[实用新型]一种基于介电特性的土壤水分快速测量装置

说明书

本实用新型提供了一种基于介电特性的土壤水分快速测量装置，包括手柄、横梁、探针和电性连接的介电参数测量装置、温度测量装置、ARM微处理器、显示器、锂电池和电源开关；所述介电参数测量装置包括测量电极、激励信号源、幅相检测电路和介电信号调理电路。本装置通过对土壤多频介电参数的测量实现对土壤水分的快速测量，提高了可靠性和稳定性。本实用新型结构简单，具有可靠性与测量精度高的特点，适用于快速大量样品和实地检测。

技术领域

本实用新型属于仪器检测设备技术领域，涉及一种土壤水分测定装置。

背景技术

土壤水分含量对作物生长过程中的水分和养分吸收过程中起到重要的调节作用，因此快速准确地测量土壤中水分含量对于研究作物生长生理机制、作物生长环境的人工调节以及作物增产具有重要意义。目前，土壤水分的测量方法主要有实验室方法和现场测量方法，实验室方法主要采用烘干法、卡尔费休滴定法、烘箱烘干和核磁共振法等，虽然精度较高，但是操作较为繁琐且仪器较为复杂，无法完成现场快速测量。现场测量方法多采用时域反射法、微波法和近红外法等，但上述方法易受环境因素限制。因此，研制精度高、快速易用的土壤水分快速测量装置具有十分重要的应用价值和推广意义。

近年来，通过对土壤介电参数的检测进而实现土壤水分的测量成为一个热门领域，土壤水分的变化会导致宏观介电特性的差异，但是对电导率或者电容值的单一测量较难满足实际测量需求，采用多频介电参数测量技术同时考虑温度校正则可以大幅度提高测量精度。

实用新型内容

为了解决上述问题，本实用新型提供了一种基于介电特性的土壤水分快速测量装置；本实用新型通过测量土壤的多频介电参数实现对土壤水分的快速测量，并具有温度校正功能，能够满足土壤水分测量的环境、精度要求，简单易用，稳定可靠。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种基于介电特性的土壤水分快速测量装置，包括手柄、横梁、探针和电性连接的介电参数测量装置、温度测量装置、ARM微处理器、显示器、锂电池和电源开关；所述介电参数测量装置包括测量电极、激励信号源、幅相检测电路和介电信号调理电路；所述温度测量装置包括温度传感器和温度信号调理电路；所述显示器包括显示屏和显示屏驱动电路；所述手柄上设置电源开关和电池仓，所述电池仓内安装有锂电池；所述横梁侧面设置显示屏，内部设置显示屏驱动电路、ARM微处理器、温度信号调理电路、激励信号源、幅相检测电路和介电信号调理电路；所述探针上设置温度传感器；所述探针、测量电极设置于横梁下方。

优选地，所述测量电极为PCB印刷测量电极。

优选地，所述探针为多个；所述温度传感器为多个；更优选地，每根探针上设置3个温度传感器。

本实用新型使用时，打开电源开关，接通电源，手持手柄将装置尽量垂直插入待测地块的土壤中至全部温度测量装置没入土中，等显示屏数值稳定不在变化时，记录数据。该过程中，介电参数测量装置的激励信号源输出的激励信号经测量电极与土壤耦合后得到反馈信号，幅相检测电路将激励信号与反馈信号的幅值比值和相位差值转化为直流电压模拟信号进行输出，介电信号调理电路将幅相检测电路输出的直流电压模拟信号转换成多频介电参数数字信号传输给ARM微处理器；温度传感器输出的直流电压模拟信号经温度信号调理电路转换成温度数字信号传输给ARM微处理器；ARM微处理器将介电参数测量模块测量的多频介电参数数字信号与温度测量模块测量的温度数字信号进行融合处理得到土壤水分数据，并将水分数据传输到显示屏进行显示。

本实用新型具有以下优点：

本实用新型提供的基于介电特性的土壤水分快速测量装置，通过对土壤多频介电参数的测量实现对土壤水分的快速测量；采用PCB印刷测量电极提高了多频介电参数测量的可靠性和稳定性；对温度和多频介电参数的融合处理提高了土壤水分测量精度；使用锂电池电源模块作为介电参数测量模块、温度测量模块、ARM微处理器模块与触摸显示模块的供电电源，简便易用。本实用新型结构简单，具有可靠性与测量精度高的特点，适用于快速大量样品和实地检测。