一种以烘干法为基础的土壤水分自动监测系统及方法与流程

本发明属于农田水利技术领域，特别涉及一种以烘干法为基础的土壤水分自动监测系统及方法。

背景技术：

在农业生产中，土壤水分是作物生产所必需的要素之一，人们常常利用降雨或灌溉来满足作物对土壤水分的需求，为了能够更加科学的利用土壤水分，则需要对土壤水分变化进行监测，目前所用的土壤含水率测定方法主要包括烘干法、时域反射仪、土壤负压计等方法，但以上方法各有利弊，如烘干法需要人为操作，对于野外条件下需长时间多次测量操作困难，而其他仪器设备也存在测量精度有限或造价高昂等缺点，因此，一种简便、准确且廉价的土壤水分自动监测仪的发明很有必要。

技术实现要素：

为了克服上述缺陷，本发明的目的是提供一种较为廉价、操作简便且不污染天平、检测过程中土壤和水分不流失且精度更高的以烘干法为基础的土壤水分自动监测系统及方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种以烘干法为基础的土壤水分自动监测系统，其特征在于：包括支架、信号发射器、土铲、动力装置、电加热板、天平、太阳能电池板、数据采集器、数据存储卡，数据采集器读取称重数据并记录于数据存储卡内，太阳能电池板为土壤水分自动监测系统提供动力，其特征在于：所述的太阳能电池板、天平、动力装置和土铲顺序排列，支架设置于太阳能电池板和地面之间，天平固定于支架上，天平与动力装置连接，动力装置和土铲连接，电加热板设置于土铲内且电加热板靠近置土面，信号发射器发射铲土起始信号，动力装置控制取土铲铲取土样，取完土样之后关闭土铲并将土铲向上提升，通过天平称取土样初始质量，将数据记录于存储卡中，通过电加热板加热烘干土样，待土样冷却后称量干土质量G2，记录于存储卡中，之后将土铲打开，将土样放回原处。

一种以烘干法为基础的土壤水分自动监测系统，包括支架、信号发射器、土铲、动力装置、电加热板、天平、太阳能电池板、数据采集器、数据存储卡，数据采集器读取称重数据并记录于数据存储卡内，太阳能电池板为土壤水分自动监测系统提供动力，其特征在于：动力装置和土铲连接，支架设置于太阳能电池板和地面之间，天平固定于支架上，动力装置和土铲连接，电加热板设置于土铲的置土面下方且位于土铲内，信号发射器发射铲土起始信号，动力装置控制取土铲铲取土样；土铲的置土面上设置可拆卸的移土板，移土板的一端位于土铲的置土面的边缘且移动板的一端含有竖直挡板，移土板的另一端位于置土面的中央，移土板的另一端不含有竖直挡板；所述的土铲完成铲土后使土铲向上移动到一定位置再使土铲倾斜设置直至所有土均进入移土板；将移土板拆卸后通过机械手取出带有土的移土板，并将移土板放到天平上称重；称重完成后将移土板放回土铲的置土面并固定，开启电加热板对土进行加热烘干，再将移土板拆卸后通过机械手取出带有烘干土的移土板并将移土板放到天平上称重；所述的土铲及移土板均有导热材料制成；置土面为水平面，所述的置土面的一部分被移土板覆盖，置土面的另一部分不被移土板覆盖，且置土面的另一部分的上表面与移土板的上表面平齐。

土铲倾斜设置直至所有土均进入移土板时，移土板的竖直挡板位于下方且防止土掉落。一种以烘干法为基础的土壤水分自动监测方法包括如下步骤：

(1)将支架埋设于待测土壤表层，信号发射器发射起始信号，动力装置控制土铲铲取土样；

(2)利用天平对土样进行称重G₁，由数据采集器读取数据并记录于存储卡内；

(3)利用土铲内部的电加热板对土样进行烘干，待其烘干并冷却后利用天平称量土样质量G₂，并由数据采集器读取数据并记录于存储卡内；

(4)测试完毕的土样放回原处，等待下次测试；

(5)利用电子计算机读取存储卡内部数据，并计算土壤含水率：θ＝(G₁-G₂)/G₂。

一种以烘干法为基础的土壤水分自动监测系统的监测方法，包括如下步骤：

(1)将支架埋设于待测土壤表层，信号发射器发射起始信号，动力装置控制土铲铲取土样，土样进入土铲的置土面，所述的置土面的一部分被移土板覆盖，置土面的另一部分不被移土板覆盖，且置土面的另一部分的上表面与移土板的上表面平齐；事先对移土板进行称重，重量为G₀；

(2)所述的土铲完成铲土后使土铲倾斜设置直至所有土均进入移土板；将移土板拆卸后通过机械手取出带有土的移土板，并将移土板放到天平上称重；利用天平对土样和移土板进行称重G₁，由数据采集器读取数据并记录于存储卡内；

(3)称重完成后将移土板放回土铲的置土面并固定，开启电加热板对土进行加热烘干，再将移土板拆卸后通过机械手取出带有烘干土的移土板，待其冷却后，将移土板放到天平上称重，利用天平称量土样和移土板质量G₂，并由数据采集器读取数据并记录于数据存储卡内；

