本發(fā)明屬于農(nóng)田水利技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種以烘干法為基礎(chǔ)的土壤水分自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，土壤水分是作物生產(chǎn)所必需的要素之一，人們常常利用降雨或灌溉來(lái)滿足作物對(duì)土壤水分的需求，為了能夠更加科學(xué)的利用土壤水分，則需要對(duì)土壤水分變化進(jìn)行監(jiān)測(cè)，目前所用的土壤含水率測(cè)定方法主要包括烘干法、時(shí)域反射儀、土壤負(fù)壓計(jì)等方法，但以上方法各有利弊，如烘干法需要人為操作，對(duì)于野外條件下需長(zhǎng)時(shí)間多次測(cè)量操作困難，而其他儀器設(shè)備也存在測(cè)量精度有限或造價(jià)高昂等缺點(diǎn)，因此，一種簡(jiǎn)便、準(zhǔn)確且廉價(jià)的土壤水分自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀的發(fā)明很有必要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服上述缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種較為廉價(jià)、操作簡(jiǎn)便且不污染天平、檢測(cè)過(guò)程中土壤和水分不流失且精度更高的以烘干法為基礎(chǔ)的土壤水分自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及方法。

本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：一種以烘干法為基礎(chǔ)的土壤水分自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于：包括支架、信號(hào)發(fā)射器、土鏟、動(dòng)力裝置、電加熱板、天平、太陽(yáng)能電池板、數(shù)據(jù)采集器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)卡，數(shù)據(jù)采集器讀取稱重?cái)?shù)據(jù)并記錄于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)卡內(nèi)，太陽(yáng)能電池板為土壤水分自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)提供動(dòng)力，其特征在于：所述的太陽(yáng)能電池板、天平、動(dòng)力裝置和土鏟順序排列，支架設(shè)置于太陽(yáng)能電池板和地面之間，天平固定于支架上，天平與動(dòng)力裝置連接，動(dòng)力裝置和土鏟連接，電加熱板設(shè)置于土鏟內(nèi)且電加熱板靠近置土面，信號(hào)發(fā)射器發(fā)射鏟土起始信號(hào)，動(dòng)力裝置控制取土鏟鏟取土樣，取完土樣之后關(guān)閉土鏟并將土鏟向上提升，通過(guò)天平稱取土樣初始質(zhì)量，將數(shù)據(jù)記錄于存儲(chǔ)卡中，通過(guò)電加熱板加熱烘干土樣，待土樣冷卻后稱量干土質(zhì)量G2，記錄于存儲(chǔ)卡中，之后將土鏟打開，將土樣放回原處。

一種以烘干法為基礎(chǔ)的土壤水分自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括支架、信號(hào)發(fā)射器、土鏟、動(dòng)力裝置、電加熱板、天平、太陽(yáng)能電池板、數(shù)據(jù)采集器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)卡，數(shù)據(jù)采集器讀取稱重?cái)?shù)據(jù)并記錄于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)卡內(nèi)，太陽(yáng)能電池板為土壤水分自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)提供動(dòng)力，其特征在于：動(dòng)力裝置和土鏟連接，支架設(shè)置于太陽(yáng)能電池板和地面之間，天平固定于支架上，動(dòng)力裝置和土鏟連接，電加熱板設(shè)置于土鏟的置土面下方且位于土鏟內(nèi)，信號(hào)發(fā)射器發(fā)射鏟土起始信號(hào)，動(dòng)力裝置控制取土鏟鏟取土樣；土鏟的置土面上設(shè)置可拆卸的移土板，移土板的一端位于土鏟的置土面的邊緣且移動(dòng)板的一端含有豎直擋板，移土板的另一端位于置土面的中央，移土板的另一端不含有豎直擋板；所述的土鏟完成鏟土后使土鏟向上移動(dòng)到一定位置再使土鏟傾斜設(shè)置直至所有土均進(jìn)入移土板；將移土板拆卸后通過(guò)機(jī)械手取出帶有土的移土板，并將移土板放到天平上稱重；稱重完成后將移土板放回土鏟的置土面并固定，開啟電加熱板對(duì)土進(jìn)行加熱烘干，再將移土板拆卸后通過(guò)機(jī)械手取出帶有烘干土的移土板并將移土板放到天平上稱重；所述的土鏟及移土板均有導(dǎo)熱材料制成；置土面為水平面，所述的置土面的一部分被移土板覆蓋，置土面的另一部分不被移土板覆蓋，且置土面的另一部分的上表面與移土板的上表面平齊。

