一种自动土壤水分观测仪校准系统的制作方法

1.本实用新型涉及传感器技术领域，具体涉及一种自动土壤水分观测仪校准系统。


背景技术：

2.目前已有近3000套自动土壤水分观测仪在各地列装，承担土壤墒情的业务观测工作。根据行业规定，纳入业务使用的自动土壤水分观测仪每两年需到实验室进行定期校准，以保证自动土壤水分观测仪的正常工作。
3.在设备送检过程中，有条件的土壤水分观测站需要更换备件保证进行连续观测；没有条件的土壤水分观测站则需要中断观测，临时更换备件的土壤水分观测站数据连续性受到一定影响，而中断观测更是会直接造成数据中断。
4.同时，送检设备在运用传统的烘干称重法对其校准过程中，测试时间长，工作量大，效率低。在校准工作中，利用石英砂或玻璃砂配置模拟土壤标准样本，复现性差、精度低、成本高，加上运输过程中受到影响，不能从根本上保证设备校准后的测量稳定性和测量精度。


技术实现要素：

5.1、实用新型要解决的技术问题
6.本实用新型目的在于解决现有技术中存在的上述技术问题，提供一种自动土壤水分观测仪校准系统，它能解决自动土壤水分观测仪无法现场校准的现状，更好的保障气象业务观测，提高观测数据的准确性。
7.2、技术方案
8.为解决上述问题，本实用新型提供的技术方案为：
9.一种自动土壤水分观测仪校准系统，包括导杆，所述导杆上设有控制处理单元，以及至少一个与所述控制处理单元电连接的土壤水分传感器，还包括为土壤水分传感器供电的电源，以及套设于所述土壤水分传感器外侧且与所述土壤水分传感器相贴合的标准器，所述标准器内包含的介质的介电常数已知。
10.可选地，所述标准器包括套环，所述套环内部中空，用以填充介电常数已知的介电常数标准物质。
11.可选地，所述套环的材质为环氧树脂或有机玻璃。
12.可选地，所述介电常数标准物质为二氧化钛。
13.可选地，所述土壤水分传感器包括：骨架，套设于所述导杆上；采集单元，与所述控制处理单元电连接；正极铜环，套设于所述骨架一端外侧且与所述采集单元电连接；负极铜环，套设于所述骨架另一端外侧且与所述采集单元电连接。
14.可选地，所述骨架外侧壁的中部设有隔离条，所述正极铜环和负极铜环分别位于所述隔离条的两侧，所述骨架外侧壁的两端均设有第一弹性凸起。
15.可选地，还包括用于定位所述土壤水分传感器在所述导杆上的相对位置的定位固
定结构。
16.可选地，所述定位固定结构包括设于所述导杆上的定位槽，以及设于所述土壤水分传感器上与所述定位槽相配合的第二弹性凸起。
17.可选地，所述定位槽沿所述导杆的长度方向间隔设置有多个。
18.可选地，所述导杆上沿其长度方向设有用于布置线路的线槽。
19.3、有益效果
20.采用本实用新型提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：
21.本自动土壤水分观测仪校准系统提供了一种精准稳定、小巧便携的现场校准方式，提高校准工作的复现性和精度，降低成本，解决了自动土壤水分观测仪无法现场校准的现状，更好的保障气象业务观测，提高观测数据的准确性。
附图说明
22.图1为本实用新型实施例提出的一种自动土壤水分观测仪校准系统的结构示意图；
23.图2为本实用新型实施例提出的一种自动土壤水分观测仪校准系统中土壤水分传感器的结构示意图；
24.图3为本实用新型实施例提出的一种自动土壤水分观测仪校准系统中标准器的剖面示意图；
25.图4为本实用新型实施例提出的一种自动土壤水分观测仪校准系统中导杆的结构示意图；
26.1、导杆；1a、线槽；2、控制处理单元；3、土壤水分传感器；31、骨架；32、采集单元；33、正极铜环；34、负极铜环；35、隔离条；36、第一弹性凸起；4、标准器；41、套环；42、介电常数标准物质；5、定位槽；6、第二弹性凸起；7、凸边。
具体实施方式
27.为使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施方式，对本实用新型进行进一步的详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用以解释本实用新型，并不限定本实用新型的保护范围。
