一种土壤水分检测装置及系统的制作方法

本公开的实施方式一般涉及土壤检测，并且更具体地，涉及一种土壤水分检测装置及系统。

背景技术：

1、土壤水分是土壤成分之一，对土壤生产力、植物的生理活动有着多方面的重大影响；也是水循环、能量循环和生物地球化学循环过程中的基本组成部分，在生态、农业、水文和气候等研究领域都具有十分重要的作用。目前广泛使用的有烘干法、时域反射法、频域反射法、电容法、驻波法等，测量范围局限于传感器周围数十厘米，属于点尺度测量方法，土壤水分的代表性较差。而遥感法土壤水分测量范围大，一般在方圆数十公里左右，但受时空、穿透能力、下垫面粗糙度等因素的影响，检测结果偏差较大、测量深度浅，而且当前并没有有效的地面验证方式。

2、宇宙射线中子法土壤水分观测能够实现百米级尺度土壤水分的监测，是一种比较合适的中尺度观测方法，能够在生态区、农田、牧场、小流域等场景快速、准确地提供土壤水分动态信息，为卫星遥感应用提供像元级地面验证技术手段，对气象、生态、土壤、水循环、大气科学等方面研究具有重要意义。而在实际应用环境下，下垫面比较复杂，如植被、雪被等情况，植物、雪等包含的丰富的氢元素，会对土壤水分观测造成一定影响。

技术实现思路

1、根据本公开的实施方式，提供了一种土壤水分检测装置及系统，能够解决百米级空间尺度土壤水分观测在植被、雪被等多场景下的适应性问题。

2、在本公开的第一方面，提供了一种土壤水分检测装置。该检测装置包括：

3、立柱，其设置在立柱基础之上，沿竖直方向设置；

4、在所述立柱的中部设置有快中子传感器和热中子传感器，并且设置在所述立柱的两侧，分别用于检测近地环境的快中子数和热中子数，其中，通过快中子传感器探测近地面环境的快中子数，即可推演计算出大面积的土壤含水量，热中子传感器能够实时检测地表热中子信息，可直接反演植被生物量、雪深等环境信息。

5、在所述立柱的中部还设置有机箱，在所述机箱内设置有气压传感器、与各传感器连接的信息处理计算模块、与信息处理计算模块连接的通讯模块；

6、在所述快中子传感器和所述热中子传感器上方设置有空气温度传感器、空气湿度传感器和天线，所述空气温度传感器和所述空气湿度传感器设置在所述立柱的两侧并与所述快中子传感器和所述热中子传感器对应；

7、在所述空气温度传感器、所述空气湿度传感器和所述天线的上方设置有发电装置；

8、在所述立柱的一侧设置有电源箱，所述电源箱设置在电源箱基础之上，在电源箱外侧设置有雨量传感器；

9、所述电源箱与所述发电装置连接，并与各传感器、信息处理计算模块和通讯模块连接。

10、如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，在所述立柱设置有中子传感器连接部，所述中子传感器连接部从所述立柱沿横向延伸；

11、所述快中子传感器和所述热中子传感器设置于所述中子传感器连接部的延伸方向上而位于同样的高度。

12、如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述中子传感器连接部具有上连接部和下连接部，分别将所述快中子传感器、所述热中子传感器的上部和所述快中子传感器、所述热中子传感器的下部与所述立柱连接固定；

13、所述上连接部的中心和所述下连接部的中心均设置有抱箍，上、下连接部从抱箍的对置的两侧面分别沿水平方向延伸出横臂；

14、所述下连接部的横臂的延伸末端分别设置有具有凹槽的支座，所述上连接部的横臂的延伸末端分别设置有抱箍。

15、如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述天线与所述立柱连接，形成为t字形；

16、所述空气温度传感器和所述空气湿度传感器分别安装在t字形天线一横臂的两端。

17、如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述发电装置包括太阳能发电装置、风力发电装置中的至少一种。