土鏟傾斜設(shè)置直至所有土均進(jìn)入移土板時(shí)，移土板的豎直擋板位于下方且防止土掉落。一種以烘干法為基礎(chǔ)的土壤水分自動(dòng)監(jiān)測(cè)方法包括如下步驟：

(1)將支架埋設(shè)于待測(cè)土壤表層，信號(hào)發(fā)射器發(fā)射起始信號(hào)，動(dòng)力裝置控制土鏟鏟取土樣；

(2)利用天平對(duì)土樣進(jìn)行稱重G₁，由數(shù)據(jù)采集器讀取數(shù)據(jù)并記錄于存儲(chǔ)卡內(nèi)；

(3)利用土鏟內(nèi)部的電加熱板對(duì)土樣進(jìn)行烘干，待其烘干并冷卻后利用天平稱量土樣質(zhì)量G₂，并由數(shù)據(jù)采集器讀取數(shù)據(jù)并記錄于存儲(chǔ)卡內(nèi)；

(4)測(cè)試完畢的土樣放回原處，等待下次測(cè)試；

(5)利用電子計(jì)算機(jī)讀取存儲(chǔ)卡內(nèi)部數(shù)據(jù)，并計(jì)算土壤含水率：θ＝(G₁-G₂)/G₂。

一種以烘干法為基礎(chǔ)的土壤水分自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)方法，包括如下步驟：

(1)將支架埋設(shè)于待測(cè)土壤表層，信號(hào)發(fā)射器發(fā)射起始信號(hào)，動(dòng)力裝置控制土鏟鏟取土樣，土樣進(jìn)入土鏟的置土面，所述的置土面的一部分被移土板覆蓋，置土面的另一部分不被移土板覆蓋，且置土面的另一部分的上表面與移土板的上表面平齊；事先對(duì)移土板進(jìn)行稱重，重量為G₀；

(2)所述的土鏟完成鏟土后使土鏟傾斜設(shè)置直至所有土均進(jìn)入移土板；將移土板拆卸后通過(guò)機(jī)械手取出帶有土的移土板，并將移土板放到天平上稱重；利用天平對(duì)土樣和移土板進(jìn)行稱重G₁，由數(shù)據(jù)采集器讀取數(shù)據(jù)并記錄于存儲(chǔ)卡內(nèi)；

(3)稱重完成后將移土板放回土鏟的置土面并固定，開啟電加熱板對(duì)土進(jìn)行加熱烘干，再將移土板拆卸后通過(guò)機(jī)械手取出帶有烘干土的移土板，待其冷卻后，將移土板放到天平上稱重，利用天平稱量土樣和移土板質(zhì)量G₂，并由數(shù)據(jù)采集器讀取數(shù)據(jù)并記錄于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)卡內(nèi)；

(4)測(cè)試完畢的土樣放回原處，等待下次測(cè)試；

(5)利用電子計(jì)算機(jī)讀取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)卡內(nèi)部數(shù)據(jù)，并計(jì)算土壤含水率：θ＝(G₁-G₂)/(G₂-G₀)。

