本发明专利技术涉及一种土壤相对湿度和土壤肥力变化的检测装置及监测系统，所述检测装置包括柱形体、设置在柱形体上的对土壤进行检测的电容式传感器、用于产生电容式传感器工作频率的频率发生器，通过频率发生器产生不同的谐振频率以使得同一电容式传感器对土壤相对湿度和土壤肥力变化进行检测、对电容式传感器获取的检测信号进行信号处理的处理电路、以及设置于电容式传感器和处理电路外部的抗腐蚀外壳。本发明专利技术通过长期埋放在土壤中的检测装置而对土壤的相对湿度和土壤的肥力进行监测，并且可以同时监测土壤不同深度处的上述参数，以对农作物生长过程的精细管理提供有效的指导参数。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及土壤检测技术，具体涉及土壤相对湿度和土壤肥力变化的检测装置及监测系统。
技术介绍
“土壤”是指覆盖于地球陆地表面，具有肥力特征的，能够生长绿色植物的疏松物质层，其由各种颗粒状矿物质、有机物质、水分、空气、微生物等组成，它们互相联系，互相制约，为农作物提供必需的生活条件，是土壤肥力的物质基础。而土壤湿度决定农作物的水分供应状况，当土壤湿度过低时，形成土壤干旱，作用光合作用不能正常进行，从而降低农作物的产量和品质，严重缺水时甚至导致农作物凋萎和死亡；而当土壤湿度过高时，则恶化土壤通气性，影响土壤微生物的活动，使农作物根系的呼吸、生长等生命活动受到阻碍，从而影响农作物地上部分的正常生长，造成徒长、倒伏、病害滋生等；另外，土壤水分的多少还影响田间耕作措施和播种质量，并影响土壤温度的高低。土壤肥力则是土壤物理、化学、生物化学和物理化学特性的综合表现，也是土壤不同于母质的本质特性，其为植物生长提供营养支撑。但是，由于土壤肥力变好变坏既受自然气候等条件影响，也受栽培作物、耕作管理、灌溉施肥等农业技术措施以及社会经济制度和科学技术水平的制约等影响，因此，土壤肥力经常处于动态变化之中，而土壤中的N (氮)、 P (磷)、κ (钾)又是体现土壤肥力的主要要素，所以，及时掌握土壤中肥力因子的动态变化， 及时预测和调控，可使土壤肥力的发展与农作物的需求处于协调状态，以取得农作物高产稳产的效果。由于水对植物的生长起着至关重要的作用，土壤中有机养份的分解和矿化都离不开水分，施入土壤中的化学肥料只有在水中才能溶解，养分离子向根系迁移，植物根系对养分的吸收要通过水分介质来实现；同时土壤水分传感器的使用有利于合理使用水资源，达到节水灌溉的目的。而土壤肥力也对农作物的生长起着同样巨大的作用，近年来，由于农产品价格和肥料价格的提高，适时监测土壤肥力，合理施用肥料成为现代农业的一个重要问题。由于各种农作物的不同，比如大豆，有固氮的功能，种植大豆对于增加土壤肥力是有益处的；而玉米则是高度消耗土壤肥力的植物。土壤中肥力的变化还可能是土壤中的水分、雨水等等因素造成。因此，对于各种与土壤检测相关的传感器的使用及其发展是一个重要的基础问题，特别是农业温室大棚中，采用多种传感器来测量土壤的水分、土壤成分、PH值、降水量、 温度、空气湿度和气压、光照强度、二氧化碳浓度等的值来获得数据，并根据不同农作物生长的最佳条件，通过对温室大棚内的各种相关参数做精准调控，从而达到增加作物产量、改善品质、调节生长周期、提高经济效益的目的。虽然现代通讯技术和控制技术的发展已经解决了相关信息的远程传输和控制问题，但是由各类传感器提供实时的、稳定的、长期的、准确的监控数据一直是这个领域存在的问题。而在这一系列的传感器中，土壤水分和土壤肥力传感器是应用最为广泛的、最为重要的2种传感器。而目前对于土壤湿度的测量有多种方法，比如称重烘干法、中子仪法、电阻法、热扩散法、时域反射法、频域反射法、电容法、遥感方法、地探雷达测试等。其中，称重烘干法是测定土壤湿度的基本方法，其测定精度较高，所需的土钻、烘箱均为常规设备，比较容易得到满足，同时它也是其他方法标定的基础，常用于检验其他测量方法的优劣性；但烘干法野外取样的工作量大，用烘箱烘干测定土壤水分所需的时间也比较长，对土壤有一定的破坏性，且不便于长期定点连续监测。