一种关于土壤墒情传感器的实验室校准方法

摘要

本发明公开了一种关于土壤墒情传感器的实验室校准方法，在设定拟合点和验证点土样的容重和体积含水率后，将土样与水均匀混合，通过循环利用已制作的土样来制作下一个土样，同时依次记录土壤墒情传感器的原始频率测量值，使用Matlab软件拟合数据最终得到校准公式。经本发明方法校准，不仅可以缩短标定周期和减少劳动量，而且校准后的传感器最终输出的数据精确度高，误差小。

主权项

一种关于土壤墒情传感器的实验室校准方法，其特征在于：包括以下几个步骤：步骤A，设定拟合点和验证点土样的容重和体积含水率；步骤B，将待用土样烘干、碾碎、过筛，过筛后土壤粒径≤1mm；步骤C，根据(1)、(2)、(3)式计算土壤的体积V_土，根据(4)式计算干土的质量M_干；V₁＝π×r²₁×h   (1)V₂＝π×r²₂×h   (2)V_土＝V₁‑V₂   (3)M_干＝V_土×ρ₀   (4)其中，V₁为装土容器的总体积，单位为cm³；V₂为导管在容器中所占的总体积，单位为cm³；r₁为装土容器的内半径，单位为cm；r₂为导管的外半径，单位为cm；h为制作土样的高度，单位为cm；ρ₀为配置土壤的容重，单位为g/cm³；步骤D，根据(5)式计算每个拟合点和验证点所加入的水的量；M_水＝ρ_水×V_土×θ   (5)其中，ρ_水为水的密度，单位为g/cm³θ为设计的土壤体积含水率；步骤E，按照选取的拟合点和验证点体积含水率的大小由低到高依次制作，制作第一个实验点V_i，设容重为ρ_i，将质量为m_i干的干土放入装土容器中，同时加入相应质量的水m_i水，然后均匀搅拌；步骤F，将搅拌均匀后的土壤均匀分成若干份，首先将称好的第1份土样放入装土容器中，然后使用辅助工具将土样抚平，最后使用压实工具均匀压实土样，压实工具每次都要压到内部标线的位置，将剩余份数土样按第1份压实的方式依次压入容器，装土完毕后加盖并密封，待测试样制作完毕；步骤G，将铜环式传感器插入容器内的导管中，稳定后读取测量的原始频率值，重复读取若干组；步骤H，使用环刀取土，取出传感器，将环刀均匀放入土样，盖上环刀手柄，使用敲击工具轻轻敲入，到位后取下环刀手柄，在挖出环刀的操作过程中要避免环刀中的试样掉落，然后使用肖土刀将试样两端修平，修平时避免环刀中试样掉落；步骤I，重复步骤H，用环刀取样若干次，依次放入装土盒子，注意在放的过程中不要掉落试样，用感量≤0.01g的电子天平称量试样湿重m_湿，待环刀取土完毕后，将剩余的土样密封；步骤J，将称好湿重的盒子放进烘箱，在105±2℃温度下烘干6～12小时；步骤K，用电子天平将烘干的试样逐一称重m_干；步骤L，在上一个制作土样的基础上，开始制作下一个实验点V_i+1，设容重为ρ_i+1，使用电子天平称量步骤J中密封后的土样，总质量记为m_余i，称量完毕后，将其放入塑料盆中备用，由步骤C，计算该实验点所需的干土质量M_(i+1)干，水的质量M_(i+1)水，由(6)式计算需要添加的干土质量m′_(i+1)干，由(7)式计算水的质量m′_(i+1)水：向塑料盆中加入质量为m′_(i+1)干的干土，质量为m′_(i+1)水的水，准备拌土，重复步骤E～步骤K的过程；步骤M，重复步骤L，依次制作完设计的拟合点和验证点；步骤N，依次计算记录的原始频率值的平均值f_i，采用(8)式计算烘干后土样的体积含水率θ_i：θ_i＝(m_湿‑m_干)/V_环刀   (8)其中，V_环刀为环刀的体积，单位为cm³；以体积含水率θ_i作为y轴，传感器输出频率的平均值f_i对应的归一化频率SF_i作为x轴，进行拟合，得到土壤校准公式，其中，归一化频率SF_i通过(9)式计算：${\mathrm{SF}}_i=\frac{f_a-f_i}{f_a-f_w}---\left(9\right)$其中，f_a是在传感器插入空装土容器内的导管中所测的空气频率；f_w是传感器插入装满水的装土容器内的导管中所测的水中的频率。