专利名称：便携式土壤含水率速测仪的制作方法
技术领域：
本实用新型属于一种实时、在线测量土壤水分变化的测试仪器，特别是一种便携
式土壤含水率速测仪。
背景技术：
土壤水分是土壤的重要组成部分，是作物生长、干旱和半干旱地区农田生态系统 良性运作、农作物产量提高的主要因素之一，土壤含水率的测定是科学控制和调节土壤水 分状况，实现科学管理农田用水和灌溉自动化的基础。因此，快速、准确、在线地测定土壤含 水率的变化对农业水土工程管理、精准农业实施、农业试验研究、农业气象监测、农田灌溉 管理和农业旱情监测等方面具有重要的科学意义。 目前，国内外土壤含水率的测定方法主要有烘干称重法、中子法、时域反射仪法 (TDR)和频域反射仪(FDR)法、遥感测定法等。烘干称重法是目前国际上公认的标准方法， 测得结果准确且精度高，但操作手段复杂、测量过程繁琐，无法在田间实时、在线地连续测 量；中子法可实现野外的定点连续观测，但中子存在辐射性等问题，安全性差，体积较大，在 测定表层土壤水分时误差较大；时域反射仪法(TDR)和频域反射仪(FDR)法具有快速、准 确、安全等特点，但仪器价格较高且体积较大，使用不便；遥感测定法是一种大范围大尺度 的宏观测定方式，其测量结果的空间分辨率偏低，易受地表植被覆盖等客观因素影响，使用 成本过高。近年来国内外有人用近红外光谱仪对原状土土壤水分进行了野外测定，结果表 明土壤中水分与光谱反射率有较好的相关性，且呈直线相关。近红外光谱法具有连续、非接 触、测量速度快等优点，适用于实时、快速的测量，但现有的近红外仪器在检测土壤含水率 时，受外界环境的温度、土壤温度等变化均会引起测量结果不稳定、测量误差增大等现象， 仅局限于实验室内的试验检测，而且现有的近红外仪器设备存在着购置价格昂贵，设备体 积较大，试验操作复杂，实验环境要求严格、使用成本过高等问题。 因此，研制一种基于近红外光谱和多源信息融合技术的、携带方便而且操作简便 的土壤含水率测量仪，能消除外界环境温度和土壤温度的影响，具有快速检测、操作简便、 携带方便、精度较高、成本低等特点，可以快速、准确、实时、在线地检测土壤水分变化，可广 泛地应用于农业生产和科学研究等领域，具有重要的科学意义和广阔的应用前景。
发明内容本实用新型的目的是设计一种基于近红外光谱和多源信息融合技术的便携式土 壤水含水率速测仪，可广泛地应用于农业生产和科学研究等领域，具有快速检测、操作简 单、携带方便、精度高、成本低等特点，可以快速、准确、实时、在线地测定土壤水分，在农业 水土工程管理、精准农业实施、农业试验研究、农业气象监测、农田灌溉管理和农田旱情监 测等方面具有重要的科学意义和广阔的应用前景。 本实用新型的目的是这样实现的便携式土壤含水率速测仪由仪表电路箱、信号 调理与处理电路板、LED光源与驱动电路板、上温度传感器、不锈钢探杆、下温度传感器、光 学玻璃探头、通讯光纤、测量按键、操作把手、电池盒、外接电源接口 、USB接口 、控制开关、电源开关、液晶显示屏等组成。仪表电路箱的前部安装有不锈钢探杆，光学玻璃探头设置在不 锈钢探杆的前端，仪表电路箱的下方安装有操作把手，电源开关和液晶显示屏设置在仪表 电路箱的后部，仪表电路箱内设置有信号调理与处理电路板、LED光源与驱动电路板，上温 度传感器和下温度传感器分别设置在不锈钢探杆内的上下两端，LED光源与驱动电路板通 过通讯光纤连接光学玻璃探头，电池盒和控制开关设置在操作把手内，测量按键设置在操 作把手的前方，外接电源接口和USB接口设置在操作把手的后部。 不锈钢探杆由上温度传感器窗口、不锈钢钢管、通讯光纤支架、下温度传感器窗 口 、光学玻璃探头连接头、下温度传感器联结板、上温度传感器联结板、仪表电路箱连接头 组成。不锈钢钢管两端分别设置有仪表电路箱连接头和光学玻璃探头连接头，4个通讯光纤 支架均分设置在不锈钢钢管内，上温度传感器窗口和下温度传感器窗口分别设置在不锈钢 钢管两端的管壁上，上温度传感器联结板和下温度传感器联结板分别对应设置在上温度传 感器窗口和下温度传感器窗口的下方。 光学玻璃探头由通讯光纤接口、外连接头和圆锥形光学玻璃组成。圆锥形光学玻 璃的顶端设置有外连接头，外连接头的中心设置有通讯光纤接口 。 测量时，使用专用的土壤钻孔器在被测量的土壤中钻探圆柱形采样孔，然后通过 便携式土壤含水率速测仪的操作把手将不锈钢探杆与光学玻璃探头插入已成形的采样孔 内，打开电源开关，按动测量按键采集多源信息，上温度传感器测量地面环境的温度，下温 度传感器测量土壤内部的温度，LED光源与驱动电路板通过通讯光纤和光学玻璃探头反射 并测量土壤水分的近红外光谱变化，地面环境温度、土壤内部温度和土壤水分变化等多源 信号输入信号调理与处理电路板，信号调理与处理电路板将接收的信号进行运算分析和多 源信息处理，再通过液晶显示屏显示出测量数据。通过便携式土壤含水率速测仪的USB接 口连接微型计算机，由外接电源接口直接供电，便携式土壤水分含量速测仪可快速、连续、 实时、在线地监测土壤水分的变化情况，为科学研究与农业生产提供土壤含水率的变化情 况。 本实用新型的便携式土壤含水率速测仪的优点是采用基于近红外光谱和多传感