28.需要说明的是，当元件被称为“固定于”、“设置于”、“固设于”或“安设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。进一步地，当一个元件被认为是“固定连接”另一个元件，二者可以是可拆卸连接方式的固定，也可以不可拆卸连接的固定，如套接、卡接、一体成型固定、焊接等，在现有技术中可以实现，在此不再累赘。当元件与另一个元件相互垂直或近似垂直是指二者的理想状态是垂直，但是因制造及装配的影响，可以存在一定的垂直误差。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
29.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本实用新型。本文所使用的术语“及/或”包
括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
30.本实用新型中涉及的“第一”、“第二”不代表具体的数量及顺序，仅仅是用于名称的区分。
31.结合附图1-4，本实施例的一种自动土壤水分观测仪校准系统，包括导杆1，所述导杆1上设有控制处理单元2，以及至少一个与所述控制处理单元2电连接的土壤水分传感器3，所述控制处理单元2具体为具有数据处理功能的控制器或控制芯片，主要用于接收所述土壤水分传感器3采集到的数据并计算处理，土壤水分传感器3为市面上可以直接购买得到的型号为dzn2和dzn3的土壤水分传感器，还包括套设于所述土壤水分传感器3外侧且与所述土壤水分传感器3相贴合的标准器4，所述标准器内包含的介质的介电常数已知，所述标准器4主要用于提供稳定且已知介电常数环境，以单一介电常数物质替代玻璃砂作为模拟土壤标准样本，从而对土壤水分传感器3进行校准检测。
32.通过分析自动土壤水分观测仪的测量原理，主要是感应周围电场中介电常数的变化，反应在仪器输出的电信号变化来计算土壤含水量的变化。模拟标准土壤样本就是提供模拟电场环境，通过在标准土壤样本中含水量和仪器测量输出信号比对，达到对仪器技术指标的评定。因此，选用一种稳定的单一物质，提供稳定的、精确的，轻易复现电场环境，作为标准土壤样本的替代品在技术路线上是可行的。
33.单一液体或固体介质，电场的均匀分布对设备校准有着绝对的优势，将大大降低土壤或石英砂产生的不确定度，同样不需要进行土壤和水的配比问题，减少了各种制备操作问题带来的不确定度。单一液体或固体介质其物理特性由物质特性决定，可直接将标准溯源至该介质的介电常数特性，建立量值溯源传递链。因此，通过选取液体或固体物质作为替代校准样本，并没有改变直接测量比对校准方式，但从很大程度降低或减少不必要环节带来的不确度影响。本实施例中选用介电常数已知的介质作为标准器4内标准样本土壤，基于fdr(frequency domain reflectometry)频域反射法原理，该标准器4对应的土壤水分含量数值作为标准值。将标准器4套设于待校准仪器——自动土壤水分传感器3外侧，同样基于fdr频域反射法原理，自动土壤水分传感器3可测得标准器4内的介电常数环境对应土壤水分含量作为测量值，和标准值进行比较，运算差值，即可实现对自动土壤水分传感器3校准。在现场校准时，带上标准器4，分别对导杆1上布设的多个自动土壤水分传感器3进行校准，在此基础上，为提高校准效率，节省时间，通过多个标准器，分别套设于导杆1上的多个自动土壤水分传感器3上，可同时，一次性实现对多个自动土壤水分传感器3的校准。
34.本自动土壤水分观测仪校准系统中标准器4对自动土壤水分观测仪校准能力的稳定性，主要受到标准器4内的介电常数提供物质的介电常数稳定性影响，不受其他影响，稳定性能远超用玻璃砂与水混合制备的模拟土壤的稳定性。
35.所述土壤水分传感器3基于fdr(frequency domain reflectometry)频域反射法实现对土壤水分的检测，具体可参考文献：基于fdr技术的土壤水分传感器设计；张宪法，姜晶，王劲松(中国电子科技集团公司第49研究所，黑龙江哈尔滨150001)。即：通过对土壤水分、介电常数和仪器测量信号值的关联性研究，再经拟合换算，可准确的得出土壤中水分含量的变化。基于标准器的介电常数已知，相应地，标准器对应的标准水分含量已知且是标准的；土壤水分传感器3经采集单元，控制处理单元，拟合换算得到的水分含量，与上述标准水分含量之差，即为土壤水分传感器3的测量误差，可实现对土壤水分传感器3的校准。
