本發明專利技術公開了一種基于時域傳輸技術（TDT）的土壤水分傳感器標定裝置及方法，該傳感器探頭主要由內置電路板、同軸電纜、銅線、環氧樹脂等組成，該標定裝置主要由萬用表、電池、有機玻璃柱、土柱、TDT傳感器、電子天平、馬里奧特瓶（馬氏瓶）、人工氣候箱組成，本發明專利技術標定方法可對不同土質進行標定，得到標定曲線和相關系數，還能得到溫度率定曲線從而很好的實現溫度補償，本發明專利技術標定方法得到的參數對TDT土壤水分傳感器性能評價、后續完善開發及實際應用具有重要意義。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及測量
，尤其一種基于時域傳輸技術(TDT)的土壤水分傳感器的標定方法。
技術介紹
目前，國際上有很多土壤水分測定技術，其中稱重法為標準方法，中子儀法為第2標準方法，時域反射法(TDR)為主流方法，另外還有Y射線(透射)法、電阻法和頻域反射法(FDR)等。不同的測定技術具有各自不同的應用條件和優缺點。以TDR方法為例，該技術具有方便、快速、準確和可實現定點自動監測土壤水分動態變化等特點。但是TDR儀器價格相對比較昂貴，對使用者的知識和技術水平要求較高，限制了該技術在實際農業生產中的推廣和普及。FDR技術與TDR技術相似，而其他方法在綜合評價上要遠差于TDR和FDR方法。從未來土壤含水量測定方法的發展來看，高精度、低成本、非破壞和自動化必將是其發·展的主要方向。近年來，一種時域傳輸技術(TDT)在土壤水分測定方面正在受到廣泛關注。與TDR技術相比，TDT技術最大的特點是電磁波在介質中單程傳播，檢測的是電磁波單向傳輸的信號，可以在相對較低的頻率(幾百兆赫茲)下運行。儀器線路設計比較簡單，除具備TDR所具有的高精度，破壞小，自動化等優點外，還具有低成本，易操作的優勢，便于推廣使用。 目前市面上一些廠家如Precision Soil & Water Solutions Ltd生產的TDT傳感器探頭，一般有效長度20cm;前端呈錐形，長3cm，便于插入土體內部，探頭內部裝有電路板，表面以雙螺旋形式纏有銅線，最外層均勻涂有環氧樹脂封裝。探頭尾端導出同軸電纜，用于連接供電設備，同時輸出測量結果信號。TDT傳感器主要原理如圖I所示，是通過測定電磁波單程傳播到探頭末端時接收信號和初始發射信號之間的相位差大小來反映土壤3相體系的介電性質，進而可以準確測定土壤含水量。儀器的電路部分的主要元器件包括脈沖發射器，相位比較器和電壓轉化裝置。脈沖發射器發射周期性的方形波，電磁波發射后I路信號經過介質傳輸到接收端，獲得傳輸信號。另I路信號不經過介質直接沿傳輸線傳輸到接收端，作為參考信號。兩路信號通過相位比較器進行鑒相處理得到相位差，最終相位差被轉化成I個相對輸出電壓。采用TDT 土壤水分傳感器測量前，必須先對TDT 土壤水分傳感器在不同土質、不同溫度下的測量情況進行標定。現有的標定方法和標定儀器不全，尤其是基于時域傳輸技術(TDT)的土壤水分傳感器，國內未見相關產品及標定方法。
技術實現思路
本專利技術目的是提供一種對基于時域傳輸技術(TDT)的土壤水分傳感器在不同土質、不同溫度下的測量情況的標定裝置及方法。本專利技術的技術方案是一種基于時域傳輸技術的土壤水分傳感器標定裝置，它包括有機玻璃柱、土柱、TDT傳感器、馬里奧特瓶(馬氏瓶)、人工氣候箱，所述有機玻璃柱為柱形容器，內徑11cm，高25cm，下端閉合，上端開口，在所述有機玻璃柱左右兩側距離底面約O.5cm處各有一開口，開口內徑約O. 5cm,開口通過橡皮軟管與馬氏瓶相連，所述TDT傳感器探頭固定于有機玻璃柱中心位置，所述土柱高20cm，均勻填充在有機玻璃柱內部，且與TDT傳感器探頭緊密接觸。優選的，所述有機玻璃柱底部放置一塊塑料泡沫，所述塑料泡沫直徑11cm，高3cm,所述TDT傳感器探頭前端插入塑料泡沫3cm。優選的，所述馬氏瓶內有刻度線，容積為2L，可通過開關精確控制往有機玻璃柱內所加水的體積。優選的，所述TDT傳感器探頭導出若干同軸電纜，其中兩根與9V電池相連，為TDT傳感器提供電源，三根與萬用表相連，讀取測量結果輸出信號(結果以電壓形式輸出)。優選的，所述有機玻璃柱頂端開口處的土柱表面覆蓋一層保鮮膜密封，防止土柱中水分蒸發。