【技术实现步骤摘要】
：本专利技术涉及土壤孔隙率测量领域，特别涉及一种实地快速测量土壤孔隙率的装置及测量方法。
技术介绍
0、
技术介绍
：
1、测量土壤孔隙率是了解土壤结构和水分运动的重要手段之一。孔隙率表示土壤中的孔隙空间所占的比例，野外或者田间经常需要土壤孔隙率的数据来反应该处土壤物理特性，是土壤中可用水分和气体的重要指标，是评价土壤质量，农作物生长环境的重要影响因素，对于农业、环境保护、土壤科学研究等领域具有重要的意义。
2、常用的测量方法包括气体排空法、气体压缩法、风速法、浸润法、地电阻率法、土壤蒸发法等。这些传统测量土壤孔隙率的方法都是现场取样，带回实验室用专用设备或者方法测量。传统方法属于破坏性采样，对于采样过程要求很高，而且多少会影响土壤孔隙率测量准确性；另一方面，转运过程需要时间，会改变土壤特性，进而影响土壤孔隙率准确性；还有就是测量实验过程繁琐，如果测量大量数据，工作量很大，根本不能做到实时监测土壤参数变化。
技术实现思路
0、
技术实现思路
：
1、鉴于此，有必要设计一种实地快速测量土壤孔隙率的装置及测量方法，实现野外实时实地、快速准确测量土壤孔隙率，不破坏土壤原始形态，数据更接近野外实际情况。
2、一种实地快速测量土壤孔隙率的装置，包括：测量装置、信号处理装置和地下超声波传感器；地下超声波传感器用于在地下完成超声波的发射、超声波的接收中的至少一种，地下超声波传感器和信号处理装置电连接，信号处理装置用于控制地下超声波传感器发射超声波，或者接收
3、测量装置包括：框架、线缆、工字轮；信号处理装置设置在框架上，工字轮与框架可转动连接，线缆绕在工字轮上，线缆一端与地下超声波传感器电连接，且另一端与信号处理装置电连接；线缆从有地下超声波传感器一端为起点设置有刻度。
4、优选的，还包括地表超声波传感器，地表超声波传感器用于在地表完成超声波的发射、超声波的接收中的至少一种，地表超声波传感器和信号处理装置电连接，一个所述测量装置上设置一个地下超声波传感器和一个地表超声波传感器，地下超声波传感器通过线缆与信号处理装置电连接，地表超声波传感器通过电线直接与信号处理装置电连接；所述框架接触地面的面上设置有一贯穿孔，地下超声波传感器带着线缆穿过所述贯穿孔；所述框架还包括放置框，框架垂直于地面的面一侧设置有工字轮，且另一侧设置有两个与地表超声波传感器匹配的放置框，一个放置框使得地表超声波传感器与地面紧密接触，另一个放置框使得地表超声波传感器远离地面。
5、优选的，测量装置还包括轴杆、销轴、摇把和把手，所述框架呈u型，且框架垂直于地面的面一侧设置有垂直突出的轴杆，所述工字轮套装在轴杆上，且围绕轴杆转动，工字轮上部的框架面上设置有所述信号处理装置，与信号处理装置电连接的线缆贯穿安装有信号处理装置的框架后，嵌入固定在轴杆中，沿轴杆延伸至端部后，从内部贯穿工字轮后缠绕在工字轮上；所述工字轮靠近框架一侧设置有一圈贯穿孔，框架上有一个位置匹配的贯穿孔，销轴同时穿过工字轮上的贯穿孔和框架上的贯穿孔，将工字轮锁定；工字轮上部的框架面上铰接有把手，且所述框架面上有用于容纳把手的凹槽；工字轮远离框架一面设置有突出的摇把，用于转动工字轮。
6、优选的，测量装置还包括软管状的耦合剂添加管，耦合剂添加管与线缆并排且一侧与线缆粘黏在一起，且耦合剂添加管远离线缆一侧间隔设置有用于添加耦合剂的孔，耦合剂添加管靠近地下超声波传感器一端延伸至地下超声波传感器上部侧方。
7、优选的，所述测量装置还包括温度湿度传感器，线缆一端与温度湿度传感器电连接，且另一端与信号处理装置电连接；信号处理装置用于接收并显示温度和湿度数值。
8、一种实地快速测量土壤孔隙率的测量方法，包括：
9、标准样制作:制作不同土壤孔隙率的标准样；
10、标准样的超声波数据：使用实地快速测量土壤孔隙率的装置，测量不同土壤孔隙率的标准样，得到对应的超声波数据；
11、建立关系曲线：根据已知的标准样土壤孔隙率和测量得到的相对应的超声波数据，建立关系曲线，所述关系曲线横坐标为标准样土壤孔隙率，纵坐标为超声波数据；
12、实地测量超声波数据：实地利用超声波传感器测量土壤，得到实地实时超声波数据；
13、实地实时土壤孔隙率：根据得到的实地实时超声波数据和所述关系曲线，得到对应的实地实时土壤孔隙率。
