专利名称：一种土壤水分速测装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种土壤水分速测装置。
背景技术：
水分是土壤中的一个重要组成部分，它不仅影响着土壤的物理性质，而且是土壤——作物——大气连续体系统的重要参数。土壤水分通过一种强烈的非线性方式控制着降水在蒸散发、径流、入渗等水分循环过程中的分配，在维系生态系统的健康运转过程中起着核心作用。在设施农业中，土壤水分的动态监测是设施农业精准灌溉的基本参数，也是影响作物产量的第一要素，及时地采集土壤水分数据，了解土壤水分变化规律，对增加农作物产量具有重要意义。土壤中水分的多少可用两种方法表述一种是以土壤含水量表示，细分为体积含水量和重量含水量，二者之间的关系由土壤容重来换算。另一种是土壤水势，是指从土壤中提取单位水分所需的能量，负值是土壤水吸力。烘干法是土壤水分测定的传统经典方法，即在田间采集代表性的土壤样品，在室内进行烘干，称重，计算土壤水分含量，此方法简单易行，有足够的精度，但费时费力，不能原位重复测量误差主要来源于采样的代表性、天平的精确度以及在烘干过程中有机质氧化分解而损失的重量。因此烘干法测定土壤含水量时，必须注意采样的代表性，为此可增加采样的重复次数来弥补其代表性的不足。在如何快捷、可靠地测定土壤含水量过程中，以烘干法为基础，推出了许多定点而方便的测定方法，如负压计法、中子法、电极法、遥感技术法等。负压计法是利用半透性的陶瓷管埋在土壤中，管内装满水，随着土壤水分的变化管内的负压发生变化，经过换算表示土壤水分。中子法测定土壤含水量事先必须在测定地点埋设套管，并把中子仪的探头放入套管中，直接从读数器上读取慢中子数，再按一定的比例关系换算成土壤体积含水量，此法可定时、定点测定土壤体积含水量。电极法利用了土壤中盐分的导电性，经过仪器采集电信号，转换显示，用于测定土壤水分含量。以上测量方法在实际应用中存在不足，主要表现在步骤较繁琐、仪器成本和精度匹配不适宜携带性、测定速度和操作难易程度也存在不同程度的缺陷。如中子水分仪不能准确测定土壤表层含水量，还受土壤类型、结构、温度和含盐量的影响，长期测定结果稳定性较差；遥感技术可实现区域土壤水分的实时动态监测，但由于土壤水分的空间变异性较大，遥感反演土壤水分过程中不确定性等许多监测理论和技术在深入研究中，精度的提高和服务的实效性尚在探讨中。时域反射仪(Time Domain Reflectometry, TDR) , FDR(频域反射法)^P SffR( 驻波率法)测定土壤水分具有鲜明的特色。一般地，国外仪器在中国的使用具有较强的区域性，需要结合区域特点，对区域性参数进行调整和优化，TDR虽是国外出产的测定土壤水分含量的仪器，但考虑了区域参数的调整和适用性，实现了便携式和商业化，其优越性是在测试土壤水分过程中不破坏土壤原状结构，操作简便，并可直接读取土壤含水量，测定精度高、无辐射、便于原位动态监测。FDR法是测量一定频率下插入含水土壤探头导纳来确定含水土壤的介电常数，进而估计土壤水分。测量精度相对低，受盐分影响大，成本较高，性能也能满足大多数的应用需求。SWR法属于土壤水分介电常数的测量，与TDR方法不同的是这种测量方法不再利用高速延迟线测量入射——反射时间差，而是测量它的驻波比，试验表明三态混合物介电常数的改变能够引起传输线上驻波比的显著变化。利用驻波比原理研制出的仪器在成本上有了很大幅度的降低，但在测量精度和传感器的互换性上不如TDR方法。综上所述，TDR法具有好的实用前景，尤其适于节水灌溉自动控制和精细农作的土壤水分空间分布实时采集系统中，但在与GPS的耦合的实现方面，TDR测定土壤水分(如 TDR300)通过数据采集系统额外连接GPS/DGPS，进行定位水分参数的测定，这种测定需要使用者购置另外的连接线，才能实现土壤水分的定位测定，连接线的使用实现了定位土壤水分的测定，集成性较差。