—種基于時域傳輸技術的土壤水分傳感器標定方法，其特征在于繪制土壤體積含水量-傳感器輸出電壓標定曲線包括以下步驟 (1)標定前，先測定土柱質量，有機玻璃柱(含土柱和TDT傳感器探頭)總質量和土柱體積,土柱初始體積含水量； (2)為便于加水，馬氏瓶應放置在高于有機玻璃柱的位置，盛有土柱和TDT傳感器探頭的有機玻璃柱放置于電子天平上，萬用表和電池不可放于電子天平上，其中，萬用表、電池、電子天平只在讀數時保持開啟狀態，其余時間保持關閉狀態； (3)標定時，打開馬氏瓶開關，向土柱內加入設計水量，關閉馬氏瓶，靜置24小時后，通過電子天平讀取有機玻璃柱總質量，通過萬用表讀取TDT 土壤水分傳感器的輸出電壓，再次打開馬氏瓶，加入與前一次等量的水，24小時后讀數，依次類推，直到土柱飽和，則本次標定終止； (4)獲得每次加水穩定后測得的有機玻璃柱總質量和TDT土壤水分傳感器輸出電壓后，結合步驟(I)中的數據，即可繪制土壤的標定曲線，從曲線中可以獲得土壤體積含水量-傳感器輸出電壓的線性擬合函數，以及相關系數，所述相關系數越接近于1，則說明TDT土壤水分傳感器性能越優越。優選的，當進行溫度標定時，需要繪制溫度率定曲線，其步驟如下 (1)將整套標定裝置放入人工氣候箱內，設定氣候箱溫度為10°c，持續4小時以確保溫度穩定后讀取萬用表數據和氣候箱溫度數據； (2)將氣候箱溫度分別設定在20°C、30°C、40°C、50°C下，重復上述步驟(I)的操作，待溫度穩定后獲得萬用表數據和氣候箱溫度數據； (3)向土柱中加水改變土柱的體積含水量，然后重復上述步驟(I)(2)的操作，結合每一溫度下得到的萬用表數據和氣候箱溫度數據，可繪制土壤在不同體積含水量下的溫度率定曲線，從曲線中可以得到傳感器輸出電壓和溫度的相關系數，該相關系數越接近I就說明能很好地實現溫度補償。所述人工氣候箱控溫范圍_5°C _60°C，精度為O. 1°C。本專利技術的優點是 I.本專利技術標定裝置可對不同土質進行標定，得到標定曲線和相關系數，還能得到溫度率定曲線從而很好的實現溫度補償； 2.本專利技術標定方法得到的參數對TDT 土壤水分傳感器性能評價、后續完善開發及實際應用具有重要意義。附圖說明下面結合附圖及實施例對本專利技術作進一步描述 圖I為TDT 土壤水分傳感器工作原理 圖2為TDT 土壤水分傳感器標定裝置及TDT探頭示意 圖3為常溫下TDT 土壤水分傳感器對砂土的標定曲線和相關系數； 圖4為常溫下TDT 土壤水分傳感器對粉質粘土的標定曲線和相關系數； 圖5為常溫下TDT 土壤水分傳感器對粘土的標定曲線和相關系數； 圖6為控溫條件下TDT 土壤水分傳感器對砂土標定時的溫度率定曲線。具體實施例方式實施例下面以TDT 土壤水分傳感器標定砂土為例，說明本標定方法的具體使用方案，但本專利技術裝置的使用不限于此。(I)、標定裝置的安裝 標定裝置的安裝如圖2所示。為便于加水，馬氏瓶應放置高于有機玻璃柱Im處。盛有土柱和TDT傳感器探頭的有機玻璃柱放置于電子天平上，萬用表和電池不可放于電子天平上。其中，萬用表、電池、電子天平只在讀數時保持開啟狀態，其余時間保持關閉狀態。(2)、讀數 標定砂土時，初始設計土柱的體積含水量為5%，每次的加水量相當于5%體積含水量，直到土柱飽和為止。標定實驗開始時，打開馬氏瓶開關，向土柱內加入設計水量，關閉馬氏瓶，靜置24小時后，通過電子天平讀取有機玻璃柱總質量，通過萬用表讀取TDT 土壤水分傳感器的輸出電壓。再次打開馬氏瓶，加入與前一次相同的水量(即5本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種基于時域傳輸技術的土壤水分傳感器標定裝置，其特征在于：它包括有機玻璃柱、土柱、TDT傳感器、馬里奧特瓶（馬氏瓶）、人工氣候箱，所述有機玻璃柱為柱形容器，下端閉合，上端開口，在所述有機玻璃柱左右兩側接近底面處各有一開口，開口通過橡皮軟管與馬氏瓶相連，所述TDT傳感器探頭固定于有機玻璃柱中心位置，所述土柱均勻填充在有機玻璃柱內部，且與TDT傳感器探頭緊密接觸。
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：沈征濤，周春慧，施斌，
申請(專利權)人：蘇州南智傳感科技有限公司，
類型：發明
國別省市：
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