一种双组态融合的土壤电导率测量装置与方法

本发明属智能农业装备检测，具体涉及一种双组态融合的土壤电导率测量装置和方法。

背景技术：

1、土壤作为农业生产的重要基础环境，获取更多的信息是开展农业生产的第一步，因此土壤参数的获取非常重要。土壤电导率作为土壤重要参数指标，现有研究表明土壤电导率可不同程度反应土壤盐度、水分、有机质含量、土壤质地和孔隙度等参数，这些参数对农作物生长和产量至关重要。

2、近数十年来，研究者针对土壤电导率实时检测技术进行了一系列研究，电流-电压四端法因其测量准确性和灵活性，在土壤电导率规模化原位测量方面综合表现较好，应用也最为广泛。基于电流-电压四端法测量技术下的三种测量组态(wenner组态、schlumberger组态和polar diple组态)，现有研究表明，不同测量组态在不同土壤环境条件下对土壤电导率检测精度不同，经试验得出wenner和schlumberger组态可较好的适用于不同的土壤环境条件，但各自适用范围不尽相同。因此本专利提出一种双组态融合的土壤电导率测量装置与方法，可为提高土壤电导率精准获取提供参考。

技术实现思路

1、本发明通过一种双组态融合的土壤电导率测量装置与方法，提高检测精度，操作简单，该设计方法具有通用性。

2、本发明由机架a、检测装置b和测试系统c组成，检测装置b位于机架a的上板1、左板2和右板3构成的n形框架结构中，检测装置b中支撑板b1的前滑块ⅰ9和后滑块ⅰ8分别与机架a的左板2的前滑槽ⅰ4和后滑槽ⅰ5滑动连接；检测装置b中支撑板b1的前滑块ⅱ16和后滑块ⅱ17分别与机架a的右板3的前滑槽ⅱ6和后滑槽ⅱ7滑动连接；测试系统c位于机架a的上板1的上面；检测装置b中电极组件ⅰb2、电极组件ⅱb3、电极组件ⅲb4、电极组件ⅳb5、电极组件ⅴb6、电极组件ⅵb7的六个伸缩导线分别与测试系统c的橡胶插孔ⅰ27、橡胶插孔ⅱ28、橡胶插孔ⅲ29、橡胶插孔ⅳ30、橡胶插孔ⅴ31和橡胶插孔ⅵ32连接；检测装置b中电极组件ⅵb7和电极组件ⅰb2的伸缩导线分别经测试系统c的橡胶插孔ⅵ32和橡胶插孔ⅰ27与恒流源模块35连接；检测装置b中电极组件ⅱb3、电极组件ⅲb4、电极组件ⅳb5、电极组件ⅴb6的伸缩导线分别经测试系统c的橡胶插孔ⅱ28、橡胶插孔ⅲ29、橡胶插孔ⅳ30和橡胶插孔ⅴ31与差分放大模块34连接。

3、所述的机架a由上板1、左板2和右板3组成，上板1左端与左板2上端固接，上板1右端与右板3上端固接，形成n形框架结构；左板2前面设有刻度ⅰ2a，左板2右面设有前滑槽ⅰ4和后滑槽ⅰ5；右板3前面设有刻度ⅱ3a，右板3左面设有前滑槽ⅱ6和后滑槽ⅱ7。

4、检测装置b由支撑板b1、电极组件ⅰb2、电极组件ⅱb3、电极组件ⅲb4、电极组件ⅳb5、电极组件ⅴb6、电极组件ⅵb7、螺母ⅰ10a、螺母ⅱ11a、螺母ⅲ12a、螺母ⅳ13a、螺母ⅴ14a和螺母ⅵ15a组成，支撑板b1为矩形板，支撑板b1左端设有后滑块ⅰ8和前滑块ⅰ9，支撑板b1右端设有前滑块ⅱ16和后滑块ⅱ17；支撑板b1的纵向中心线上设有螺纹孔ⅰ10、螺纹孔ⅱ11、螺纹孔ⅲ12、螺纹孔ⅳ13、螺纹孔ⅴ14和螺纹孔ⅵ15；螺母ⅰ10a、螺母ⅱ11a、螺母ⅲ12a、螺母ⅳ13a、螺母ⅴ14a和螺母ⅵ15a固接于支撑板b1的上面，且分别与螺纹孔ⅰ10、螺纹孔ⅱ11、螺纹孔ⅲ12、螺纹孔ⅳ13、螺纹孔ⅴ14和螺纹孔ⅵ15同心、螺纹相同。