发明内容为解决以上技术上的不足，本实用新型提供了一种结构简单、性价比合理、易普及、集成化程度高的土壤水分速测装置。本实用新型是通过以下措施实现的本实用新型的一种土壤水分速测装置，包括数据控制中心模块以及与数据控制中心模块相连接的土壤水分传感器、通信模块和显示器，所述数据控制中心模块通过集成电路连接GPS集成模块。上述装置GPS集成模块由JAVA开发，并设置有用于连接计算机的US B接口。本实用新型的有益效果是集合了传统方法和TDR法测定土壤水分含量的优点，基于JAVA开发的GPS集成模块与土壤水分的数据控制中心模块紧密集成，并且均为内置，不仅携带方便，测试范围广， 测量精度高，测试结果显示记录快速，效率高，而且实现了定位测定土壤水分信息，无须另外购置GPS连接线，结构简单，造价低，维修方便，适用面广。专门的JAVA接口以运用于计算机设施控制系统，进行设施农业的精准灌溉。
图1为本实用新型的结构框图。
具体实施方式
如图1所示，本实用新型的土壤水分速测装置，包括金属外壳、数据控制中心模块以及与数据控制中心模块相连接的土壤水分传感器、通信模块和显示器，数据控制中心模块通过集成电路连接有GPS集成模块。内置的GPS集成模块，基于JAVA开发，提高了智能监测水平，在不影响GPS信号质量的前提下，此装置将定位监测模块和土壤水分控制中心一体化，集成程度高，性价比强， 操作简单，尤其适合于设施农业的精准灌溉，普适性强，也适用于大田精准灌溉和墒情、旱情信息系统工程中。留有JAVA接口以使装置运用于计算机设施控制系统和便携式设施智能装备系统。其工作原理为由数据控制中心模块获取土壤水分传感器的监测数据，将土壤水分的电信号转换成数字信号，并实时与内置GPS集成模块相连，将GPS数据反馈给数据控制中心模块，从而将土壤水分监测数据和定位信息同时读入数据控制中心模块，数据中心模块发出指令，将土壤水分监测数据和定位信息一并显示在显示器上。通过通信模块，可以与外界进行有线或无线通信。为了提高测定数据的精度，探针的长度控制在必要的范围内，基本和TDR测定土壤水分的探针长度保持一致。上述实施例所述是用以具体说明本专利，文中虽通过特定的术语进行说明，但不能以此限定本专利的保护范围，熟悉此技术领域的人士可在了解本专利的精神与原则后对其进行变更或修改而达到等效目的，而此等效变更和修改，皆应涵盖于权利要求范围所界定范畴内。
权利要求1.一种土壤水分速测装置，包括数据控制中心模块以及与数据控制中心模块相连接的土壤水分传感器、通信模块和显示器，其特征在于所述数据控制中心模块通过集成电路连接有GPS集成模块。
2.根据权利要求1所述的土壤水分速测装置，其特征在于GPS集成模块设置有用于连接计算机的USB接口。
专利摘要本实用新型公开了一种土壤水分速测装置，包括数据控制中心模块以及与数据控制中心模块相连接的土壤水分传感器、通信模块和显示器，所述数据控制中心模块通过集成电路连接有GPS集成模块。本实用新型的有益效果是集合了传统方法和TDR法测定土壤水分含量的优点，基于JAVA开发的GPS集成模块与土壤水分的数据控制中心模块紧密集成，并且均为内置，不仅携带方便，测试范围广，测量精度高，测试结果显示记录快速，效率高，而且实现了定位测定土壤水分信息，无须另外购置GPS连接线，结构简单，造价低，维修方便，适用面广。专门的JAVA接口以运用于计算机设施控制系统，进行设施农业的精准灌溉。
文档编号G01N22/04GK202041479SQ20112013310
公开日2011年11月16日 申请日期2011年4月29日 优先权日2011年4月29日
发明者杨玉建 申请人:山东省农业科学院科技信息工程技术研究中心