专利名称：沙地水分动态监测仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种监测沙地含水量的仪器。
背景技术：
沙地含水量与植物的成活和生长紧密相关，是重要的沙地特性指标之一。在测定沙地含水量时，多采用传统的土钻供干法。由于沙地干燥，质地复杂，取土十分困难，造成工作量大，时间长，加之采取沙样的过程中，测点变动，沙地水分空间变异性带来的测定误差， 不能满足野外定点连续测定沙地水分动态变化的要求。其次，由于沙漠和沙地质地结构复杂，如对较多的观测点进行同步连续观测，若采用土钻法进行测量，这样测得的水分结构将会有很大的失真误差或使数据处理复杂。
发明内容为了更好地掌握沙地水分动态变化过程，本实用新型的目的在于提供一种沙地水分动态监测仪。本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现一种沙地水分动态监测仪，是由水分感湿探头、探头护套线、水分变送器)和主机组成。主机内置有蓄电瓶、充电器、主机的前面板设有显示器、充电灯、充电开关、232 口、存储卡、操作按钮、主机开关、工作指示灯；主机后面板设有多路插头座和单片机控制板。单片机控制板分别与主机开关、显示器、存储卡、操作按钮、工作指示灯和蓄电池连通；蓄电池通过充电灯、充电开关，分别与充电器和硅太阳能组合电池连通；探头护套线装有水分感湿探头和水分变送器，水分感湿探头与双面铜板间有电机碳刷，电机碳刷与探头连接线间有连接焊点，并用树脂包裹，探头连接线通过多路信号线与多路插头座连通；232 口通过USB转 232线与笔记本电脑连接。本实用新型的优点和产生的有益效果是1、本实用新型采用了先进的微机单片机，COMS集成数字电路技术，利用计算机将数据储存、处理、计算、显示、还采用了太阳能硅电池向蓄电池供电，解决了野外无交流电的情况下也能正常工作，使仪器可靠性，抗干扰性得到提高。本仪器路数多，体积小，智能化强，操作简单，连续采集沙地水分只需一人完成全部测量工作，无需观测人员在现场就可以按序置功能自动采集，有利于加速沙地水分资料的积累过程，可以获得沙地水分的细微变化，没有严重的滞湿现象，便于沙地水分运动、入渗峰面移动等现象的研究，为科研人员提供大量的、准确的观测资料，大大缩短科研人员对一些问题的实验研究周期，可以使研究人员在尽可能短的时间内用最少的人力、物力取得较快的、较好的科研成果。2、本实用新型选用了由一对碳刷裸电极做感湿探头，它具有不氧化、不变质、滞湿现象小，灵敏度高等特点。3、本实用新型电源通过硅太阳能供电给免维护蓄电池。免维护蓄电瓶特点是1、 内部无流动液体，任何方位放置均不影响仪器使用；2、整个使用期间无需补水补酸等维护工作，电瓶外表干净不会受潮；3、充电过程中所产生的气体能被特殊负极吸收，无须担心对仪器设备的腐蚀及污染，；4、使用寿命长，容量大，具有极低的内部自放电特性，能够给出稳定的大电流放电电压。可见蓄电瓶都具有优良的性能与硅太阳能电池配合时更能显示出其之优越性，两者结合起来就可以构成适合野外用的电源装置。
图1为本实用新型主机后面板示意图。图2为本实用新型主机前面板示意图。
具体实施方式
一种沙地水分动态监测仪，主要是由水分感湿探头1、探头护套线2、水分变送器 25和主机沈组成。主机沈内置有蓄电瓶11、充电器12、主机的前面板13设有显示器14、 充电灯15、充电开关16、232 口 17、存储卡18、操作按钮19、主机开关20、工作指示灯21 ；主机后面板10设有多路插头座9和单片机控制板22。单片机控制板22分别与主机开关20、 显示器14、存储卡18、操作按钮19、工作指示灯21和蓄电池11连通；蓄电池11通过充电灯15、充电开关16，分别与充电器12和硅太阳能组合电池27连通；探头护套线2装有水分感湿探头1和水分变送器25，水分感湿探头1与双面铜板4间有电机碳刷3，电机碳刷3 与探头连接线6间有连接焊点5，并用树脂7包裹，探头连接线6通过多路信号线8与多路插头座9连通；232 口 17通过USB转232线M与笔记本电脑23连接。下面就多路沙地水分测量分述如下一、供电装置仪器设置在野外观测现场，一般地只能用直流电供电，要使仪器在野外长期可靠地工作，选择合适的电源装置就显得十分重要，必须有一个稳定的电源装置，本实用新型采用硅太阳能组合电池一免维护微型全密封蓄电瓶11作为供电装置。