[实用新型]一种新型测量土壤体积含水量和营养液浓度的装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及测量装置，尤其是涉及一种新型测量土壤体积含水量和营养液浓度的装置。

背景技术

水是植物生长发育不可缺少的生态因子之一，不仅是光合作用与有机物水解过程的作用物，也是矿质元素在植物体内运行的主要溶剂和载体。另外，土壤水分是监测土地退化的一个重要指标，是气候、水文、生态、农业等领域的主要参数，在地表与大气界面的水分和能量交换中起重要作用。常用的表征土壤含水量的指标有质量含水量(Weight Water Content,WWC) 和体积含水量(Volume Water Content,VWC),WWC指的是单位质量的土壤中水分的含量比， VWC指的是单位体积内的土壤中水分的含量比。土壤中水分含量的高低与植物的生长密切相关，过高或过低都不利于植物的生长，并且不同的植物对土壤中的水分含量的要求也不一样。土壤中的营养液浓度对农作物的发展也至关重要，农作物生长所必需的的各种矿物质和微量元素都需要从土壤中获取，而土壤中的营养液是这些物质的重要来源。

现有技术中采用如下装置进行测量：

时域反射装置(Time domain reflectometry,TDR)也是一种通过测量土壤介电常数来获得土含水率的一种装置。TDR的原理是电磁波沿非磁性介质中的传输导线的传输速度V＝c/ε，而对于已知长度为L的传输线，又有V＝L/t，于是可得ε＝(ct/L)2，其中c为光在真空中的传播速度，ε为非磁性介质的介电常数，t为电磁波在导线中的传输时间。而电磁波在传输到导线终点时，又有一部分电磁波沿导线反射回来，这样入射与反射形成了一个时间差T。因此通过测量电磁波在埋入土壤中的导线的入射反射时间差T就可以求出土壤的介电常数，进而求出土壤的含水率。然而，该装置具有如下缺陷：该装置结构复杂、设备成本高。

烘干装置：烘干装置是测定土壤水分最普遍的装置。具体为：从野外获取一定量的土壤，然后放到105℃的烘箱中，等待烘干。其中烘干的标准为前后两次称重恒定不变，烘干后失去的水分即为土壤的水分含量。计算公式为土壤含水量＝W/M*100％，M为烘干前的土壤重量， W为土壤水分的重量，即M与烘干后土壤重量M’的差值。

然而，该装置具有如下缺陷：需要专门在野外取土再带回室内测量，不便于野外实地作业，且测量耗时比较长，时效性比较差；需要烘箱、称重仪等大型设备，操作不便捷。

实用新型内容

本实用新型涉及农业传感器领域，旨在提出一种能够在方便准确测量土壤含水量和营养液浓度检测的电路结构，该电路结构在原理上属于间接测量，通过该电路结构测量土壤的介电常数和电导率来实现对土壤含水量和营养液浓度的检测，具有测量时不需要扰动土壤、所需配套设备少和操作手法简单的特点，该检测电路实现了对土壤介电常数和电导率的检测功能，提出的电路结构巧妙，所需电子元器件少，功耗低，特别适用于便携式土壤检测装置或者用于实现土壤的长期定点检测功能。

技术方案如下：一种新型测量土壤体积含水量和营养液浓度的装置，包括传感器PCB板，其特征为：所述传感器PCB板包括四部分，第一部分为与外界连接的接口模块；第二部分为控制模块，用于对采集的土壤体积含水量和营养液浓度的数据进行处理；第三部分由刻蚀在传感器PCB板上的两块相隔一定距离、平行的矩形金属极板组成；第四部分由两个金属过孔焊盘组成，该部分将通过导电的黄铜螺丝固定到探头载体上，与待测土壤直接接触；上述四部分依次电连接。

优选为：所述接口模块中包括电源和地接口、以及反应土壤体积含水量的接口和反应土壤电导值的接口；上述接口通过导线与控制模块电连接。

优选为：所述控制模块包括有源晶振、异或门以及电阻、第十三电容；所述电阻包括第八电阻和第十二电阻；该有源晶振在供电后能够输出一定频率的方波信号，该方波信号的一路直接输入到异或门的a输入端，另一路信号经过第八电阻以及所述第三部分中的两块矩形金属极板分压后输入到异或门的另一输入端b；所述异或门输出端连接第十二电阻，并经过第十三电容接地。

优选为：两块所述矩形金属极板间隔距离中间设置等间距的定位螺丝孔，用于将所述传感器PCB板固定到探头载体上。

优选为：所述有源晶振采用KDS公司的70MHz贴片晶振。

优选为：两块所述矩形金属极板是刻蚀在PCB电路板上的长46.5mm，宽4.7mm，间距 12.7mm的铜导电层。

优选为：所述电阻采用0402贴片电阻。

优选为：该装置供电电压为5V。