18、如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述太阳能发电装置，包括，

19、设置于所述立柱上部的太阳能电池板；和

20、设置于所述机箱内，与所述太阳能电池板连接的太阳能控制器；

21、所述太阳能电池板具有两个，分别设置在所述立柱的两侧并与所述快中子传感器和所述热中子传感器对应。

22、如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，在所述立柱的上端设置有避雷针。

23、如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述立柱形成为中空杆体结构，所述电源箱与所述立柱之间连接有中空的穿线管，线缆从所述立柱、所述穿线管的内部走线连接。

24、在本公开的第二方面，提供了一种土壤水分检测系统。该检测系统包括：在待检测区域离散分布多个如本公开第一方面所述的土壤水分检测装置。

25、本实用新型的一种土壤水分检测装置及系统，基于近地面环境中快中子强度与土壤水分呈反比的关系，通过设置在装置中的位于地面上方的快中子传感器和热中子传感器检测近地面自然环境中的快中子强度和热中子强度，然后信息处理计算模块先根据其他传感器采集的其他要素（气压、空气温度、空气湿度、雨量等）数据参数对快中子强度进行修正，进而由快中子强度和热中子强度反演模型算法计算出准确的观测区域的土壤水分。本土壤水分检测装置是通过宇宙射线中子法进行土壤水分检测的，中子在空气中平均自由程较大，且对氢元素敏感程度远远大于近地面其他元素，因此，测量范围可达数百米。快中子对土壤水分相态、土壤盐度等土壤化学性质、及土壤温度等不敏感，通过快中子强度数据推演计算出检测区域的土壤水分，再经过热中子强度数据剔除下垫面植被、雪被等影响后，可实现复杂下垫面下全天候的土壤水分的准确观测。

26、此外，供电系统包括太阳能发电装置和风力发电装置中的至少一种，通过太阳能或风力发电，能够实现检测装置的自供电，无需再布设市电线路，大大节省人力和材料成本。

27、进一步地，立柱上安装有机箱，气压传感器、信息处理计算模块、通讯模块等各设备均安装于机箱内，便于设备的防护，避免外部恶劣环境对其使用寿命的影响。

28、此外，本实用新型的土壤水分检测装置可以单独成站，也可以离散地分布在待检测区域形成监测网络，组成土壤水分检测系统，以扩大监测范围。

29、应当理解，
技术实现要素：
部分中所描述的内容并非旨在限定本公开的实施方式的关键或重要特征，亦非用于限制本公开的范围。本公开的其它特征将通过以下的描述变得容易理解。

技术特征：

1.一种土壤水分检测装置，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的土壤水分检测装置，其特征在于，

3.根据权利要求2所述的土壤水分检测装置，其特征在于，

4.根据权利要求1所述的土壤水分检测装置，其特征在于，

5.根据权利要求1所述的土壤水分检测装置，其特征在于，

6.根据权利要求5所述的土壤水分检测装置，其特征在于，

7.根据权利要求1所述的土壤水分检测装置，其特征在于，

8.根据权利要求1所述的土壤水分检测装置，其特征在于，

9.一种土壤水分检测系统，其特征在于，

技术总结
本技术提供了一种土壤水分检测装置及系统，属于土壤检测技术领域，包括：立柱，其设置在立柱基础之上，在立柱的中部设置有快中子传感器和热中子传感器，并且设置在立柱的两侧，分别用于检测近地环境的快中子数和热中子数，在立柱的中部设置有机箱，在机箱内设置有气压传感器、信息处理计算模块、通讯模块，在快中子传感器和热中子传感器上方设置有空气温度传感器、空气湿度传感器和天线，在空气温度传感器、空气湿度传感器和天线的上方设置有发电装置，在立柱的一侧设置有电源箱，在电源箱外侧设置有雨量传感器。本技术的检测装置能够在植被、雪被等复杂场景下准确观测百米级尺度区域内的土壤水分。

技术研发人员：朱永超,吴东丽,宏观,张本志,雷勇,石耀辉,杨大生,刘聪,张静,张全军,于亮亮,宋善俊,董静
受保护的技术使用者：中国气象局气象探测中心
技术研发日：20231120
技术公布日：2024/2/25