一種果樹根部液肥入滲測(cè)量系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及果樹根部測(cè)量的研究領(lǐng)域，特別涉及一種果樹根部液肥入滲測(cè)量系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]土壤含水率是影響電磁波在土壤中傳播的最大因素。土壤中的水含量越高，土壤的介電常數(shù)越大，直到超出一定變化值后，土壤的介電常數(shù)將急劇增加。在土壤組成中，沙土具有大的空隙，對(duì)水的吸附能力相對(duì)較弱，以沙土為主的土壤，含水率的影響較大。一般情況下，土壤含水率隨著土壤深度的增加而不斷變化，但其變化無(wú)一定規(guī)律可循。在不同地區(qū)不同土壤類型中，含水率隨深度的變化規(guī)律也不是一致，即使在同一地區(qū)不同時(shí)間，這種變化情況也不是不變的。土壤含水率隨深度的變化并不呈現(xiàn)線性規(guī)律。通常情況，土壤含水率隨深度的增加而增加，超過(guò)一定深度后，則隨深度的增加而減小。
[0003]土壤(表觀)介電常數(shù)E和含水量Η定量關(guān)系的確定是發(fā)展基于電磁波理論的土壤含水量測(cè)定技術(shù)的重要基礎(chǔ)，如當(dāng)前普遍應(yīng)用的時(shí)域反射技術(shù)，以及探地雷達(dá)。土壤總的介電性質(zhì)決定于土壤各組分的介電性質(zhì)、含量及其相互作用，由于在一定的頻率域內(nèi)，大多數(shù)土壤固相的介電常數(shù)在3?7之間，因此，在非飽和土壤中，土壤含水量是土壤介電常數(shù)的主要影響因子，土壤介電常數(shù)的變化能很好地反映土壤含水量的變化。
[0004]電磁波在土壤介質(zhì)的傳輸過(guò)程中，通過(guò)土壤介質(zhì)進(jìn)行通信，其傳輸特性取決于土壤介質(zhì)本身，包括土壤結(jié)構(gòu)組成、土壤含水率等等。和自由媒質(zhì)空氣相比，土壤對(duì)電磁波傳播具有更大的衰減和吸收作用。土壤類型不變的情況下，土壤含水率是影響無(wú)線地下傳感器網(wǎng)絡(luò)電磁波傳輸信號(hào)損失的最重要的參數(shù)。土壤含水率的增加使通信損耗變的更大，所以土壤含水率是影響電磁波在土壤介質(zhì)中傳播的重要因素之一。綜上所述，通過(guò)電磁波來(lái)測(cè)量土壤含水量是一種可行的方案。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的主要目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)與不足，根據(jù)液肥注射中，需要分析液肥的滲透規(guī)律、果樹根部的吸收情況等，提供一種果樹根部液肥入滲測(cè)量系統(tǒng)。
[0006]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
[0007]本發(fā)明的一種果樹根部液肥入滲測(cè)量系統(tǒng)，包括多個(gè)定向天線陣列、兩個(gè)模擬開關(guān)陣列、信號(hào)發(fā)射模塊、信號(hào)接收模塊以及服務(wù)器；所述多個(gè)定向天線陣列埋設(shè)于以目標(biāo)區(qū)域?yàn)橹行牡恼叫芜吷?，服?wù)器將控制指令傳遞給信號(hào)發(fā)射模塊，信號(hào)發(fā)射模塊通過(guò)其中一個(gè)模擬開關(guān)矩陣連接一個(gè)定向天線陣列中的定向天線發(fā)射信號(hào)，同時(shí)控制另一個(gè)模擬開關(guān)矩陣切換至相應(yīng)通道，連通用于接收的定向天線陣列中對(duì)應(yīng)的定向天線，經(jīng)過(guò)信號(hào)接收模塊后，將信號(hào)強(qiáng)度參數(shù)傳遞給服務(wù)器存儲(chǔ)、分析，得出不同傳輸路徑上的土壤濕度情況，并通過(guò)軟件繪制果樹根部周圍、定向天線陣列組成的正方形內(nèi)部液肥入滲后、果樹根部土壤濕度的三維圖形。
