[发明专利]一种土壤剖面含水量自动连续检测装置及方法

说明书

本发明提供一种土壤剖面含水量自动连续检测装置及方法，包括检测套管与检测仪器；检测套管套在检测仪器外；检测仪器包括塞盖、底座、自动伸缩套管、绝缘连接杆、探头和控制单元；塞盖下部固定设有底座，底座下部设有自动伸缩套管，自动伸缩套管下部连接有绝缘连接杆，绝缘连接杆下部设有探头；控制单元分别与自动伸缩套管和探头连接。本发明基于电场边缘效应的检测套管集成度高，内置可以移动的检测电极，实现对土壤不同深度含水量自动检测；检测装置体积小，便于携带，检测套管与土壤紧密接触，对土壤及作物扰动小；检测套管外表面制作螺纹，便于人工或者借助电动工具自动插入土壤中，不需要预埋，即插即用，使用方便，节省人力。

技术领域

本发明属于土壤含水量检测技术领域，具体是涉及一种土壤剖面含水量自动连续检测装置及方法，主要用于对土壤剖面不同深度水分多层自动检测。

背景技术

土壤水分随时间和空间的变化而变化，在不同土壤类型下土壤水分的分布特征、动态变化以及相互循环机理也具有显著差别。而实时、准确地测量土壤剖面不同深度的含水量不仅能更好的了解土壤水分的剖面特征，而且对更好的掌握不同根系作物的需水规律，实施精准灌溉及提高生产效益具有重要的意义。

土壤剖面水分的检测方法主要有烘干法，通过钻土取样烘干称重来测量不同深度的土壤水分，烘干法测量精度高，缺点是费时费力且破坏观测场地；中子仪法，将中子仪探头放入装有观测样品的测管中，逐层测定土壤剖面水分，缺点是中子仪法存在辐射危险；介电法，利用高频段或微波段的土壤介电特性来测量土壤水分，具有快速、灵敏度高、受土壤理化特性干扰小等优点，常见的有驻波率法、电容法。驻波率法，在高频信号源作用下，双圆环探头呈容抗特性，当土壤含水量变化，土壤介电常数也随之变化，通过测量探头的阻抗变化实现土壤含水量的测量；电容法，基于高频电磁边缘场效应，传感器探头作为高频振荡器并联LC谐振回路的电容元件，土壤为其电介质，介电常数主要取决于土壤水分，通过测量谐振频率变化，实现土壤含水量的测量。

对于土壤剖面含水量检测，近几年来国内外学者也开展了相关研究。如专利201610194101.6一种适用不同土壤深度的土壤水分检测仪，公开了一种将间距相同、长度不等的探针并排组合而成的检测仪器，但是多根探针需要多个独立的检测电路，难以保证各检测电路输出信号的一致性，所以检测信号精度较低；又如专利201610105404.6农田土壤垂直剖面水分测量方法及装置和201810585339.0一种土壤水分检测系统，均公开了一种多层级土壤剖面水分检测装置，虽然在检测方法和电路结构上进行了优化，但均只能检测固定几个深度的含水量，且前者需要提前埋设套管，工作量大、对土壤扰动大。

因此如何通过较少的敏感元件，更方便、准确的实现土壤剖面水分多层检测，是现在土壤水分检测研究中急需解决的问题。

发明内容

本发明针对现有技术中土壤剖面含水量检测仪器只能检测固定几个深度，检测套管不能即插即用，多个检测信号输出不一致引起的精度低等缺点，提供了一种结构简单的土壤剖面含水量自动连续检测装置及方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种土壤剖面含水量自动连续检测装置，包括检测套管与检测仪器；

所述检测套管套在检测仪器外；所述检测套管表面设有外螺纹，底部为锥形头；

所述检测仪器包括塞盖、底座、自动伸缩套管、绝缘连接杆、探头和控制单元；所述塞盖下部固定设有底座，所述底座下部设有自动伸缩套管，所述自动伸缩套管下部连接有绝缘连接杆，所述绝缘连接杆下部设有探头；所述自动伸缩套管包括外壳、步进电机、限位开关、丝杠螺母、丝杠螺杆、伸缩杆和支撑座；所述外壳内上部和下部均设有限位开关，底部设有支撑座，所述支撑座底部设有开口，所述外壳顶部设有步进电机，所述步进电机下部设有丝杠螺杆，所述丝杆螺杆上套有丝杆螺母，所述伸缩杆的一端与丝杆螺母连接，另一端穿过支撑座底部的开口与绝缘连接杆连接；

所述控制单元分别与步进电机、限位开关和探头连接。