一种地下滴灌滴头出流和堵塞的原位实时监测设备及方法

本发明涉及农业滴灌领域，特别是涉及一种地下滴灌滴头出流和堵塞的原位实时监测设备及方法。

背景技术：

1、地下滴灌系统是一种高效、节能、环保的灌溉方式，能够提高农作物产量和质量，同时降低灌溉成本和对环境的影响。但是地下滴灌系统的滴头堵塞是一个常见但又难以察觉的问题。地下滴灌由于滴头通常埋在地表以下一定深度的土壤中，因此使用过程中若滴头发生堵塞导致流量减小，是很难察觉出来的，即使是完全不出流也难以及时发现。除非进行系统的全面检查或者有明显的植物生长异常，否则很难确定堵塞发生的程度和准确位置。

2、目前，常见的检测地下滴灌堵塞的方法有流量计监测和压力表监测。安装在滴灌管道中的流量计可以监测水流的速度和流量，当某个管道的流量显著降低时，可能提示该管道存在堵塞问题。另外一种方法是通过压力表监测滴灌系统管道中的压力变化。当某一段管道的压力异常增加或减小时，可能表示该段管道存在堵塞或漏水。但是这些方法在堵塞状况较轻时难以及时反映出来。更重要的是，这些方法都无法准确判断堵塞发生的位置。

技术实现思路

1、针对现有技术中的上述不足，本发明提供的一种地下滴灌滴头出流和堵塞的原位实时监测设备及方法解决了现有方法无法准确判断地下滴灌滴头堵塞程度和堵塞位置的问题。

2、为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：一种地下滴灌滴头出流和堵塞的原位实时监测设备，包括自动加热光纤分布式温度传感器系统，所述自动加热光纤分布式温度传感器系统包括分布式温度传感器dts、热脉冲子系统hps、复合光缆、电气控制柜、上位机和电源稳压器，所述电源稳压器与电气控制柜连接，所述电气控制柜分别与上位机、分布式温度传感器dts和热脉冲子系统hps连接，所述分布式温度传感器dts的信号端口与复合光缆中的光纤连接，所述热脉冲子系统hps与复合光缆中的电缆连接，所述复合光缆与滴灌管一同布设在地表以下；

3、所述电源稳压器为系统提供稳定电源；

4、所述电气控制柜为上位机、分布式温度传感器dts和热脉冲子系统hps提供电源，并实现自动控制；

5、所述上位机用于用户根据需要设置采样时间间隔和采样点空间间距；

6、所述分布式温度传感器dts用于持续监控复合光缆所有位置的温度响应状况；

7、所述热脉冲子系统hps用于连接并加热复合光缆中的电缆，为电缆提供热脉冲。

8、除此之外，本发明还采用的技术方案为：一种地下滴灌滴头出流和堵塞的原位实时监测方法，包括以下步骤：

9、s1：基于自动加热光纤分布式温度传感器系统进行监测，并绘制典型测点湿润锋时刻对照图；

10、s2：根据光纤测点的连续采样值，提取光纤测点的湿润锋时刻；

11、s3：根据光纤测点的湿润锋时刻和典型测点湿润锋时刻对照图，判断滴头堵塞程度和滴头堵塞位置，完成地下滴灌滴头出流和堵塞的原位实时监测。

12、进一步地，所述s1中绘制测点湿润锋时刻对照图包括以下分步骤：

13、s1-1：建立光纤典型测点位置与滴头位置的对应关系，并以所述对应关系为1组沿光纤进行循环；

14、s1-2：基于建立的对应关系，计算滴头无堵塞时典型测点湿润锋时刻的合理变化范围，并绘制无堵塞时典型测点湿润锋时刻的合理变化范围图；

15、s1-3：根据滴头流量变化情况将堵塞划分为完全堵塞、75％堵塞、50％堵塞和25％堵塞，并基于土壤原位实验，计算不同堵塞程度时的典型测点湿润锋时刻的合理变化范围，同时绘制不同堵塞程度时的典型测点湿润锋时刻的合理变化范围图，实现测点湿润锋时刻对照图的绘制。

16、进一步地，所述s2中提取光纤测点的湿润锋时刻的方法为：灌溉开始前，开启原位实时监测设备进行光纤测量，将灌溉前后一段时间内连续的土壤含水率曲线中的第一个拐点对应的时间作为所述光纤测点的湿润锋时刻。

