基于EIT系统的便携式土壤水分监测仪及使用方法

本发明属于环境土壤监测领域，尤其是涉及一种基于eit系统的便携式土壤水分监测仪及使用方法。

背景技术：

1、土壤盐分与土壤电阻率之间的关系，国外最常用的是利用测量土壤表观电导率的方法来获得土壤盐分的含量，在中国，由于土壤表观电导率的原位测量方法中的接触式电阻法和时域反射法原理简单、成本小，因此被中国广泛采用。传统的土壤水分检测方法有时域反射法、频域反射法、驻波比法等，在农业应用中存在检测过程烦琐、破坏土壤结构、不能反映土壤水分盐分的空间分布等不足。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明旨在提出一种基于eit系统的便携式土壤水分监测仪及使用方法，以实时采集土壤电导率数据，便于携带，能够及时反馈于成像系统，可以很好的根据三维成像情况查看土壤盐分水分及空间分布情况。

2、为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

3、基于eit系统的便携式土壤水分监测仪，所述eit系统包括用于测量阻抗信号的多个电极，电极通过电极导线连接eit系统，还包括电极环、导线出口、管道和钻头；所述电极环为一圆环用于承载传输导线，其上开设多个间隔排布的导线出口，每个导线出口连接一管道；所述管道整体呈圆柱形，向电极环下方垂直延伸，管道内部设置容置空间，容置空间内设置多条所述电极导线，管道侧壁上开设多个安装孔，安装孔内设置所述电极；所述管道末端设置钻头，钻头整体呈圆锥形，其末端设置用于插入土壤的尖顶。

4、进一步的，所述电极环上设置总传输导线和总输出导线，所述总传输导线包括多条，总传输导线围绕电极环的圆周设置，每个所述总传输导线连接一总输出导线，总输出导线末端设置传输接口。

5、进一步的，所述电极沿管道的长度方向间隔均匀排布，设置在同一管道上的电极为一管道电极组，每个管道电极组中的电极通过设置在同一管道内的电极导线分别经所述总传输导线连至总输出导线。

6、进一步的，所述电极环的内径为50至55cm，外径为56至60cm，厚度为10至20mm，所述电极环1采用聚甲基丙烯酸甲酯、或聚碳酸酯制成。

7、进一步的，所述管道的管径为20至25mm，长度为50至60cm，壁厚为3至5mm；所述管道采用抗高压耐腐蚀绝缘材料制成，所述抗高压耐腐蚀绝缘材料包括玻璃纤维、聚氯乙烯和环氧酚醛玻璃。

8、进一步的，所述电极为圆形电极，电极的直径为5至10mm，多个电极之间的间隔为10至13cm，每个所述管道设置个电极，所述电极采用耐腐蚀合金材料制成，所述耐腐蚀合金材料包括哈氏合金b、哈氏合金c、钛合金或钼合金。

9、进一步的，所述钻头高为30至50mm，底面直径为20至25mm，壁厚为3mm至5mm；所述钻头采用抗高压耐腐蚀绝缘材料制成，所述抗高压耐腐蚀绝缘材料包括玻璃纤维、聚氯乙烯或环氧酚醛玻璃。

10、本发明还提供一种基于eit系统的便携式土壤水分监测仪的使用方法，包括以下步骤：

11、步骤1：将管道末端钻头的尖顶贴于待测地面，通过施加一定压力将管道压入土壤内部目标位置；

12、步骤2：通过eit系统向所述总传输导线发送电流信号，并通过所述总输出导线获取反馈的测量数据；

13、步骤3：根据所述测量数据，利用matlab算法进行成像。

14、进一步的，所述电流信号的电流施加值为10至120ma；所述目标位置的电极嵌入土壤深度为0至60cm；所述matlab算法包括ht-gn算法、tikhonov算法和tikhonov-tv的正则化算法。

15、相对于现有技术，本发明所述的基于eit系统的便携式土壤水分监测仪及使用方法具有以下优势：

16、（1）本发明通过所述的电极环、导线出口、管道和钻头，能够实现对土壤空间结构的实时测量，观测土壤盐分与土壤电阻率之间的关系，利用eit成像技术可以实时观测到土壤的空间水分盐分分布；与传统电极相比可以更深入的探测土壤下的水分盐分分布情况。本发明土壤水分监测仪便于携带，且电极材料具有良好耐腐蚀性和导电性，管道抗压能力强，可深入50-60cm不会损坏。

