基于相位检测的土壤水分、电导率测量仪及其测量方法

摘要

本发明提供了一种基于相位检测的土壤水分、电导率测量仪，包括：信号发生器，环行器，延时器，相位检测器，检波器及微处理器。本发明使用单一频率的正弦信号代替阶跃信号，使用相位检测器将入射信号和反射信号的相位差转换为与之成正比的直流电压信号，通过测量直流电压信号即可得到电磁波在探头上的传播时间，检波器将参考信号和反射信号进行整流，分别获取其电压幅值并输出给模数转换器，通过标定可进一步得到土壤含水量和电导率。由于没有采用昂贵的快速阶跃信号发生器和高频采样示波器技术，大大降低了成本和技术难度，其技术性能与国外同类仪器相当，但价格仅为国外产品的50％。此外，还提供了使用该测量仪测量土壤含水量和/或电导率的方法。

主权项

一种基于相位检测的土壤水分、电导率测量仪，其特征在于，包括：信号发生器，分别向环行器和延时器输出具有相同频率、幅度和初相位的高频正弦检测信号vt和参考信号vr；环行器，通过同轴电缆和阻抗变换器向待测土壤内的传感器探头输出所述检测信号vt，分离出经传感器探头末端反射回来的反射信号vt并分别输出给相位检测器和检波器；延时器，使所述信号发生器输出的参考信号vr的传输时间产生延时后输出给相位检测器；相位检测器，将所述延时器输出的参考信号vr与所述环行器输出的反射信号vt之间的相位差转化为与之成比例的直流电压信号，输出给模数转换器；检波器，对所述延时器输出的参考信号vr和所述环行器输出的反射信号vt进行整流，分别获取其电压幅值Vr和Vt并输出给模数转换器；模数转换器，对所述相位检测器和检波器输出的信号进行模数转化并分别输出给传播时间计算器和反射系数计算器；传播时间计算器，根据模数转换器输出的相位差值计算检测信号vt在所述传感器探头上的传播时间t；反射系数计算器，根据模数转换器输出的电压幅值Vr和Vt计算信号反射系数ρ＝Vt/Vr；水分计算器，根据所述传播时间t和预先标定的含水量标定公式计算得到待测土壤含水量θ；电导率计算器，根据所述含水量θ、所述反射系数ρ以及预先标定的电导率标定公式计算得到待测土壤电导率σ。