本發(fā)明具有以下有益效果：

(1)土鏟內(nèi)部安裝電熱板，簡(jiǎn)化設(shè)備，且將取土后可直接烘干，簡(jiǎn)化步驟；

(2)利用烘干法進(jìn)行土壤含水率測(cè)定，較其他方法更為簡(jiǎn)便且準(zhǔn)確；

(3)利用太陽(yáng)能電池提供能源，使得系統(tǒng)在野外等不利條件下可以獨(dú)立工作；

(4)自動(dòng)讀取測(cè)定結(jié)果并保存于存儲(chǔ)卡內(nèi)，使得數(shù)據(jù)的采集周期較長(zhǎng)，節(jié)約了人力成本；

(5)添加了移土板，將土壤進(jìn)行稱重時(shí)，無(wú)需將土倒出。

附圖說(shuō)明

圖1和圖2是本發(fā)明的土壤水分自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。

根據(jù)圖1，一種以烘干法為基礎(chǔ)的土壤水分自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于：包括支架2、信號(hào)發(fā)射器、土鏟5、動(dòng)力裝置4、電加熱板、天平3、太陽(yáng)能電池板1、數(shù)據(jù)采集器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)卡，數(shù)據(jù)采集器讀取稱重?cái)?shù)據(jù)并記錄于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)卡內(nèi)，太陽(yáng)能電池板為土壤水分自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)提供動(dòng)力，所述的太陽(yáng)能電池板、天平、動(dòng)力裝置和土鏟順序排列，支架設(shè)置于太陽(yáng)能電池板和地面之間，天平固定于支架上，天平與動(dòng)力裝置連接，動(dòng)力裝置和土鏟連接，電加熱板設(shè)置于土鏟內(nèi)且電加熱板靠近置土面，信號(hào)發(fā)射器發(fā)射鏟土起始信號(hào)，取完土樣之后關(guān)閉土鏟并將土鏟向上提升，通過(guò)天平稱取土樣初始質(zhì)量，將數(shù)據(jù)記錄于存儲(chǔ)卡中，通過(guò)電加熱板加熱烘干土樣，待土樣冷卻后稱量干土質(zhì)量G2，記錄于存儲(chǔ)卡中，之后將土鏟打開，將土樣放回原處。置土面是指土鏟與土的接觸面。圖1的置土面為曲面。

采用上述結(jié)構(gòu)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)方法，包括如下步驟：

(1)將支架埋設(shè)于待測(cè)土壤表層，信號(hào)發(fā)射器發(fā)射起始信號(hào)，動(dòng)力裝置控制土鏟鏟取土樣；

(2)利用天平對(duì)土樣進(jìn)行稱重G₁，由數(shù)據(jù)采集器讀取數(shù)據(jù)并記錄于存儲(chǔ)卡內(nèi)；

(3)利用土鏟內(nèi)部的電加熱板對(duì)土樣進(jìn)行烘干，待其烘干并冷卻后利用天平稱量土樣質(zhì)量G₂，并由數(shù)據(jù)采集器讀取數(shù)據(jù)并記錄于存儲(chǔ)卡內(nèi)；

(4)測(cè)試完畢的土樣放回原處，等待下次測(cè)試；

(5)利用電子計(jì)算機(jī)讀取存儲(chǔ)卡內(nèi)部數(shù)據(jù)，并計(jì)算土壤含水率：θ＝(G₁-G₂)/G₂。

圖1中A狀態(tài)指示了儀器的硬件組成情況及初始狀態(tài)，當(dāng)接收到工作信號(hào)后向下鏟取土樣，如圖B狀態(tài)所示，取完土樣之后向上提升至圖2的C狀態(tài)，在C狀態(tài)下完成的工作有：通過(guò)天平稱取土樣初始質(zhì)量G1，將數(shù)據(jù)記錄于存儲(chǔ)卡中，通過(guò)電熱板加熱烘干土樣，待土樣冷卻后稱量干土質(zhì)量G2，同樣記錄于存儲(chǔ)卡中，之后將土鏟打開，將土樣放回原處，回到狀態(tài)A，等待下次工作。

