Способ измерения влажности почвы орошаемого массива

 

Изобретение относится к сельскому хозяйству , к области мелиоративных исследований состояния сельскохозяйственных угодий. Цель изобретения - повышение точности измерения путем повышения помехозащищенности к действию внешних электромагнитных полей и устранение влияния неоднородности почвы. Способ измерения влажности орошаемого массива включает прокладку в массиве ниже пахотного слоя почвы изолированного проводника . К концам проводника подключают генератор. При изменении влажности почвы меняется ее диэлектрическая проницаемость , а следовательно фазовая скорость и длина волны переменного тока вдоль проводника . Изменение последней приводит к изменению величин тока в начале и конце проводника, по соотношению которых и судят об изменении влажности почвы орошаемого массива. При этом регистрацию изменений элейтромагнитных параметров вдоль проводника проводят с помощью электромагнитных зондов, устанавливаемых рядом с проводником в его начале и середине, а сам изолированный проводник укладывают ниже пахотного слоя почвы зигзагообразно с шагом, равным толщине контролируемого слоя почвы. 2 ил. сл С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 А 01 G 25/16

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ (21) 4811155/15 (22) 09,04.90 (46) 07.04.92. Бюл. М 13 (71) Тверской политехнический институт (72) И,А.Гвоздев (53) 631.347.1(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 1521399, кл. А 01 G 25/16; 1989. (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ВЛАЖНОСТИ

ПОЧВЫ ОРОШАЕМОГО МАССИВА (57) Изобретение относится к сельскому хозяйству, к области мелиоративных исследований состояния сельскохозяйственных угодий. Цель изобретения — повышение точности измерения путем повышения помехозащищенности к действию внешних электромагнитных полей и устранение влияния неоднородности почвы. Способ измерения влажности орошаемого массива

Изобретение относится к диагностике мелиоративного сбстояния сельскохозяйственных угодий и может быть использовано в сельском хозяйстве, мелиорации, дорожном строительстве и при решении задач мониторинга окружающей среды.

Цель изобретения — повышение точности измерений путем повышения помехозащищенности кдействию внешних электромагнитных полей и устранение неоднородности почвы.

Способ измерения влажности почвы орошаемого массива включает прокладку в массиве ниже пахотного слоя почвы изолированного проводника с включенным в,его разрыв генератором, а также регистрацию изменения электромагнитных параметров вдоль провод„„SU „„1724113А1 включает прокладку в массиве ниже пахотного слоя почвы изолированного проводника. К концам проводника подключают генератор. При изменении влажности почвы меняется ее диэлектрическая проницаемость, а следовательно фазовая скорость и длина волны переменного тока вдоль проводника. Изменение последней приводит к изменению величин тока в начале и конце проводника, по соотношению которых и судят об изменении влажности почвы орошаемого массива. При этом регистрацию изменений элейтромагнитных параметров вдоль проводника проводят с помощью электромагнитных зондов, устанавливаемых рядом с проводником в его начале и середине, а сам изолированный проводник укладывают ниже пахотного слоя почвы зигзагообразно с шагом, равным толщине контролируемого слоя почвы. 2 ил. ника с помощью электромагнитных зондов. При этом изолированный проводник укладывают зигзагообразно с шагом, равным толщине контролируемого слоя почвы, а электромагнитные зонды устанавливают рядом с проводником в его начале и середине.

Съем сигнала осуществляют за счет установки индукционных зондов в непосредственной близости от проводника, что повышает помехоустойчивость по отношению к внешним электромагнитным помехам, Способ осуществляют с помощью устройства для измерения влажности почвы орошаемого массива, 1724113

На фиг. 1 показана общая схема устройства; на фиг. 2 — график силы тока по длине проводника (а — половина длины).

Устройство содержит генератор 1 переменного тока, подключенный к изолированному проводнику 2, уложенному ниже пахотного слоя зигзагообразно, причем шаг укладки проводника 2 равен толщине контролируемого слоя, Индукционные зонды 3 и

4 расположены в непосредственной близости от изолированного проводника, причем один зонд расположен в начале проводника

2, а другой зонд — в середине проводника 2.

Индукционные зонды 3 и 4 подключены к регистрирующему блоку 5.

В качестве генератора может быть использован генератор кабелеискателя, в качестве изолированного проводника — любой изолированный провод. При большой протяженности провода необходимо использовать медный или алюминиевый провод.

Индукционный зонд может быть выполнен в виде катушек с ферритовыми сердечниками.

Регистрирующее устройство может быть выполнено в виде операционных усилителей.

Устройство работает следующим образом.