17、（2）本发明还提供一种基于eit系统的便携式土壤水分监测仪的使用方法，可以实时采集土壤电导率数据，及时反馈于成像系统，有利于更好的根据三维成像情况查看土壤盐分水分及空间分布情况。

技术特征：

1.基于eit系统的便携式土壤水分监测仪，所述eit系统包括用于测量阻抗信号的多个电极(7)，电极(7)通过电极导线(8)连接eit系统，其特征在于：还包括电极环(1)、导线出口(2)、管道(6)和钻头(10)；所述电极环(1)为一圆环用于承载传输导线，其上开设多个间隔排布的导线出口(2)，每个导线出口(2)连接一管道(6)；所述管道(6)整体呈圆柱形，向电极环(1)下方垂直延伸，管道(6)内部设置容置空间，容置空间内设置多条所述电极导线(8)，管道(6)侧壁上开设多个安装孔(9)，安装孔(9)内设置所述电极(7)；所述管道(6)末端设置钻头(10)，钻头(10)整体呈圆锥形，其末端设置用于插入土壤的尖顶(11)。

2.根据权利要求1所述的基于eit系统的便携式土壤水分监测仪，其特征在于：所述电极环(1)上设置总传输导线(3)和总输出导线(4)，所述总传输导线包括多条，总传输导线(3)围绕电极环(1)的圆周设置，每个所述总传输导线(3)连接一总输出导线(4)，总输出导线(4)末端设置传输接口(5)。

3.根据权利要求2所述的基于eit系统的便携式土壤水分监测仪，其特征在于：所述电极(7)沿管道(6)的长度方向间隔均匀排布，设置在同一管道(6)上的电极(7)为一管道电极组，每个管道电极组中的电极(7)通过设置在同一管道内的电极导线(8)分别经所述总传输导线(3)连至总输出导线(4)。

4.根据权利要求1所述的基于eit系统的便携式土壤水分监测仪，其特征在于：所述电极环(1)的内径为50至55cm，外径为56至60cm，厚度为10至20mm，所述电极环1采用聚甲基丙烯酸甲酯、或聚碳酸酯制成。

5.根据权利要求1所述的基于eit系统的便携式土壤水分监测仪，其特征在于：所述管道(6)的管径为20至25mm，长度为50至60cm，壁厚为3至5mm；所述管道(6)采用抗高压耐腐蚀绝缘材料制成，所述抗高压耐腐蚀绝缘材料包括玻璃纤维、聚氯乙烯和环氧酚醛玻璃。

6.根据权利要求1所述的基于eit系统的便携式土壤水分监测仪，其特征在于：所述电极(7)为圆形电极，电极的直径为5至10mm，多个电极(7)之间的间隔为10至13cm，每个所述管道设置(5)个电极，所述电极(7)采用耐腐蚀合金材料制成，所述耐腐蚀合金材料包括哈氏合金b、哈氏合金c、钛合金或钼合金。

7.根据权利要求1所述的基于eit系统的便携式土壤水分监测仪，其特征在于：所述钻头（10）高为30至50mm，底面直径为20至25mm，壁厚为3mm至5mm；所述钻头(10)采用抗高压耐腐蚀绝缘材料制成，所述抗高压耐腐蚀绝缘材料包括玻璃纤维、聚氯乙烯或环氧酚醛玻璃。

8.根据权利要求1至7任一权利要求所述的基于eit系统的便携式土壤水分监测仪的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

9.根据权利要求8所述的基于eit系统的便携式土壤水分监测仪的使用方法，其特征在于，所述电流信号的电流施加值为：10至120ma；所述目标位置的电极嵌入土壤深度为0至60cm；所述matlab算法包括ht-gn算法、tikhonov算法和tikhonov-tv的正则化算法。

技术总结
本发明提供了一种基于EIT系统的便携式土壤水分监测仪，属于环境土壤监测领域，EIT系统包括用于测量阻抗信号的多个电极，电极通过电极导线连接EIT系统，还包括电极环、导线出口、管道和钻头；电极环为一圆环用于承载传输导线，其上开设多个间隔排布的导线出口，每个导线出口连接一管道；本发明还提供一种基于EIT系统的便携式土壤水分监测仪的使用方法；本发明旨在提出一种基于EIT系统的便携式土壤水分监测仪及使用方法，以实时采集土壤电导率数据，便于携带，能够及时反馈于成像系统，可以很好的根据三维成像情况查看土壤盐分水分及空间分布情况。

技术研发人员：王捷,徐莹莹
受保护的技术使用者：沧州市天津工业大学研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15