或者另一種實(shí)施方式為：一種以烘干法為基礎(chǔ)的土壤水分自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括支架、信號(hào)發(fā)射器、土鏟、動(dòng)力裝置、電加熱板、天平、太陽(yáng)能電池板、數(shù)據(jù)采集器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)卡，數(shù)據(jù)采集器讀取稱重?cái)?shù)據(jù)并記錄于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)卡內(nèi)，太陽(yáng)能電池板為土壤水分自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)提供動(dòng)力，其特征在于：動(dòng)力裝置和土鏟連接(此動(dòng)力裝置跟上一個(gè)實(shí)施例的動(dòng)力裝置不同)，支架設(shè)置于太陽(yáng)能電池板和地面之間，天平固定于支架上，動(dòng)力裝置和土鏟連接，天平不與動(dòng)力裝置連接，電加熱板設(shè)置于土鏟的置土面下方且位于土鏟內(nèi)，信號(hào)發(fā)射器發(fā)射鏟土起始信號(hào)，動(dòng)力裝置控制取土鏟鏟取土樣；土鏟的置土面上設(shè)置可拆卸的移土板，移土板的一端位于土鏟的置土面的邊緣且移動(dòng)板的一端含有豎直擋板，移土板的另一端位于置土面的中央，移土板的另一端不含有豎直擋板；所述的土鏟完成鏟土后動(dòng)力裝置使土鏟向上移動(dòng)到一定位置再使土鏟傾斜設(shè)置直至所有土均進(jìn)入移土板；人工將移土板拆卸后通過(guò)機(jī)械手取出帶有土的移土板，并將移土板放到天平上稱重；稱重完成后將移土板放回土鏟的置土面并固定，開啟電加熱板對(duì)土進(jìn)行加熱烘干，再將移土板拆卸后通過(guò)機(jī)械手取出帶有烘干土的移土板并將移土板放到天平上稱重；所述的土鏟及移土板均有導(dǎo)熱材料制成；置土面為水平面，所述的置土面的一部分被移土板覆蓋，置土面的另一部分不被移土板覆蓋，且置土面的另一部分的上表面與移土板的上表面平齊。土鏟傾斜設(shè)置直至所有土均進(jìn)入移土板時(shí)，移土板的豎直擋板位于下方且防止土掉落。

具體包括如下步驟：

(1)將支架埋設(shè)于待測(cè)土壤表層，信號(hào)發(fā)射器發(fā)射起始信號(hào)，動(dòng)力裝置控制土鏟鏟取土樣，土樣進(jìn)入土鏟的置土面，所述的置土面的一部分被移土板覆蓋，置土面的另一部分不被移土板覆蓋，且置土面的另一部分的上表面與移土板的上表面平齊；事先對(duì)移土板進(jìn)行稱重，重量為G₀；

(2)所述的土鏟完成鏟土后使土鏟傾斜設(shè)置直至所有土均進(jìn)入移土板；將移土板拆卸后通過(guò)機(jī)械手取出帶有土的移土板，并將移土板放到天平上稱重；利用天平對(duì)土樣和移土板進(jìn)行稱重G₁，由數(shù)據(jù)采集器讀取數(shù)據(jù)并記錄于存儲(chǔ)卡內(nèi)；

(3)稱重完成后將移土板放回土鏟的置土面并固定，開啟電加熱板對(duì)土進(jìn)行加熱烘干，再將移土板拆卸后通過(guò)機(jī)械手取出帶有烘干土的移土板，待其冷卻后，將移土板放到天平上稱重，利用天平稱量土樣和移土板質(zhì)量G₂，并由數(shù)據(jù)采集器讀取數(shù)據(jù)并記錄于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)卡內(nèi)；

(4)測(cè)試完畢的土樣放回原處，等待下次測(cè)試；

(5)利用電子計(jì)算機(jī)讀取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)卡內(nèi)部數(shù)據(jù)，并計(jì)算土壤含水率：θ＝(G₁-G₂)/(G₂-G₀)。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出：對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。