[0008]作為優(yōu)選的技術(shù)方案，該測(cè)量系統(tǒng)包括4個(gè)定向天線陣列，其中2個(gè)定向天線陣列用于發(fā)射無(wú)線信號(hào)，另外兩個(gè)用于接收無(wú)線信號(hào)；用于發(fā)射無(wú)線信號(hào)的2個(gè)定向天線陣列埋設(shè)于正方形相鄰的兩個(gè)邊上，用于接收無(wú)線信號(hào)的2個(gè)定向天線陣列埋設(shè)于正方形另外相鄰的兩個(gè)邊上。
[0009]作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述定向天線陣列采用垂直波瓣及水平波瓣角度較小、增益大的小型或微型定向天線組成，使用時(shí)將定向天線陣列埋設(shè)于以果樹根部為中心的正方形邊上，根據(jù)所需的測(cè)量深度和寬度確定定向天線陣列中各定向天線之間的距離。
[0010]作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述土壤濕度情況是通過(guò)定向天線所發(fā)射的電磁波信號(hào)在土壤中的衰減情況來(lái)確定土壤濕度數(shù)值，定向天線較小的垂直、水平波瓣角及分時(shí)工作的方式，保證信號(hào)在發(fā)射和接收天線之間的傳遞路徑最小化，進(jìn)而通過(guò)接收天線的信號(hào)強(qiáng)度近似確定兩個(gè)天線之間的土壤濕度值。
[0011]作為優(yōu)選的技術(shù)方案，使用系統(tǒng)之前需要進(jìn)行標(biāo)定工作，建立土壤濕度、液肥濃度與土壤中電磁信號(hào)強(qiáng)度間的衰減關(guān)系，確定此關(guān)系后，可根據(jù)電磁信號(hào)強(qiáng)度反演兩個(gè)天線之間的土壤濕度情況。
[0012]作為優(yōu)選的技術(shù)方案，定向天線陣列連接于模擬開關(guān)矩陣，通過(guò)模擬開關(guān)矩陣確定當(dāng)前工作的定向天線對(duì)，實(shí)現(xiàn)定向天線的分時(shí)工作，并且可以根據(jù)被測(cè)區(qū)域的深度和寬度，通過(guò)模擬開關(guān)矩陣擴(kuò)展定向天線的數(shù)量，組成規(guī)模不同的定向天線陣列。
[0013]作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述信號(hào)發(fā)射控制模塊用于產(chǎn)生固定參數(shù)的模擬信號(hào)，并控制模擬開關(guān)矩陣依次選通相應(yīng)的定向天線對(duì)，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的分時(shí)發(fā)射和接收。
[0014]作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述信號(hào)采集模塊對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行檢波、求值處理后將信號(hào)數(shù)值傳遞給服務(wù)器存儲(chǔ)、分析，得出不同傳輸路徑上的土壤濕度情況，并通過(guò)軟件繪制果樹根部周圍、定向天線陣列組成的正方形內(nèi)部液肥入滲后，土壤濕度的三維圖形，具體為:
[0015]S1、所述服務(wù)器控制模擬開關(guān)矩陣并通過(guò)信號(hào)采集模塊分時(shí)接收相應(yīng)定向天線陣列中某一個(gè)定向天線的輸出信號(hào)數(shù)值，并根據(jù)輸出電壓信號(hào)的大小轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的土壤濕度數(shù)值，標(biāo)在三維坐標(biāo)軸上；
[0016]S2、服務(wù)器上運(yùn)行的上位機(jī)軟件中包含有三維坐標(biāo)系，其X、y軸表示定向天線陣列構(gòu)成的正方形的相鄰兩個(gè)邊，取值范圍為正方形的邊長(zhǎng)，z軸表示土壤的濕度；
[0017]S3、服務(wù)器上運(yùn)行的上位機(jī)軟件接收到的土壤濕度數(shù)值與定向天線陣列中的發(fā)射-接收的定向天線對(duì)之間為一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，也即上位機(jī)軟件根據(jù)當(dāng)前模擬開關(guān)矩陣的通斷情況能計(jì)算出當(dāng)前信號(hào)是哪一個(gè)定向天線對(duì)產(chǎn)生的；
