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CN103674978B - 一种微型时域反射土壤水分传感器 - Google Patents

一种微型时域反射土壤水分传感器 Download PDF

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CN103674978B CN201310665400.XA CN201310665400A CN103674978B CN 103674978 B CN103674978 B CN 103674978B CN 201310665400 A CN201310665400 A CN 201310665400A CN 103674978 B CN103674978 B CN 103674978B
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赵同科
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Beijing Academy of Agriculture and Forestry Sciences
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Beijing Academy of Agriculture and Forestry Sciences
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Abstract

本发明公开了一种微型时域反射土壤水分传感器。所述传感器包括一绝缘芯柱、2个电子脉冲防护棒和一固定支架；绝缘芯柱和2个电子脉冲防护棒均固定于固定支架的一端面上，且绝缘芯柱设于2个电子脉冲防护棒之间；绝缘芯柱上缠绕有电子脉冲条状双螺旋传播导线；电子脉冲条状双螺旋传播导线的游离端延伸至固定支架内，且与设于固定支架内的电子脉冲进出导线变异指示点的一端相连接，电子脉冲进出导线变异指示点的另一端与传感器连接线相连接。本发明的土壤水分传感器不仅适合于均质土壤，而且对石砾含量较高的土壤适应性较高，与以往基于时域反射原理的土壤水分传感器相比，可以提高测量的精度和增强适应性，提升我国土壤水分运移领域的研究装备水平。