14、优选的，在标准样的超声波数据和实地测量超声波数据步骤中，使用上述的实地快速测量土壤孔隙率的装置，具体是，在需要测量的土壤范围两个相对的边界钻需要深度的两个孔，分别将两个地下超声波传感器伸入同样深度的孔的底部，根据线缆上的刻度，记录深度，接着在孔底部注入淹没地下超声波传感器深度的耦合剂，一侧的信号处理装置控制地下超声波传感器发射高频超声波和低频超声波，另一侧信号处理装置接收、处理并显示的地下超声波传感器接收到的超声波信号，得到横波波速数据；信号处理装置接收温度湿度传感器的信号，并得到温度数据和湿度数据。
15、优选的，在标准样的超声波数据和实地测量超声波数据步骤中，使用上述的实地快速测量土壤孔隙率的装置，具体是，将两个实地表超声波传感器相对，且地表超声波传感器与地表借助耦合剂紧密接触，一侧的信号处理装置控制地表超声波传感器发射高频超声波和低频超声波，另一侧的信号处理装置接收、处理并显示地表超声波传感器接收到的超声波信号，得到纵波波速数据。
16、优选的，所述建立关系曲线步骤中，根据测得的纵波波速和横波波速，通过带入公式求得泊松比v，其中vp为纵波波速，vs为横波波速，得到已知的标准样土壤孔隙率和对应的泊松比v，再根据最小二乘法确定泊松比v与孔隙率之间的关系曲线方程。
17、优选的，所述标准样的超声波数据步骤中，使用同一粒径的颗粒物作为对应土壤孔隙率的标准样。
18、本专利技术实地快速测量土壤孔隙率的装置及测量方法，实现了野外实地实时利用超声波快速准确的测量土壤孔隙率。方法简单快捷，各种土壤环境，均可以完成土壤孔隙率测量，甚至可测量深层土壤孔隙率，不存在破坏性取样，在野外环境可以直接得到实验数据，并且数据更接近实际情况，快速准确得到当前环境下的土壤孔隙率，能得到大量不同条件下的实验数据，也可以进行土壤实时监测。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种实地快速测量土壤孔隙率的装置，其特征在于，包括：测量装置、信号处理装置和地下超声波传感器；地下超声波传感器用于在地下完成超声波的发射、超声波的接收中的至少一种，地下超声波传感器和信号处理装置电连接，信号处理装置用于控制地下超声波传感器发射超声波，或者接收、处理并显示接收到的超声波信号，或者既控制地下超声波传感器发射超声波，又接收、处理并显示接收到的超声波信号；
2.如权利要求1所述的实地快速测量土壤孔隙率的装置，其特征在于，还包括地表超声波传感器，地表超声波传感器用于在地表完成超声波的发射、超声波的接收中的至少一种，地表超声波传感器和信号处理装置电连接，一个所述测量装置上设置一个地下超声波传感器和一个地表超声波传感器，地下超声波传感器通过线缆与信号处理装置电连接，地表超声波传感器通过电线直接与信号处理装置电连接；所述框架接触地面的面上设置有一贯穿孔，地下超声波传感器带着线缆穿过所述贯穿孔；所述框架还包括放置框，框架垂直于地面的面一侧设置有工字轮，且另一侧设置有两个与地表超声波传感器匹配的放置框，一个放置框使得地表超声波传感器与地面紧密接触，另一个放置框使得地表
3.如权利要求2所述的实地快速测量土壤孔隙率的装置，其特征在于，测量装置还包括轴杆、销轴、摇把和把手，所述框架呈U型，且框架垂直于地面的面一侧设置有垂直突出的轴杆，所述工字轮套装在轴杆上，且围绕轴杆转动，工字轮上部的框架面上设置有所述信号处理装置，与信号处理装置电连接的线缆贯穿安装有信号处理装置的框架后，嵌入固定在轴杆中，沿轴杆延伸至端部后，从内部贯穿工字轮后缠绕在工字轮上；所述工字轮靠近框架一侧设置有一圈贯穿孔，框架上有一个位置匹配的贯穿孔，销轴同时穿过工字轮上的贯穿孔和框架上的贯穿孔，将工字轮锁定；工字轮上部的框架面上铰接有把手，且所述框架面上有用于容纳把手的凹槽；工字轮远离框架一面设置有突出的摇把，用于转动工字轮。
4.如权利要求1所述的实地快速测量土壤孔隙率的装置，其特征在于，测量装置还包括软管状的耦合剂添加管，耦合剂添加管与线缆并排且一侧与线缆粘黏在一起，且耦合剂添加管远离线缆一侧间隔设置有用于添加耦合剂的孔，耦合剂添加管靠近地下超声波传感器一端延伸至地下超声波传感器上部侧方。
5.如权利要求1所述的实地快速测量土壤孔隙率的装置，其特征在于，所述测量装置还包括温度湿度传感器，线缆一端与温度湿度传感器电连接，且另一端与信号处理装置电连接；信号处理装置用于接收并显示温度和湿度数值。