器信息融合技术的测试系统，可以快速、准确、实时、在线地测定土壤水分变化情况，具有快
速在线、测量精度高、操作简便、携带方便、使用成本低等特点，可广泛地应用于农业生产和
科学研究等领域，在农业水土工程管理、精准农业实施、农业试验研究、农业气象监测、农田
灌溉管理和农田旱情监测等方面具有重要的科学意义和广阔的应用前景。
本实用新型的具体结构由以下实施例及附图给出。
图1是本实用新型的便携式土壤含水率速测仪的结构示意图。 图2是本实用新型的不锈钢探杆的结构示意图。 图3是本实用新型的光学玻璃探头的结构示意图。 下面结合图1、图2、图3对本实用新型详细说明。 图中1、仪表电路箱，2、信号调理与处理电路板，3、 LED光源与驱动电路板，4、上温 度传感器，5、不锈钢探杆，6、下温度传感器，7、光学玻璃探头，8、通讯光纤，9、测量按键，10、 操作把手，11、电池盒，12、外接电源接口 ， 13、USB接口 ， 14、控制开关，15、电源开关，16、液晶 显示屏，17、上温度传感器窗口 ， 18、不锈钢钢管，19、通讯光纤支架，20、下温度传感器窗口 ，21、光学玻璃探头连接头，22、上温度传感器联结板，23、下温度传感器联结板，24、仪表电路 箱连接头，25、通讯光纤接口 ， 26、外连接头，27、圆锥形光学玻璃，具体实施方式如图1所示仪表电路箱1的前部安装有不锈钢探杆5，光学玻璃探头7设置在不 锈钢探杆5的前端，仪表电路箱1的下方安装有操作把手10，电源开关15与液晶显示屏16 设置在仪表电路箱1的后部。仪表电路箱1内设置有信号调理与处理电路板2、LED光源与 驱动电路板3，上温度传感器4和下温度传感器6分别设置在不锈钢探杆5内的两端，通讯 光纤8穿过不锈钢探杆5分别连接光学玻璃探头7和LED光源与驱动电路板3，电池盒11 和控制开关14设置在操作把手10内，测量按键9设置在操作把手10的前方，外接电源接 口 12和USB接口 13设置在操作把手10的后部。 如图2所示不锈钢钢管18两端分别设置有仪表电路箱连接头24和光学玻璃探 头连接头21，4个通讯光纤支架19均分设置在不锈钢钢管18内，上温度传感器窗口 17和 下温度传感器窗口 20分别设置在不锈钢钢管18两端的管壁上，上温度传感器联结板23和 下温度传感器联结板22分别对应设置在上温度传感器窗口 17和下温度传感器窗口 20的 下方。 如图3所示圆锥形光学玻璃27的顶端设置有外连接头26，外连接头26的中心 设置有通讯光纤接口 25。
权利要求便携式土壤含水率速测仪，是由仪表电路箱、信号调理与处理电路板、LED光源与驱动电路板、上温度传感器、不锈钢探杆、下温度传感器、光学玻璃探头、通讯光纤、测量按键、操作把手、电池盒、外接电源接口、USB接口、控制开关、电源开关、液晶显示屏组成，其特征在于仪表电路箱的前部安装有不锈钢探杆，光学玻璃探头设置在不锈钢探杆的前端，仪表电路箱的下方安装有操作把手，电源开关和液晶显示屏设置在仪表电路箱的后部，仪表电路箱内设置有信号调理与处理电路板、LED光源与驱动电路板，上温度传感器和下温度传感器分别设置在不锈钢探杆内的上下两端，LED光源与驱动电路板通过通讯光纤连接光学玻璃探头，电池盒和控制开关设置在操作把手内，测量按键设置在操作把手的前方，外接电源接口和USB接口设置在操作把手的后部。
2. 如权利要求1所说的便携式土壤含水率速测仪，其特征在于不锈钢探杆由上温度 传感器窗口、不锈钢钢管、通讯光纤支架、下温度传感器窗口、光学玻璃探头连接头、下温度 传感器联结板、上温度传感器联结板、仪表电路箱连接头组成，不锈钢钢管两端分别设置有 仪表电路箱连接头和光学玻璃探头连接头，4个通讯光纤支架均分设置在不锈钢钢管内，上 温度传感器窗口和下温度传感器窗口分别设置在不锈钢钢管两端的管壁上，上温度传感器 联结板和下温度传感器联结板分别对应设置在上温度传感器窗口和下温度传感器窗口的 下方。
专利摘要本实用新型是一种基于近红外光谱和多源信息融合技术的便携式土壤水含水率速测仪，仪表电路箱前部安装有不锈钢探杆与光学玻璃探头，仪表电路箱下方安装有操作把手，电源开关和液晶显示屏设置在仪表电路箱后部，上温度传感器和下温度传感器分别设置在不锈钢探杆内上下两端，LED光源与驱动电路板通过通讯光纤连接光学玻璃探头，电池盒和控制开关设置在操作把手内，测量按键设置在操作把手前方，外接电源接口和USB接口设置在操作把手的后部。速测仪可广泛地应用于农业生产和科学研究等领域，具有体积小、携带方便、操作简单、精度高、成本低等特点，可以快速、准确、实时、在线地测定土壤含水率，具有重要的科学意义和广阔的应用前景。
文档编号G01N33/24GK201548539SQ200920086710
公开日2010年8月11日 申请日期2009年6月19日 优先权日2009年6月19日
发明者李小昱, 梁秀英, 王为, 高云 申请人:华中农业大学