Description

一种微型时域反射土壤水分传感器
技术领域
本发明涉及一种微型时域反射土壤水分传感器，属于土壤环境领域。
背景技术
土壤含水量常被用于研究土壤水分运动过程、规律和机理。目前，土壤含水量的测定研究已成为土壤学、生态学、水资源学以及资源与环境科学等相关学科的基础和前沿研究领域，越来越得到重视。基于时域原理设计的土壤水分传感器即用于测定土壤含水量的数据采集设备，是目前土壤水分测量领域应用较为广泛的传感器类型。该类土壤水分传感器由于受到当前对电子脉冲变化时长分辨精度的限制，传播电子脉冲的柱状波导棒长度最小15cm左右，在特殊土壤介质条件下，如山区石砾含量较高的土壤，过长土壤水分传感器难以完全插入土壤，而且传感器与石砾接触的几率较大，严重限制了时域土壤水分传感器在这类土壤中的应用，在完全将传感器插入土壤的条件下，测量精度也难以保证。因此需要设计出长度和体积较小的基于时域原理的土壤水分传感器。
发明内容
本发明的目的是提供一种微型时域反射土壤水分传感器。
本发明所提供的一种微型时域反射土壤水分传感器，包括一绝缘芯柱、2个电子脉冲防护棒和一固定支架；
所述绝缘芯柱和2个所述电子脉冲防护棒均固定于所述固定支架的一端面上，且所述绝缘芯柱设于2个所述电子脉冲防护棒之间；
所述绝缘芯柱上缠绕有电子脉冲条状双螺旋传播导线；所述电子脉冲条状双螺旋传播导线的游离端延伸至所述固定支架内，且与设于所述固定支架内的电子脉冲进出导线变异指示点的一端相连接，所述电子脉冲进出导线变异指示点的另一端与传感器连接线相连接。
本发明土壤水分传感器中的电子脉冲进出导线变异指示点，指的是接入电路的电阻或电容的电器元件，电子脉冲经过时，其信号会突然发生显著变化，用来检测电子脉冲的进入时间点和返回时间点。
上述的土壤水分传感器中，所述绝缘芯柱和2个所述电子脉冲防护棒设于一条直线上。
上述的土壤水分传感器中，所述绝缘芯柱和所述电子脉冲防护棒均呈片状。
上述的土壤水分传感器中，所述固定支座呈片状。
本发明的土壤水分传感器中，由于采用了条状双螺旋传播导线，显著减小了电子脉冲导体体积，增加了电子脉冲传导路程，以达到扩大传感器使用范围、提高测量精度的目的。
本发明的土壤水分传感器不仅适合于均质土壤，而且对石砾含量较高的土壤适应性较高，与以往基于时域反射原理的土壤水分传感器相比，可以提高测量的精度和增强适应性，提升我国土壤水分运移领域的研究装备水平。本发明克服了基于时域反射原理的土壤水分传感器的应用不能应用于测量非均质土壤含水量的问题，并提高了常规使用情况下的测量精度，该装置的应用具有很高的科学应用价值。
附图说明
图1为本发明微型时域反射土壤水分传感器的结构示意图。
图中各标记如下：
1高强度绝缘芯柱、2，3电子脉冲防护棒、4电子脉冲条状双螺旋传播导线、5固定支架、6电子脉冲进出导线变异指示点、7传感器连接线。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明，但本发明并不局限于以下实施例。
如图1所示，本发明微型时域反射土壤水分传感器包括一高强度绝缘芯柱1、2个电子脉冲防护棒2和3以及一固定支架5。该高强度绝缘芯柱1、电子脉冲防护棒2和3均成片状，且均固定于固定支架5的一端面上，高强度绝缘芯柱1设于电子脉冲防护棒2和3之间，且三者呈一直线排列。高强度绝缘芯柱1上缠绕有电子脉冲条状双螺旋传播导线4，该电子脉冲条状双螺旋传播导线的游离端延伸至固定支架5内，且与设于该固定支架5内的电子脉冲进出导线变异指示点6（为接入电路的电阻，电子脉冲经过时，其信号会突然发生显著变化，用来检测电子脉冲的进入时间点和返回时间点）的一端相连接，该电子脉冲进出导线变异指示点6的另一端与传感器连接线7相连接。电子脉冲进出导线变异指示点6为金属材质，单位长度电阻值是电子脉冲条状双螺旋传播导线4电阻值的20倍以上。
本发明的土壤水分传感器中，由于采用了条状双螺旋传播导线，显著减小了电子脉冲导体体积，增加了电子脉冲传导路程，以达到扩大传感器使用范围、提高测量精度的目的。
使用本发明微型时域反射土壤水分传感器进行测量时，将高强度绝缘芯柱1、电子脉冲防护棒2和3插入至土壤中，电子脉冲由传感器连接线7进入电子脉冲进出导线变异指示点6中，此时间点被配套的电子脉冲信号识别器（与传感器连接线7相连，图中未示）标记为电子脉冲进入土壤的时刻t1，电子脉沿电子脉冲条状双螺旋传播导线4进行传播，到达电子脉沿电子脉冲条状双螺旋传播导线4的末端并沿电子脉沿电子脉冲条状双螺旋传播导线4返回经过电子脉冲进出导线变异指示点6，此时间点被配套的电子脉冲信号识别器标记为电子脉冲传出土壤的时刻t2，电子脉冲在土壤中的传输时长为t2-t1，根据土壤含水量与电子脉冲在土壤中的传输时长t2-t1的相关关系，即可判断出传感器所处位置土壤含水量的大小。

Claims (4)

1.一种微型时域反射土壤水分传感器，其特征在于：所述传感器包括一绝缘芯柱、2个电子脉冲防护棒和一固定支架；
所述绝缘芯柱和2个所述电子脉冲防护棒均固定于所述固定支架的一端面上，且所述绝缘芯柱设于2个所述电子脉冲防护棒之间；
所述绝缘芯柱上缠绕有电子脉冲条状双螺旋传播导线；所述电子脉冲条状双螺旋传播导线的游离端延伸至所述固定支架内，且与设于所述固定支架内的电子脉冲进出导线变异指示点的一端相连接，所述电子脉冲进出导线变异指示点的另一端与传感器连接线相连接。
2.根据权利要求1所述的土壤水分传感器，其特征在于：所述绝缘芯柱和2个所述电子脉冲防护棒设于一条直线上。
3.根据权利要求1或2所述的土壤水分传感器，其特征在于：所述绝缘芯柱和所述电子脉冲防护棒均呈片状。
4.根据权利要求1或2所述的土壤水分传感器，其特征在于：所述固定支架呈片状。
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