一种低阻尼土壤波感知技术装置，土壤中的根系在生长过程中，会挤压土壤产生土壤断裂等产生土壤振动波；探测这种波可以观察到土壤中根系生长的过程，是研究土壤生态与土壤中技术应用的手段；低阻尼波接收矩阵天线技术是土壤中振动波的有效接收装置；一种低阻尼土壤波感知技术装置由土壤接触面材料、波转换柱、压电陶瓷组成，并形成矩阵排列，矩阵呈现双排六列，压电陶瓷片出来电信号，进入锁存器，并由同步计时器完成信号数据存储；信号存储格式由时间片与信号数据组成；信号数据进入处理器，生成以时间片为基础的“感知数据图像”。。。
【技术实现步骤摘要】
一种低阻尼土壤波感知技术装置
[0001]农业传感器与测量仪器领域，用于检测土壤破裂形成的振动波特征，定位发现植物根系发育、土壤中昆虫移动、土壤温度影响下的断裂等现象，是被动式波事件扫描检测定位技术。
技术介绍
[0002]传统破坏式土壤传感器，主要有机电式[1]、光机电式[2]、雷达式[3]以及实验室法[4]，都不能实时发现土壤中的事件发生。本专利技术通过土壤破裂振动波的探测，实现定位破裂波位置的方法，通过提取波特征与位置数据，形成土壤破裂波定位感知。土壤破裂波振动频率在10Hz到2KHz之间，而造成土壤破裂的事件包括根生长（低频）、昆虫移动（低中频）、咬切（中高频）、气泡压迫（窄频）等。通过对连续事件的时间定位可实现土壤中生态系统观察，为研究土壤现象与农田墒情、病虫害提供了直观方法。
[0003]【参考文献】[1] Whelan B，Sun Y，Zeng Q，et al．Paddock
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scale draught resist ance and soil moisture measurement in Australia using a tine based force/capacitance sensing system．Proceedings of the 1st Global Workshop on High Resolution Digital Soil Sensing and Mapping，held under the auspices of the International Union of Soil Sciences(IUSS)，Working Group on Digital Soil Mapping， Sydney，Australia，5
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8 February 2008.[2] Adamchuk V I．Development of on
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the
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go soil sensor systems 2008．Proceedings of the 1st Global Workshop on High Resolu tion Digital Soil Sensing and Mapping，held under the auspices of the International Union of Soil Sciences(IUSS)，Working Group on Digital Soil Mapping，Sydney，Australia，5
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8 February 2008.[3]专利《一种基于超宽带雷达的土壤含水量测量方法》，CN104062654B.[4]专利《一种土壤根系成像监测仪》（在审），CN110441303A。
技术实现思路
[0004]土壤中的根系在生长过程中，会挤压土壤产生土壤断裂等产生土壤振动波；探测这种波可以观察到土壤中根系生长的过程，是研究土壤生态与土壤中技术应用的手段，低阻尼波接收矩阵天线技术是土壤中振动波的有效接收装置；一种低阻尼土壤波感知技术装置由土壤接触面材料、波转换柱、压电陶瓷组成，并形成矩阵排列，矩阵呈现双排六列，压电陶瓷片出来电信号，进入锁存器，并由同步计时器完成信号数据存储；信号存储格式由时间片与信号数据组成；信号数据进入处理器，生成以时间片为基础的“感知数据图像”；（图1）一个土壤振动波接收传感器示意图；感知伸杆用于插入土壤与土壤产生尽
可能大的接触面积，并形成稳定的接触面；土壤振动波传入感知伸杆后沿转换球冠体，耦合到压力陶瓷片上，并由机械振动波产生电信号；电信号由导线输导线输出；（图2）为土壤振动波接收传感器机械结构尺寸示意图；导线输出的信号E101，经过窄带放大器E102后，用滤波器E103与峰值检波器E104检测出信号输出，并经过脉宽度发生器E105开启取样窗口（时间）对应编码E106输出当前时间片数据，形成传感数据单元E107；其中窄带放大器E102采用最大值（敏感）增益信号捕获电路完成，当前捕获数据为10
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50ms一个周期，形成传感数据值；完整传感值由当时时间片、增益、ID以及传感数据单元组成，传感单元格式表示为｛时间片（周期）、本次增益、感知设备ID，传感数据单元｝，实例电路（图3）所示：土壤波传感器矩阵单行8单元，由8个位置id确定的相同传感器单元组成；传感器在接收到土壤振动波信号后，形成｛接收时间，接收位置（ID脚），数据（信号）｝的一帧数据，并经过处理器输出，形成传感器功能；土壤波传感器矩阵单行8单元测距原理（图4）当8 个土壤波接收器Xi(i=1,2,3,4,5,6,7,8)接收到信号时，锁存器A201在处理器A203控制下，每0.5秒锁存一下来自每个Xi接收的数据，经过数据总线A202发送到数据处理器，并持续5毫秒的建立本接收器Xi的数据帧；数据帧分背景帧与事件帧二类；由于触发事件帧的振动波到达接收器X的延迟，当其中最先出现事件帧时开始计时t1(=5ms)（如图中X2），到其它接收器(X1、X3)也收t2(=60ms)到并形成事件帧时，所形成的时间差Δt与波在土壤中传播速度v(=0.997米/毫秒)，即可知事件发生的距离S与方向θ（接收器方向）；公式：S=(t2
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t1)*v=(60
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5)*0.997=54.835米θ在接收器指向方向；每个单元的数据包含接收时间与本接收位置，源波到达时强度特征φ是与路径相关的衰减产生的，但特征具有分辨性。通过收信号帧（谱）的时间与位置确定“信号特征的对象唯一”的算法，确定不同信号特征的“对象”描述稳定性ID。这个ID可以形成包括根系特征、昆虫运动等的轨迹（图5）。
附图说明
[0005]图1 土壤振动波接收传感器示意图；图2 机械尺寸示意图；图3 前端信号处理电路；图4 土壤波信号获取电路框架；图5 探测波测距帧图定义；图6 装置在测试监听土壤中的进入方式。
具体实施方式
[0006]分二个步骤完成：
1、所构成的感知面（感知伸杆所在曲面）压入土壤，并如图6所示填充压实；2、开启使用。
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【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种低阻尼土壤波感知技术装置，通过构造与土壤紧密接触的互感结构101、102，使用转换器件103、104形成振动波转换为电信号，并通过前端信号处理电路，形成本单元接收器，输出信号。通过设定多个（如8个）此类单元接收器排列成行Xi，使用土壤波信号获取电路，形成土壤振动波（称事件）的信号帧，并通过帧的背景（噪声）帧A01与事件帧B01识别电路，通过公式计算土壤振动波的源位置，并用距离S与方向角度θ表达。2.根据权利要求1所述的土壤紧密接触的互感结构101、102，其特征是使用感知伸杆101与球冠102一体的结构形式，与相应机械尺寸图2。3.根据权利要求1所述的转换电路形成振动波转换为电信号103、104、105，其特征是包含压电陶瓷器件的位置金属面103与球冠连接、陶瓷面103直接导线输出的方法。4.根据权利要求1所述的前端信号处理电路，其特征是包含电路拓扑顺序{E101，E102，E103，E104，E105，E106，E107，E10...
【专利技术属性】
技术研发人员：请求不公布姓名，
申请(专利权)人：安徽青囊科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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