(4)测试完毕的土样放回原处，等待下次测试；

(5)利用电子计算机读取数据存储卡内部数据，并计算土壤含水率：θ＝(G₁-G₂)/(G₂-G₀)。

本发明具有以下有益效果：

(1)土铲内部安装电热板，简化设备，且将取土后可直接烘干，简化步骤；

(2)利用烘干法进行土壤含水率测定，较其他方法更为简便且准确；

(3)利用太阳能电池提供能源，使得系统在野外等不利条件下可以独立工作；

(4)自动读取测定结果并保存于存储卡内，使得数据的采集周期较长，节约了人力成本；

(5)添加了移土板，将土壤进行称重时，无需将土倒出。

附图说明

图1和图2是本发明的土壤水分自动监测系统的一个实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

根据图1，一种以烘干法为基础的土壤水分自动监测系统，其特征在于：包括支架2、信号发射器、土铲5、动力装置4、电加热板、天平3、太阳能电池板1、数据采集器、数据存储卡，数据采集器读取称重数据并记录于数据存储卡内，太阳能电池板为土壤水分自动监测系统提供动力，所述的太阳能电池板、天平、动力装置和土铲顺序排列，支架设置于太阳能电池板和地面之间，天平固定于支架上，天平与动力装置连接，动力装置和土铲连接，电加热板设置于土铲内且电加热板靠近置土面，信号发射器发射铲土起始信号，取完土样之后关闭土铲并将土铲向上提升，通过天平称取土样初始质量，将数据记录于存储卡中，通过电加热板加热烘干土样，待土样冷却后称量干土质量G2，记录于存储卡中，之后将土铲打开，将土样放回原处。置土面是指土铲与土的接触面。图1的置土面为曲面。

采用上述结构的监测系统的监测方法，包括如下步骤：

(1)将支架埋设于待测土壤表层，信号发射器发射起始信号，动力装置控制土铲铲取土样；

(2)利用天平对土样进行称重G₁，由数据采集器读取数据并记录于存储卡内；

(3)利用土铲内部的电加热板对土样进行烘干，待其烘干并冷却后利用天平称量土样质量G₂，并由数据采集器读取数据并记录于存储卡内；

(4)测试完毕的土样放回原处，等待下次测试；

(5)利用电子计算机读取存储卡内部数据，并计算土壤含水率：θ＝(G₁-G₂)/G₂。

图1中A状态指示了仪器的硬件组成情况及初始状态，当接收到工作信号后向下铲取土样，如图B状态所示，取完土样之后向上提升至图2的C状态，在C状态下完成的工作有：通过天平称取土样初始质量G1，将数据记录于存储卡中，通过电热板加热烘干土样，待土样冷却后称量干土质量G2，同样记录于存储卡中，之后将土铲打开，将土样放回原处，回到状态A，等待下次工作。

或者另一种实施方式为：一种以烘干法为基础的土壤水分自动监测系统，包括支架、信号发射器、土铲、动力装置、电加热板、天平、太阳能电池板、数据采集器、数据存储卡，数据采集器读取称重数据并记录于数据存储卡内，太阳能电池板为土壤水分自动监测系统提供动力，其特征在于：动力装置和土铲连接(此动力装置跟上一个实施例的动力装置不同)，支架设置于太阳能电池板和地面之间，天平固定于支架上，动力装置和土铲连接，天平不与动力装置连接，电加热板设置于土铲的置土面下方且位于土铲内，信号发射器发射铲土起始信号，动力装置控制取土铲铲取土样；土铲的置土面上设置可拆卸的移土板，移土板的一端位于土铲的置土面的边缘且移动板的一端含有竖直挡板，移土板的另一端位于置土面的中央，移土板的另一端不含有竖直挡板；所述的土铲完成铲土后动力装置使土铲向上移动到一定位置再使土铲倾斜设置直至所有土均进入移土板；人工将移土板拆卸后通过机械手取出带有土的移土板，并将移土板放到天平上称重；称重完成后将移土板放回土铲的置土面并固定，开启电加热板对土进行加热烘干，再将移土板拆卸后通过机械手取出带有烘干土的移土板并将移土板放到天平上称重；所述的土铲及移土板均有导热材料制成；置土面为水平面，所述的置土面的一部分被移土板覆盖，置土面的另一部分不被移土板覆盖，且置土面的另一部分的上表面与移土板的上表面平齐。土铲倾斜设置直至所有土均进入移土板时，移土板的竖直挡板位于下方且防止土掉落。

具体包括如下步骤：

(1)将支架埋设于待测土壤表层，信号发射器发射起始信号，动力装置控制土铲铲取土样，土样进入土铲的置土面，所述的置土面的一部分被移土板覆盖，置土面的另一部分不被移土板覆盖，且置土面的另一部分的上表面与移土板的上表面平齐；事先对移土板进行称重，重量为G₀；

(2)所述的土铲完成铲土后使土铲倾斜设置直至所有土均进入移土板；将移土板拆卸后通过机械手取出带有土的移土板，并将移土板放到天平上称重；利用天平对土样和移土板进行称重G₁，由数据采集器读取数据并记录于存储卡内；

(3)称重完成后将移土板放回土铲的置土面并固定，开启电加热板对土进行加热烘干，再将移土板拆卸后通过机械手取出带有烘干土的移土板，待其冷却后，将移土板放到天平上称重，利用天平称量土样和移土板质量G₂，并由数据采集器读取数据并记录于数据存储卡内；

(4)测试完毕的土样放回原处，等待下次测试；

(5)利用电子计算机读取数据存储卡内部数据，并计算土壤含水率：θ＝(G₁-G₂)/(G₂-G₀)。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。