36.作为本实用新型的可选方案，所述土壤水分传感器3包括骨架31，套设于所述导杆1上，所述骨架31的中部具有与所述导杆1相适配的开槽，插接配合于所述导杆1上；采集单元32，与所述控制处理单元2电连接，所述采集单元32为固定安装于所述骨架31内侧的电路板，主要用于采集相关的数据以提供给所述控制处理单元2；正极铜环33，套设于所述骨架31一端外侧且与所述采集单元32电连接；负极铜环34，套设于所述骨架31另一端外侧且与所述采集单元32电连接，所述正极铜环33和负极铜环34与所述标准器4的内壁接触且紧密贴合在一起。
37.作为本实用新型的可选方案，所述导杆1上沿其长度方向可同时设置多个土壤水分传感器3，从而便于测量土壤的不同层的水分，相邻两个所述土壤水分传感器3的距离由单个所述土壤水分传感器3的测量范围决定，以防止相邻两个所述土壤水分传感器3之间的测量空白区域。
38.作为本实用新型的可选方案，所述标准器4包括套环41，所述套环41套设于所述土壤水分传感器3的骨架31外侧且与所述正极铜环33和负极铜环34抵接接触，所述套环41内部中空，用以填充介电常数已知的介电常数标准物质42，本实施例中，所述套环41的材质为环氧树脂或有机玻璃，环氧树脂和有机玻璃均具有较好的防磨损效果，所述介电常数标准物质42为二氧化钛，二氧化钛的介电常数较高。
39.作为本实用新型的可选方案，所述介电常数标准物质42的厚度根据不同测量点需要，厚度为2到4cm；所述套环41作为外壁，厚度不超过0.5cm。
40.作为本实用新型的可选方案，所述骨架31外侧壁的中部设有隔离条35，所述正极铜环33和负极铜环34分别位于所述隔离条35的两侧，以使所述正极铜环33和负极铜环34间隔设置，所述骨架31外侧壁的两端均设有第一弹性凸起36，所述第一弹性凸起36凸起于所述骨架31的外侧壁设置，从而有效防止所述正极铜环33和负极铜环3从所述骨架31上脱落，且在安装时，可通过按压两端的第一弹性凸起36以便于将所述正极铜环33和负极铜环34套入至所述骨架31上，实现所述正极铜环33和负极铜环34的快速安装固定。
41.作为本实用新型的可选方案，还包括用于定位所述土壤水分传感器3在所述导杆1上的相对位置的定位固定结构，通过所述定为固定结构主要是为了将所述土壤水分传感器3安装至所述导杆1上的固定位置，限制所述土壤水分传感器3相对于所述导杆1滑动，具体的来说，所述定位固定结构包括设于所述导杆1上的定位槽5，以及设于所述土壤水分传感器3上与所述定位槽5相配合的第二弹性凸起6，所述导杆1上沿其长度方向设有凸边7，所述定位槽5为开设于所述凸边7上的通孔，所述第二弹性凸起6弹性连接于所述土壤水分传感器3的骨架31上并与所述凸边7相抵接，所述凸边7限制所述第二弹性凸起6复位，在所述第二弹性凸起6滑动至所述定位槽5为的位置时嵌入至所述定位槽5内以限制所述第二弹性凸起6继续沿所述导杆1长度方向滑动，进而使得所述土壤水分传感器3固定于所述导杆1上，当然地，所述定位槽5可所述导杆1的长度方向间隔设置多个，从而便于用户同时安装多个土壤水分传感器3，同时，土壤水分传感器3的安装位置可自由调节，以测量不同层的土壤的水分；与此同时，所述第二弹性凸起6和定位槽5的配合结构也可参考折叠雨伞上的弹性卡位凸起结构。
42.作为本实用新型的可选方案，为了便于线路的布置，所述导杆1上沿其长度方向设有用于布置线路的线槽1a，所述线槽1a由所述导杆1向内凹陷形成，在此基础上，所述控制
处理单元2和采集单元32通过插针结构的方式实现快速连接，插针结构为常见的电连接方式，故不在此赘述。
43.以上示意性的对本实用新型及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本实用新型的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本实用新型创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本实用新型的保护范围。