本实用新型专利技术公开了一种土壤剖面水分测量装置。该装置包括上位机(1)、传感器节点(2)、绝缘套(6)、密封顶盖(5)和防水堵头(7)；所述上位机(1)通过数据采集与处理模块(3)与所述传感器节点(2)相连；所述绝缘套(6)安装于所述传感器节点(2)外，所述绝缘套(6)下端与所述防水堵头(7)连接，所述绝缘套(6)上端通过连接体(8)与所述密封顶盖(5)连接；所述传感器节点(2)包括两个金属片(15)，所述两金属片(15)径向彼此间隔的固定于绝缘柱体(12)表面，所述两金属片(15)分别与传感器电路板(16)相连。该装置结构简单、布设容易、使用方便，可自由拆卸、组装，实现土壤剖面单点或多点动态含水量的测量。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）
【技术实现步骤摘要】
本技术涉及土壤水分测量
，具体涉及一种土壤剖面水分测量装置。
技术介绍
在农业生产中，发展节水灌溉技术，根据实测的土壤水分状况决定灌溉时机和灌溉量，对我国提高农业用水效率、缓解水资源危机，意义重大。而通过对土壤水分的实时、准确测量，可以及时了解土壤墒情，对节水灌溉起着重要的前导性作用。目前所流行的用于土壤水分测量的传感器多数基于介电法设计而成。而这些基于介电法设计的土壤水分传感器不是易受温度、土壤电导率、土壤含盐量、粘粒和容重等的影响，就是涉及高速电磁脉冲信号分析，电路设计困难，准确性取决于测量时间精度。再者，现行土壤水分传感器探头绝大多数局限于探针式结构，探针长度在5 30cm之间，只可进行单点(某一深度)测量，适用于表层土壤含水率测量，难以满足一定深土层条件下或土壤剖面不同深度含水量的测定需求。因此，土壤剖面多点(不同深度)水分测量的传感器研究成为一种趋势。专利介绍的一种测量土壤剖面含水量的土壤水分传感器， 由传感器、电路板和绝缘套管组成，与以往土壤水分传感器比，结构简单，可测量不同深度土壤水分含量。但是该类型传感器使用单传感器节点，使用时传感器节点上下移动，一方面对于所测土壤含水量难以知道相应的土壤剖面具体深度，另外一方面也会造成电缆线等的寄生电容产生导致非线性误差。专利介绍的一种土壤水分传感器，采用“T”型结构设计，结构简单，也便于携带，通过替换不同长度的圆锥杆某种程度上亦可以实现土壤不同深度的水分测量。但是该型传感器依旧采用单传感器节点，实时测量的只是土壤剖面某一深度的水分含量，若要进行另一深度的水分测量，需从土壤中取出传感器替换不同长度圆锥杆，费事也费力，最重要的是它不能实现土壤剖面不同深度含水量的同时测量，它依旧属于“单点测量式”。专利介绍的一种多点土壤水分传感器及利用其进行土壤水分测量的方法，定时唤醒传感器节点工作实现土壤剖面不同深度的水分测量，大大降低了功耗。但是该型传感器结构复杂，一方面使用前需通过土钻作用于土壤，再将PVC套管插入土壤，最后放入传感器节点，布设困难、费时费力，前期工作量大；另一方面土钻作用后取出再次放入PVC套管，套管与土壤间存在的空气气隙具有随机性和不确定性，势将影响传感器的测量精度。综上所述，目前缺乏一种结构简单、布设容易、使用方便的非探针式土壤水分传感器，该型传感器既可以实现土壤剖面单点水分的测量，又可以实现土壤剖面多点水分的同时测量。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种土壤剖面水分测量装置。该装置结构简单、布设容易、可自由拆卸、组装，实现土壤剖面单点或多点动态含水量的测量。本技术的技术方案是一种土壤剖面水分测量装置，包括上位机、传感器节点、绝缘套、密封顶盖和防水堵头；所述上位机通过数据采集与处理模块与所述传感器节点相连；所述绝缘套安装于所述传感器节点外，所述绝缘套下端与所述防水堵头连接，所述绝缘套上端通过连接体与所述密封顶盖连接；所述传感器节点包括两个金属片，所述两金属片径向彼此间隔的固定于绝缘柱体表面，所述两金属片分别与传感器电路板相连。进一步，所述传感器节点为两个以上，通过螺纹结构连接，两传感器节点间连接有 PVC绝缘体。进一步，所述传感器节点的传感器电路板包括并联LC振荡电路，高频小信号放大电路，整流分频电路；所述并联LC振荡电路由固定电感、固定电容及所述两个金属片构成的可变电容组成。进一步，所述两金属片的轴向长度大于径向长度。进一步，所述防水堵头呈三角锥形，表面有外螺纹。