本实用新型的负载只由蓄电瓶11供给电流，随着负载不断消耗电流，蓄电瓶11的电压逐渐降低，当电压降至某一值时，硅太阳能组合电池27通过充电器12以小电流向蓄电瓶11充电，而当电瓶的容量充足时，充电器12断开，这样可以防止充电过量，延长蓄电瓶11 的使用寿命，这种工作方法的供电装置给出的电压稳定，并且不会因充电过分而影响蓄电瓶11的使用寿命。二、测量方法水分感湿探头1 埋设的深度分别为 10cm，20cm、40cm、60cm、80cm、100cm、120cm、 140cm。根据作物的种类和田间的沙地水分状态，水分感湿探头1可垂直分布或水平分布， 在不同深度尽量多选一些测定点，留在地面上的多路信号线8末端，每4路集中插入一个多路插头座9上，多路信号线8的长度，一般为10米，将导线的插头排列放好，经过一定时间水分平衡后进行观测本实用新型研制的多路沙地水分动态监测仪，是基于沙地属于多孔性物质，水以固体、液体、气体三种状态中的一种或多种状态存在于沙地空隙中，沙地是一种相对比较稳定的基质，水分在沙地中因能量的差异而移动，沙地水分的测量仪的原理是根据沙地水分多少对沙地溶液导电性的密切关系，沙地溶液的导电与欧姆定律相似。电阻率是反映沙地含水量的电参数，沙地含水量不同，各类矿物质的自然溶解度不同，其电阻率也不同。沙地含水量与电阻率的关系可由下式定性表示R = Km-n其中R-电阻值；m-含水量；η-标定参数；K-常数。由式中可知，电阻R只与含水率m有关，随着水分的增加电阻对数的减少，即使含水量变化比较小，电阻R的变化也很大，通过测量电阻值R，便可以较精确的测量沙地含水量。水分感湿探头1通过水分变送器25把电阻值变成频率的变化量。取样电阻上得到一个随水分含量变化的交流电压信号。交变的输出振荡频率，随着水分感湿探头1之间的电阻值变化。当被测沙地中水分多，水分感湿探头1之间的电阻值就小，输出的振荡频率就高；反之，沙地中的水分少，水分感湿探头1之间的电阻值就大，输出的振荡频率就低。由于沙地中含水量不同，水分感湿探头1之间的电阻值也就不同，测量的频率也就不同。在经整流和滤波后，输出O 5V的直流电压信号给计算机(80C31)。通过单片机控制，便可得出沙地不同深度，不同点含水量的值。232 口 17通过USB转232转换连接线M连接到笔记本电脑23操作沙地水分动态监测仪读取下载、保存数据。
权利要求1. 一种沙地水分动态监测仪，是由水分感湿探头(1)、探头护套线O)、水分变送器 (25)和主机06)组成，主机06)内置有蓄电瓶(11)、充电器(12)、主机05)的前面板 (13)设有显示器(14)、充电灯(15)、充电开关(16),232 口(17)、存储卡(18)、操作按钮 (19)、主机开关(20)、工作指示灯；主机后面板(10)设有多路插头座(9)和单片机控制板(22)；其特征是单片机控制板(22)分别与主机开关(20)、显示器(14)、存储卡(18)、 操作按钮(19)、工作指示灯和蓄电池(11)连通；蓄电池(11)通过充电灯(15)、充电开关(16)，分别与充电器(12)和硅太阳能组合电池(XT)连通；探头护套线(2)装有水分感湿探头⑴和水分变送器(25)，水分感湿探头⑴与双面铜板⑷间有电机碳刷(3)，电机碳刷⑶与探头连接线(6)间有连接焊点(5)，并用树脂(7)包裹，探头连接线(6)通过多路信号线(8)与多路插头座(9)连通；232 口(17)通过USB转232线Q4)与笔记本电脑(23)连接。
专利摘要本实用新型涉及一种沙地水分动态监测仪，主机内置有蓄电瓶、充电器，主机的前面板设有显示器、充电灯、充电开关、232口、存储卡、操作按钮、主机开关、工作指示灯；主机后面板设有多路插头座、蓄电瓶插孔和单片机控制板，单片机控制板分别与主机开关连通，蓄电池与单片机控制板连通，多路插头座与探头护套线连通；探头护套线装有水分感湿探头和水分变送器，并与插入多路插头座的多路信号线连接；232口通过USB转232线与笔记本电脑连接。本实用新型采用了太阳能硅电池向蓄电池供电，解决了野外无交流电的情况下也能正常工作，使仪器可靠性，抗干扰性得到提高。本仪器路数多，体积小，智能化强，操作简单，提高了工作效率和测量精度。可适用于易于干燥的沙地，主根群区和无灌溉设施的草地和果园地等的水分变化观测。
文档编号G08C19/00GK202159029SQ20112027423
公开日2012年3月7日 申请日期2011年7月29日 优先权日2011年7月29日
发明者张小由, 李宏, 赵晶, 赵爱国 申请人:中国科学院寒区旱区环境与工程研究所