而中子法则克服了烘干法的一些缺点，不必取土，不会破坏土壤的结构，可以实现对土壤水分的定点连续观测，但中子存在潜在的辐射性，当对表层土壤和干燥土壤进行水分测定时误差较大，需要现场标定，且设备价格高昂。电阻法虽然诞生时间比较长，但是目前在土壤湿度的测定中仍广泛使用，电阻法所用的传感器元器件价格低廉，不易腐坏，可以定点埋设，但是却也存在一定的缺陷，如测定土壤水分埋设探头时会破坏土壤结构，并存在滞后现象，而且测定结果易受温度和土壤溶盐的影响，测量前需要对各种不同质地的土壤分别进行标定。时域反射法(TDR)虽然避免了中子仪测定具有放射性的缺点，能快速、准确地对土壤水分进行定点连续测定，目前在野外土壤水分自动监测中使用较为普遍，其不足之处在于价格较高。频域反射法(FDR)测定的精度较高，具有快速、准确、连续测定优点，不扰动土壤，能自动监测土壤水分及其变化，耐用，价格便宜，无放射性，其缺点是在野外土壤水分监测应用中因土壤类型不同需要现场标定。电容法耐腐蚀，造价低，适宜定点不取样遥测，与电阻法相比，电容法受土壤盐分的影响较小，但埋设探头时会破坏土壤结构，电容法对土壤接触状况敏感，易受土壤物理结构的影响，但先进的结构设计以及探头材料的合理选用，能够克服这些缺点。而时域反射法、频域反射法以及电容法都是以测量土壤的介电特性为基础来计算土壤水分的方法，他们的共同优点是测量快速便捷，但精度和安装方式有很大不同。同样，对于土壤肥力的变化，也可以用不同方法检测，但是目前的技术主要是实验室设备的检测，通过对一些离子进行分析和测试而实现检测的目的；而移动式设备也基本上沿用了实验室设备的结构和原理，这些设备基本上都是使用ISFET，即采用离子敏感场效应管，作为敏感器件，其他技术包括微波波谱分析、近红外线吸收光谱、太赫兹(T-RAY )吸收光谱等等。这些方法一般都只是对土壤表面的分析，基本上没有穿透能力，当将上述技术应用在野外进行固定点监测时，又存在价格过高，且容易被水的成分变化干扰等不利因素。例如，图1为近红外反射光谱分析技术(NIR)的测试原理图，如图1所示，该方法是利用近红外光源对被测进行照射，对携带该物质信息的反射光进行分析，从而快速估测出该物质中某一种或几种成分含量的技术。它具有以下几个特点1)测试速度快、效率高；光谱仪可在很短时间内完成光谱的扫描，并可通过事先建立好的校正模型，快速测定出样品的成分含量或性质，并且一次可以同时测出多种成分；2)分析成本低；在近红外光谱分析过程中不消耗样品，不消耗化学试剂；3)测量方便；可以测试气体、液体、固体和胶状类物品。同时，也存在一定的缺陷，如测试灵敏度相对较低，相对误差较大；且必须通过事先的标准方法进行标定，建立合适的数学模型，这个过程要花费大量的时间和费用；另外，由于土壤对近红外光的吸收比较强，这种测量只适用于土壤表层，不能对土壤较为深的部位进行测量，而且对水分敏感，容易产生测量误差。太赫兹(T-Ray)吸收光谱技术是利用太赫兹波段(介于微波和红外之间，频段为IOOGHf IOTHz)的电磁波进行成分分析的技术，其原理是利用物质的太赫兹光谱(包括透射谱和反射谱)所携带的丰富的物理和化学信息来研究物质的成分，其系统组成与近红外反射光谱分析技术相近。其缺点是光源的成本高昂，缺少合适的传输太赫兹波的波导，如今大部分的系统都是静态的，而且体积庞大，且水分对它的吸收率高，不适合用于湿润土壤的测量。离子敏电极技术(ISM)是利用膜电势测定溶液中离子的浓度的电化学方法，如图 2所示，其传感器上有一个对待侧离子有选择性吸附的敏感薄膜，当传感器和含待测离子的溶液接触时，在它的敏感膜和溶液的界面上产生与该离子活度直接有关的膜电势，通过测量这个电极与参考电极上的电势差，就能得到该吸附膜上所吸附离子的数量，从而得到液体中某种特定离子的含量。在这个技术中，电极对特本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：詹姆斯·刘，
申请(专利权)人：北京盈胜泰科技术有限公司，
类型：发明
国别省市：
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