5、检测装置b中电极组件ⅰb2、电极组件ⅱb3、电极组件ⅲb4、电极组件ⅳb5、电极组件ⅴb6、电极组件ⅵb7的六个螺纹柱与螺母ⅰ10a、螺母ⅱ11a、螺母ⅲ12a、螺母ⅳ13a、螺母ⅴ14a和螺母ⅵ15a螺纹连接；螺纹孔ⅰ10和螺纹孔ⅱ11的中心距l1为150mm；螺纹孔ⅱ11和螺纹孔ⅲ12的中心距l2为50mm；螺纹孔ⅲ12和螺纹孔ⅳ13的中心距l3为200mm；螺纹孔ⅳ13和螺纹孔ⅴ14的中心距l4为50mm；螺纹孔ⅴ14和螺纹孔ⅵ15的中心距l5为150mm；电极组件ⅰb2、电极组件ⅱb3、电极组件ⅲb4、电极组件ⅳb5、电极组件ⅴb6和电极组件ⅵb7结构相同，自左至右顺序排列，电极组件均由伸缩导线18、伸缩导线盒19、十字型凸台20、螺纹柱21、圆柱凸台ⅱ22和探针23组成，伸缩导线18、伸缩导线盒19、十字型凸台20、螺纹柱21、圆柱凸台ⅱ22和探针23自上而下顺序排列并固接。

6、测试系统c由电控箱24、触摸式液晶显示屏25、开关26、橡胶插孔ⅰ27、橡胶插孔ⅱ28、橡胶插孔ⅲ29、橡胶插孔ⅳ30、橡胶插孔ⅴ31、橡胶插孔ⅵ32、电源33、差分放大模块34、恒流源模块35、控制器36、jeston nano37和北斗定位模块38组成，橡胶插孔ⅰ32、橡胶插孔ⅱ33、橡胶插孔ⅲ34、橡胶插孔ⅳ35、橡胶插孔ⅴ36、橡胶插孔ⅵ37固接于电控箱30前面；北斗定位模块38以实现大范围不同地块的土壤测量位置信息记录；

7、jeston nano37分别与控制器36、触摸式液晶显示屏25经导线连接，控制器36分别与差分放大模块34、恒流源模块35经导线连接；触摸式液晶显示屏25、差分放大模块34、恒流源模块35、控制器36、jeston nano37、北斗定位模块38均固装于电控箱30中，电源33与触摸式液晶显示屏25、开关26、差分放大模块34、恒流源模块35、控制器36、jeston nano37和北斗定位模块38经导线连接；触摸式液晶显示屏25设于电控箱24上面中心，开关26设于电控箱24的上面近前端。

8、所述双组态融合的土壤电导率测量装置的测量方法，包括下列步骤：

9、1)通过控制器36设置恒流源i＝100ma；

10、2)将电极组件ⅰb2、电极组件ⅱb3、电极组件ⅴb6和电极组件ⅵb7绕各自对应内螺纹孔向下旋转直至十字型凸台20下端与其对应螺母上端接触，通过侧边导轨滑动控制入土深度，电极组件ⅲb4和电极组件ⅳb5绕其对应内螺纹孔向上旋转直至圆柱凸台22上端和螺纹孔下端接触，此时测量装置处于schlumberger组态，将测量装置的左板2和右板3的下端面置于待测量地面上，调整支撑板b1使其沿左板2和右板3的滑轨向下移动至指定测量深度h1，其中其中0mm≤h1≤200mm，此时支撑板b1主要依靠土壤和电极间阻力防止下滑，因为电极和支撑板b1上的螺纹固定，所以测距离也不会滑动；开启开关26，通过触摸式液晶显示屏25读取并记录schlumberger组态下的土壤电导率值x1，同时通过北斗定位模块38记录作业地点信息；

11、3)关闭开关26，在原测量位置上，调整支撑板b1使其沿左板2和右板3的滑轨向上移动至电极脱离土壤，将电极组件ⅰb2、电极组件ⅲb4、电极组件ⅳb5和电极组件ⅵb7绕各自对应内螺纹孔向下旋转直至十字型凸台20下端与其对应螺母上端接触，电极组件ⅱb3和电极组件ⅴb6绕其对应内螺纹孔向上旋转直至圆柱凸22上端和螺纹孔下端接触，此时测量装置处于wenner组态，调整支撑板b1使其沿左板2和右板3的滑轨向下移动至指定测量深度h2，此时支撑板b1主要依靠土壤和电极间阻力防止下滑，因为电极和支撑板b1上的螺纹固定，所以测距离也不会滑动；且h1＝h2,其中其中0mm≤h2≤200mm，开启开关26，通过可触摸液晶显示屏25读取并记录wenner组态下的土壤电导率值x2，同时通过北斗定位模块38记录作业地点信息；

12、4)x1和x2依据模型f(x1，x2)计算出土壤电导率值，并在可触摸液晶显示屏(25)上显示，该值即为所测量土壤电导率最终结果，f(x1，x2)计算公式如下：

13、f(x)＝f[v·f(w·x+θ1)+θ2]

14、其中，x＝[x1,x2]t，μs/mm，θ2＝[-0.0558]。

15、本发明的有益效果在于：

16、1.所发明的双组态融合的土壤电导率测量装置和方法操作简单，可以实现精准检测和便于携带，不仅可以适用于农田，还适用于温室大棚。

17、2.所提出的双组态融合的土壤电导率测量装置和方法，结合bp神经网络模型，可以实现地下不同深度处土壤电导率的精准检测。

18、3.所提出的双组态融合的土壤电导率测量装置和方法，两种组态适用于不同的作业地及土壤环境条件。