17、进一步地，所述s3中判断滴头堵塞程度，包括以下分步骤：

18、a1：根据光纤测点的湿润锋时刻，绘制连续波形图；

19、a2：将所述连续波形图与所述无堵塞时典型测点湿润锋时刻的合理变化范围图进行比对，确定光纤真实测点所对应的典型测点位置；

20、a3：基于光纤真实测点所对应的典型测点位置，将所述光纤测点的湿润锋时刻与所述不同堵塞程度时的典型测点湿润锋时刻的合理变化范围图进行比对，根据所述光纤测点的湿润锋时刻落在所述不同堵塞程度时的典型测点湿润锋时刻的合理变化范围图中的位置，判定当前位置的滴头堵塞程度。

21、进一步地，所述s3中判断滴头堵塞位置，包括以下分步骤：

22、b1：获取堵塞测点与光纤上定位点之间的测点数量；

23、b2：将测点数量与测点间距相乘，获得定位点与堵塞测点的实际距离；

24、b3：将所述定位点与堵塞测点的实际距离作为滴头堵塞位置。

25、本发明的有益效果是：本发明通过利用分布式光纤测温技术(dts)准确检测地下滴灌滴头堵塞程度和位置。该方法较传统方法可以对地下滴灌系统出流状况进行实时监测，解决地下滴灌堵塞滴头无法及时发现并准确定位的难题，帮助管理者快速、准确发现堵塞的滴头并进行更换，降低滴灌系统用维护成本，延长滴灌系统使用寿命。

技术特征：

1.一种地下滴灌滴头出流和堵塞的原位实时监测设备，其特征在于，包括自动加热光纤分布式温度传感器系统，所述自动加热光纤分布式温度传感器系统包括分布式温度传感器dts、热脉冲子系统hps、复合光缆、电气控制柜、上位机和电源稳压器，所述电源稳压器与电气控制柜连接，所述电气控制柜分别与上位机、分布式温度传感器dts和热脉冲子系统hps连接，所述分布式温度传感器dts的信号端口与复合光缆中的光纤连接，所述热脉冲子系统hps与复合光缆中的电缆连接，所述复合光缆与滴灌管一同布设在地表以下；

2.一种地下滴灌滴头出流和堵塞的原位实时监测方法，其特征在于，包括以下步骤：

3.根据权利要求2所述的地下滴灌滴头出流和堵塞的原位实时监测方法，其特征在于，所述s1中绘制测点湿润锋时刻对照图包括以下分步骤：

4.根据权利要求2所述的地下滴灌滴头出流和堵塞的原位实时监测方法，其特征在于，所述s2中提取光纤测点的湿润锋时刻的方法为：灌溉开始前，开启原位实时监测设备进行光纤测量，将灌溉前后一段时间内连续的土壤含水率曲线中的第一个拐点对应的时间作为所述光纤测点的湿润锋时刻。

5.根据权利要求3所述的地下滴灌滴头出流和堵塞的原位实时监测方法，其特征在于，所述s3中判断滴头堵塞程度，包括以下分步骤：

6.根据权利要求2所述的地下滴灌滴头出流和堵塞的原位实时监测方法，其特征在于，所述s3中判断滴头堵塞位置，包括以下分步骤：

技术总结
本发明公开了一种地下滴灌滴头出流和堵塞的原位实时监测设备及方法，涉及农业滴灌领域，设备包括自动加热光纤分布式温度传感器系统，所述自动加热光纤分布式温度传感器系统包括分布式温度传感器DTS、热脉冲子系统HPS、复合光缆、电气控制柜、上位机和电源稳压器，所述电源稳压器与电气控制柜连接，所述电气控制柜分别与上位机、分布式温度传感器DTS和热脉冲子系统HPS连接，所述分布式温度传感器DTS的信号端口与复合光缆中的光纤连接，所述热脉冲子系统HPS与复合光缆中的电缆连接，所述复合光缆与滴灌管一同布设在地表以下。本发明解决了现有方法无法准确判断地下滴灌滴头堵塞程度和堵塞位置的问题。

技术研发人员：刘燕芳,李虹辰,司炳成,张献娜,姜亚新
受保护的技术使用者：鲁东大学
技术研发日：
技术公布日：2024/12/26