进一步，所述数据采集及处理模块包括单片机、数据存储模块、片选模块、电源模块、接口电路；所述单片机接收上位机指令，控制指定传感器节点进行土壤水分测量，分析处理、存储并反馈至上位机；所述数据存储模块用于存储土壤含水量反演算法、标定及非线性补偿算法，以及历史土壤含水量；所述片选模块用于选通和断开传感器节点；所述电源模块由锂电池、电源管理电路组成，用于为数据采集及处理模块和传感器节点提供电源；所述接口电路包括RS232或RS485接口电路，通过电缆线与上位机进行数据通信。进一步，所述连接体带有夹槽。本技术的有益效果为该装置结构简单，两金属片简单组装减小了高频电磁能耗，单个传感器节点或多个传感器节点自由组合装配，根据实际需要选择监测深度；布设容易，装置和传统土钻有机结合，即通过夹具作用便可实现装置钻入土壤或从土壤中提取， 省事省力；使用方便，根据用户测量需求相应传感器节点被“唤醒”，实现土壤剖面单点水分含量的测量或是多点含水量的同时测量，其余节点休眠，降低了功耗。以下结合附图和实施例对本技术作进一步说明。附图说明图1是本技术实施例的装置整体设计框图；图2是本技术实施例的装置外观示意图；图3是本技术实施例的装置外观分解结构示意图；图4是本技术实施例的装置内部分解结构示意图；图5是本技术实施例的装置内部剖面示意图；图6是本技术实施例的传感器节点的传感器电路板组成框图；图7是本技术实施例的数据采集及处理模块电路组成框图；图8是本技术实施例的夹具外观示意图；图9是本技术实施例的装置软件主程序流程图；图10是本技术实施例的测量方法流程简图。其中1-上位机，2-传感器节点，3-数据采集及处理模块，4-电缆线，5-密封顶盖，6-绝缘套，7-防水堵头，8-连接体，9-第一 PVC绝缘体，10-绝缘隔离卡口，11-绝缘固定卡口，12-绝缘柱体，13-第二 PVC绝缘体，14-绝缘固定环，15-金属片，16-传感器电路板， 17-数据排线，18-并联LC振荡电路，19-高频小信号放大电路，20-整流分频电路，21-单片机，22-接口电路，23-片选模块，24-电源模块，25-数据存储模块，26-翼形螺栓，27-夹具。具体实施方式如图广9所示为本技术土壤剖面水分测量装置的一个实施例，装置整体设计如图1所示传感器节点2，用于测量土壤剖面多点(不同深度)水分含量；数据采集及处理模块3，用于根据上位机1指令“唤醒”单个或多个传感器节点2进行土壤水分测量，将所采集测量数据分析处理、存储并反馈到上位机1 ；上位机1，提供用户各种操作指令并呈现土壤剖面多点水分含量及变化曲线。装置外观及内部结构如图2飞所示，装置包括上位机1、传感器节点2、绝缘套6、密封顶盖5和防水堵头7。这其中，上位机1通过第一 PVC绝缘体9内嵌的数据采集与处理模块3与传感器节点2相连。即电缆线4经由密封顶盖5引出，将上位机1与数据采集及处理模块3相连接，而数据采集与处理模块3与传感器节点2之间由数据排线17相连接。这其中，绝缘套6安装于传感器节点2外，绝缘套6下端与所述防水堵头7连接， 绝缘套6上端通过连接体8与所述密封顶盖5连接。密封顶盖5将装置顶部遮挡，防止雨水等杂物的进入。连接体8带有夹槽，便于中间圆形两端带把柄的夹具27 (如图8所示) 将装置咬紧，通过作用夹具27将装配好的测量装置钻入土壤或从土壤提取，翼形螺栓沈实现夹具把柄的紧固。防水堵头7呈三角锥形，表面有外螺纹便于装置钻入土壤时减小所受阻力，待装置插入土壤后阻止土壤水分的渗入。这其中，两金属片15分别与绝缘柱体12内嵌的传感器电路板16相连构成单个传感器节点2，两金属片15由绝缘隔离卡口 10实现径向隔离本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种土壤剖面水分测量装置，包括上位机（１）、传感器节点（２）、绝缘套（６）、密封顶盖（５）和防水堵头（７）；其特征在于，所述上位机（１）通过数据采集与处理模块（３）与所述传感器节点（２）相连；所述绝缘套（６）安装于所述传感器节点（２）外，所述绝缘套（６）下端与所述防水堵头（７）连接，所述绝缘套（６）上端通过连接体（８）与所述密封顶盖（５）连接；所述传感器节点（２）包括两个金属片（１５），所述两金属片（１５）径向彼此间隔的固定于绝缘柱体（１２）表面，所述两金属片（１５）分别与传感器电路板（１６）相连。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：王新忠，刘飞，韩旭，由婷，闫润，孔鹏飞，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：实用新型
国别省市：32
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