6.一种实地快速测量土壤孔隙率的测量方法，其特征在于，包括：
7.如权利要求6所述的实地快速测量土壤孔隙率的测量方法，其特征在于，在标准样的超声波数据和实地测量超声波数据步骤中，使用权利要求1、4、5中任意一种所述的实地快速测量土壤孔隙率的装置，具体是，在需要测量的土壤范围两个相对的边界钻需要深度的两个孔，分别将两个地下超声波传感器伸入同样深度的孔的底部，根据线缆上的刻度，记录深度，接着在孔底部注入淹没地下超声波传感器深度的耦合剂，一侧的信号处理装置控制地下超声波传感器发射高频超声波和低频超声波，另一侧的信号处理装置接收、处理并显示地下超声波传感器接收到的超声波信号，得到横波波速数据；信号处理装置接收温度湿度传感器的信号，并得到温度数据和湿度数据。
8.如权利要求7所述的实地快速测量土壤孔隙率的测量方法，其特征在于，在标准样的超声波数据和实地测量超声波数据步骤中，使用权利要求2-5中任意一种所述的实地快速测量土壤孔隙率的装置，具体是，将两个实地表超声波传感器相对，且地表超声波传感器与地表借助耦合剂紧密接触，一侧的信号处理装置控制地表超声波传感器发射高频超声波和低频超声波，另一侧的信号处理装置接收、处理并显示地表超声波传感器接收到的超声波信号，得到纵波波速数据。
9.如权利要求6所述的实地快速测量土壤孔隙率的测量方法，其特征在于，所述建立关系曲线步骤中，根据测得的纵波波速和横波波速，通过带入公式求得泊松比v，其中Vp为纵波波速，Vs为横波波速，得到已知的标准样土壤孔隙率和对应的泊松比v，再根据最小二乘法确定泊松比v与孔隙率之间的关系曲线方程。
10.如权利要求6所述的实地快速测量土壤孔隙率的测量方法，其特征在于，所述标准样的超声波数据步骤中，使用同一粒径的颗粒物作为对应土壤孔隙率的标准样。
...【技术特征摘要】
1.一种实地快速测量土壤孔隙率的装置，其特征在于，包括：测量装置、信号处理装置和地下超声波传感器；地下超声波传感器用于在地下完成超声波的发射、超声波的接收中的至少一种，地下超声波传感器和信号处理装置电连接，信号处理装置用于控制地下超声波传感器发射超声波，或者接收、处理并显示接收到的超声波信号，或者既控制地下超声波传感器发射超声波，又接收、处理并显示接收到的超声波信号；
2.如权利要求1所述的实地快速测量土壤孔隙率的装置，其特征在于，还包括地表超声波传感器，地表超声波传感器用于在地表完成超声波的发射、超声波的接收中的至少一种，地表超声波传感器和信号处理装置电连接，一个所述测量装置上设置一个地下超声波传感器和一个地表超声波传感器，地下超声波传感器通过线缆与信号处理装置电连接，地表超声波传感器通过电线直接与信号处理装置电连接；所述框架接触地面的面上设置有一贯穿孔，地下超声波传感器带着线缆穿过所述贯穿孔；所述框架还包括放置框，框架垂直于地面的面一侧设置有工字轮，且另一侧设置有两个与地表超声波传感器匹配的放置框，一个放置框使得地表超声波传感器与地面紧密接触，另一个放置框使得地表超声波传感器远离地面。
3.如权利要求2所述的实地快速测量土壤孔隙率的装置，其特征在于，测量装置还包括轴杆、销轴、摇把和把手，所述框架呈u型，且框架垂直于地面的面一侧设置有垂直突出的轴杆，所述工字轮套装在轴杆上，且围绕轴杆转动，工字轮上部的框架面上设置有所述信号处理装置，与信号处理装置电连接的线缆贯穿安装有信号处理装置的框架后，嵌入固定在轴杆中，沿轴杆延伸至端部后，从内部贯穿工字轮后缠绕在工字轮上；所述工字轮靠近框架一侧设置有一圈贯穿孔，框架上有一个位置匹配的贯穿孔，销轴同时穿过工字轮上的贯穿孔和框架上的贯穿孔，将工字轮锁定；工字轮上部的框架面上铰接有把手，且所述框架面上有用于容纳把手的凹槽；工字轮远离框架一面设置有突出的摇把，用于转动工字轮。
4.如权利要求1所述的实地快速测量土壤孔隙率的装置，其特征在于，测量装置还包括软管状的耦合剂添加管，耦合剂添加管与线缆并排且一侧与线缆粘黏在一起，且耦合剂添加管远离线缆一侧间隔设置有用于添加耦合...
【专利技术属性】
技术研发人员：王炳亮，林兴，裴超，杨武，柴明堂，李王成，
申请(专利权)人：宁夏大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。