控制模块与所述低频旋笛模块供电；所述第二太阳能电源模块分别与所述数据处理模块以及所述远程数据通讯模块连接，用于为所述数据处理模块以及所述远程数据通讯模块供电。3.根据权利要求1所述的低频声波远距离土壤含水率测量系统，其特征在于，所述远程控制模块包括：第一声波接收采集单元、调节单元与无线通讯单元；其中，所述第一声波接收采集单元用于将所述低频旋笛模块发出的低频声波信号采集为低频声波数字信号；所述无线通讯单元与所述第一声波接收采集单元连接，用于将所述低频声波数字信号分别发送至所述远程数据通讯模块与终端设备；所述调节单元用于调节所述低频声波信号的频率和声强。4.根据权利要求1所述的低频声波远距离土壤含水率测量系统，其特征在于，所述低频旋笛模块包括：壳体、驱动电机、发声腔、旋转部件与扩音部件；所述旋转部件设置在所述壳体内，用于通过切割空气产生声波；所述驱动电机设置在所述壳体上，并与所述发声腔连接，用于控制所述发声腔发出不同频率、不同强度的声波；所述扩音部件与所述发声腔连通，用于将声波进行扩音传导。5.根据权利要求1所述的低频声波远距离土壤含水率测量系统，其特征在于，所述亥姆霍兹式声波放大模块包括：亥姆霍兹式声波放大器和第二声波接收采集单元；其中，所述亥姆霍兹式声波放大器与所述第二声波接收采集单元连接，用于将所述低频声波信号进行放大并输出放大低频声波信号至所述第二声波接收采集单元；
所述第二声波接收采集单元...

【专利技术属性】
技术研发人员：聂晶，宋康乐，王康，吕林泽，王念怡，王祎，宋鹏翔，蒋家顺，陈继国，刘长国，袁亦辰，
申请(专利权)人：石河子大学，
类型：发明
国别省市：