[0018]S4、服務(wù)器上運(yùn)行的上位機(jī)軟件將接收到的土壤濕度數(shù)值自動(dòng)標(biāo)記在三維坐標(biāo)軸上，此后，形成一系列三維坐標(biāo)圖，也即定向天線陣列中序號(hào)為(l，n)的定向天線對(duì)測(cè)量的土壤濕度對(duì)應(yīng)一個(gè)三維坐標(biāo)圖，序號(hào)為(2，η)的定向天線對(duì)測(cè)量的土壤濕度對(duì)應(yīng)第二個(gè)三維坐標(biāo)圖，序號(hào)為(3，η)的定向天線對(duì)測(cè)量的土壤濕度對(duì)應(yīng)第三個(gè)三維坐標(biāo)圖。
[0019]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)和有益效果:
[0020]1、本發(fā)明可以測(cè)量果樹根部液肥的立體滲透情況?，F(xiàn)有的土壤濕度傳感器，主要測(cè)量果樹根部土壤表層某一點(diǎn)、固定深度的土壤濕度情況，為了防止液肥流失，采用注射方式施加液肥，液肥直接到達(dá)土層下方較深部位的果樹根部，常規(guī)的土壤濕度傳感器難以測(cè)量如此深度的土壤濕度情況。
[0021]2、本發(fā)明采用垂直波瓣角較小的定向天線，避免了由于電磁波在傳輸過(guò)程中存在的反射波和側(cè)面波，定向天線對(duì)直接以直射波為主，提高了測(cè)量的準(zhǔn)確性。
[0022]3、本發(fā)明采用定向天線陣列測(cè)量的是果樹根部周圍立體范圍內(nèi)的土壤濕度情況，對(duì)于分析液肥注射后，液肥的滲透、根部的吸收情況非常直觀。而常規(guī)的測(cè)量方法只是測(cè)量土壤表層某一個(gè)點(diǎn)的土壤濕度數(shù)值。
[0023]4、本發(fā)明擴(kuò)展性強(qiáng)。系統(tǒng)采用模擬開關(guān)矩陣連接定向天線陣列中的各個(gè)定向天線，可以根據(jù)測(cè)量范圍和測(cè)量精度的需要增、減定向天線的數(shù)量，而不需要改變系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)。
【附圖說(shuō)明】
[0024]圖1是本發(fā)明定向天線陣列；
[0025]圖2是本發(fā)明系統(tǒng)組成框圖；
[0026]圖3是本發(fā)明系統(tǒng)應(yīng)用示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027]下面結(jié)合實(shí)施例及附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。
[0028]實(shí)施例
[0029]如圖1、圖2所示，本實(shí)施例的一種果樹根部液肥入滲測(cè)量系統(tǒng)，包括多個(gè)定向天線陣列、兩個(gè)模擬開關(guān)陣列、信號(hào)發(fā)射模塊、信號(hào)接收模塊以及服務(wù)器(本實(shí)施例中以電腦為例)；所述多個(gè)定向天線陣列埋設(shè)于以目標(biāo)區(qū)域?yàn)橹行牡恼叫芜吷?，服?wù)器將控制指令傳遞給信號(hào)發(fā)射模塊，信號(hào)發(fā)射模塊通過(guò)其中一個(gè)模擬開關(guān)矩陣連接一個(gè)定向天線陣列中的定向天線發(fā)射信號(hào)，同時(shí)控制另一個(gè)模擬開關(guān)矩陣切換至相應(yīng)通道，連通用于接收的定向天線陣列中對(duì)應(yīng)的定向天線，經(jīng)過(guò)信號(hào)接收模塊后，將信號(hào)強(qiáng)度參數(shù)傳遞給服務(wù)器存儲(chǔ)、分析，得出不同傳輸路徑上的土壤濕度情況，并通過(guò)軟件繪制果樹根部周圍、定向天線陣列組成的正方形內(nèi)部液肥入滲后、果樹根部土壤濕度的三維圖形。
[0030]該測(cè)量系統(tǒng)包括4個(gè)定向天線陣列，其中2個(gè)定向天線陣列用于發(fā)射無(wú)線信號(hào)，另外兩個(gè)用于接收無(wú)線信號(hào)；用于發(fā)射無(wú)線信號(hào)的2個(gè)定向天線陣列埋設(shè)于正方形相鄰的兩個(gè)邊上，用于接收無(wú)線信號(hào)的2個(gè)定向天線陣列埋