一种微型TDR土壤含水量测定探头

摘要

本发明公开了一种微型TDR土壤含水量测定探头。探针A和探针B均弯折成S型且平行排列间距布置，探针A和探针B均安装在支架板上，探针A一端作为焊接点A并与连接导线A的一端焊接相连，探针B一端作为焊接点B并与连接导线B的一端焊接相连；连接导线A和连接导线B穿过支架板在焊接点A和焊接点B处的孔洞后穿出接入同轴电缆，连接导线A与同轴电缆内的同轴电缆外导体相连，连接导线B与同轴电缆内的同轴电缆内导体相连，同轴电缆内导体与信息激发器相连，同轴电缆外导体通过连接导线C与信息采集器相连。本发明的探针对土体含水量数据的测试精度达到10％以内，可以实现对土体含水量的高精度测量，体积为传统TDR探头的30％。

说明书

技术领域

本发明属于检测技术领域的一种含水量测试探头，具体涉及了一种微型TDR土壤含水量测定探头，可用于盆内植物的土体含水量的监测。

背景技术

目前对植物盆内土体含水量检测的TDR技术较少，且多为传统的直线式TDR探头，且探针尺寸不太适用于智慧农业中监测土体含水量，探针体积较大，大部分暴露在空气中，主体无法完全没入土体中进行测量，造成较大误差，且在小型化时探针长度随着探头尺寸缩短会导致探测精度会大大降低；难以满足智慧农业对小型TDR探头尺寸及精度的需求，因此有必要发明一种新型的小型TDR探头。

发明内容

为了解决背景技术中存在的问题，本发明提出了一种S型TDR探头及信息采集装置，能实现对盆内植物土体含水量进行精准测量，克服现有仪器探针有部分暴露在空气中而导致测量数据误差大的问题。本发明的探针通过弯曲成S型能保证探针完全没入土中，且大大提高了测量精度，克服空气干扰，实现含水量监测。

本发明采用的技术方案是：

本发明包括支架板、探针A、探针B、连接导线A、连接导线B、信息激发器、信息采集器、同轴电缆和连接导线C；探针A和探针B均弯折成S型且平行排列间距布置，探针A和探针B均安装在支架板上，探针A一端作为焊接点A并与连接导线A的一端焊接相连，探针B一端作为焊接点B并与连接导线B的一端焊接相连；连接导线A和连接导线B穿过支架板在焊接点A和焊接点B处的孔洞后穿出接入同轴电缆，连接导线A与同轴电缆内的同轴电缆外导体相连，连接导线B与同轴电缆内的同轴电缆内导体相连，同轴电缆内导体与信息激发器相连，同轴电缆外导体通过连接导线C与信息采集器相连。

所述同轴电缆从外到内主要由同轴电缆外绝缘护套、同轴电缆外导体与轴电缆内绝缘护套、同轴电缆内导体所组成。

所述的同轴电缆外包裹环氧树脂密封层，环氧树脂密封层固定于把手上。

所述信号激发器向同轴电缆内导体发出电子信号，并通过连接导线B传递到探针B，探针B发出电磁波，以对土体进行信号探测，电磁波经土体传播后被探针A探测接收，后经同轴电缆外导体发送到信息采集器。

所述的探针A和探针B以及支架板全部插入土中。

本发明的特点和有益效果是：

本发明的探针是呈S型弯折布置的，相较于目前使用的直线型的探针，本发明的探针对粘土含水量数据的测试精度达到10％以内，且又能保证探针完全没入土中，大大减少了暴露在空气中产生的误差，可以实现对盆内植物土体含水量的高精度测量，体积为传统TDR探头的30％。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是图1的1-1剖视图；

图3是图1的2-2剖视图；

图4是图1的3-3剖视图；

图5是本发明探头测试得到的介电常数。

图中：支架板(1)、探针A(2)、探针B(3)、焊接点A(4)、焊接点B(5)、连接导线A(6)、连接导线B(7)、同轴电缆外绝缘护套(8)、环氧树脂密封层(9)、把手(10)、同轴电缆外导体(11)、同轴电缆内绝缘护套(12)、信息激发器(13)、信息采集器(14)、同轴电缆内导体(15)、连接导线C(16)。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进一步说明。

如图1-图3所示，包括支架板1、探针A2、探针B3、连接导线A6、连接导线B7、信息激发器13、信息采集器14、同轴电缆和连接导线C16；探针A2和探针B3均弯折成S型且平行排列间距布置，探针之间保持一定间距弯曲成S型，探针A2和探针B3均通过蚀刻方式安装在支架板1上，探针A2一端作为焊接点A4并与连接导线A6的一端焊接相连，探针B3一端作为焊接点B5并与连接导线B7的一端焊接相连，焊接点A4和焊接点B5均通过焊接方式加固封闭；如图4所示，连接导线A6和连接导线B7穿过支架板1在焊接点A4和焊接点B5处的孔洞后从下方穿出接入环氧树脂密封层9内的同轴电缆，连接导线A6与同轴电缆内的同轴电缆外导体11相连，连接导线B7与同轴电缆内的同轴电缆内导体15相连，同轴电缆内导体15与信息激发器13相连，同轴电缆外导体11通过连接导线C16与信息采集器14相连。探针A2另一端和探针B3另一端之间不连接断路布置。

同轴电缆从外到内主要由外层的同轴电缆外绝缘护套8、同轴电缆外导体11与内层的同轴电缆内绝缘护套12、同轴电缆内导体15所组成。同轴电缆外包裹环氧树脂密封层9，环氧树脂密封层9固定于把手10上。

探针A2和探针B3以及支架板1全部插入土中，信号激发器13向同轴电缆内导体15发出电子信号，并通过连接导线B7传递到探针B3，探针B3发出电磁波，以对土体进行信号探测，电磁波经土体传播后被探针A2探测接收，后经同轴电缆外导体16发送到信息采集器14。

信息采集器14为接收探针A2在探测土体后传回的信号并进行采集的仪器。

工作时将探头插入土体至指定深度，保证支架板全部没入土中，打开外设电路，启动信号激发器，使探头开始监测工作，并将收集到的时域反射波形数据信号传回信息采集器，信息采集器将信息传给电脑进行分析；之后通过表面反射信号确定土体介电常数，先用非均匀传输线的数值优化算法标定系统参数，系统标定以后，对表面反射波形进行拟合，就可反演出土样的介电常数；每次针对试验土体采集10次波形数据，根据波形计算介电常数，如图5所示，并绘制介电常数与含水量的关系，采用最小二乘法对数据进行拟合提高精度，针对粘土含水量精度可达10％以内。

图5中，K

本发明的具体实施例及其工作过程如下：

工作时将探头插入土体至指定深度，保证支架板1全部没入土中，打开外设电路，启动信号激发器13，使探头开始监测工作，并将收集到的数据信号传回信息采集器14，信息采集器将信息传给示波器，最后通过对示波器的波形进行分析，得出含水量的相关数据。

由此实施可见，本发明的探针对粘土的含水量数据的精度可达10％以内，体积为传统TDR探头的30％。