При включении генератора 1 переменный ток, протекающий по изолированному проводу, посредством создаваемого им электромагнитного поля взаимодействует с окружающей проводник средой. Фазовая скорость чф распространения электромагнитных волн (ЭМВ) зависит от диэлектрических свойств почвы о и определяется /о выражением чф = — т=-,, где v<> — скорость ю распространения ЭМВ в вакууме. При этом изолированный проводник 2 можно рассматривать как короткозамкнутую длинную линию, в которой могут возникать стоячие волны при определенных соотношениях между длиной волны и длиной проводника.

Возникновение стоячей волны приводит к неравномерности распределения тока по длине проводника, причем максимум тока соответствует короткозамкнутому концу двухпроводной линии, а минимум — ее началу. Характер распространения тока в линии показан на фиг, 2, При зигзагообразной конструкции изол и рова н ного про вод н и ка ко ротко зам кнутый конец длинной линии соответствует середине общей длины замкнутого проводника. Для удобства съема сигнала в устройстве используют индукционные зонды, которые располагают в непосредственной близости (1 — 2 см) от проводника. В катушках индукционных зондов наводится ЗДС, величина которой зависит от амплитуды тока, протекающего в проводник. Поэтому с зон5 да 3 снимается ЗДС Ез, а с зонда 4 — ЭДС

Е4. Отношение амплитуд Ез/Е4 связано с изменением влагосодержания. При этом изменения величины тока, обусловленные нестабильностью характеристик генератора, 10 не влияют на величину этого соотношения, что также повышает точность измерения.

Для получения однозначных характеристик между величиной соотношения сигналов Ез/Е4 и величиной влагосодержания

15 необходимо, чтобы четверть длины волны А было больше половины длины провода а, то есть il /4 > а. Например, при e = 25 фазовая скорость чф = 300.000/ V25 = 60.000, а длина волны il = чр /f, где f — частота коле20 баний, и при f = 20 кГц А = 60000/20000 =- 3 км, тогда общая длина проводника 2а должна быть меньше 3 км, то есть а < 1,5 км.

Показанное на фиг. 2 соотношение токов в начале IH и в конце линии I» подчиня25 1н 2 па ется соотношению — = cos — . Из к графика видно, что соотношение токов максимальное при съеме сигналов в начале и конце линии, что соответствует максимальной чувствительности устройства.

Шаг зигзагообразной укладки проводников определяется толщиной контролируемого слоя почвы, так как основное электромагнитное поле двухпроводной линии сосредоточено 8 цилиндрическом пространстве между двумя соседними проводниками, Алгоритм преобразования информации устройства можно пояснить цепочкой преобразования: влажность почвы w определяет ее диэлектрическую проницаемость е =

=f(w), последняя через приведенные выше зависимости пересчитывается в фазовую скорость чф и далее в длину волны А, которая

45 по синусоидальной зависимости определяет величину К = IH/!» (соотношение величины токов в начале и конце).

Для почвы в зоне аэрации зависимость

= f(w) имеет вид 8 = w ° inc, где епс—

О, 50 диэлектрическая проницаемость сухой породы почвы, Таким образом, схемы устройства, работающего по описанному алгоритму, можно представить в виде

ДК д = А sin(A Ve ) /2 где A=2K af/ч.

1724113

При частоте f = 20000 Гц и длине 2а =

=3000 м получим = 0,16, то есть при

3К

38 изменении диэлектрической проницаемости на единицу соотношение токов изменя- 5 ется на 16, с учетом того, что в среднем изменение влажности на 17, вызывает из. менение диэлектрической проницаемости на 0,5ед, Таким образом, чувствительность уст- 10 ройства по влажности составит: 8 Д изменения соотношения тока на 17 изменения влажности почвы. Это позволяет по сравнению с известным способом измерения влажности почвы с помощью проложенного 15 в почве проводника увеличить соотношение сигнал-шум не менее чем в 10 раз.

Предлагаемый способ и устройство для его реализации позволяют значительно снизить влияние неоднородности почвы на 20 точность измерений . Известно, что для влажности почвы интервал корреляции для слоя почвы 0,5 м составляет 0,6 — 1,2 м, поэтому практически через 1 м идет смена показателей влажности почвы, Таким обра- 25 зом, если, например, с одной стороны заземленного проводника влажность выше, чем с другой, то это приводит к увеличению результирующей ЭДС, снимаемой с индукционной рамки, что соответствует измене- 30 нию влажности, хотя средняя влажность осталась неизменной. Этот недостаток устранен в предлагаемом способе измерения, так как контролируемым является весь объем почвы между проводниками. Другое преимущество предлагаемого способа по сравнению с прототипом в том, что измере1н ния проводят по соотношению токов

1к что делает способ измерения нечувствительным к изменению величин тока, питающего изолированный проводник.

Формула изобретения

Способ измерения влажности почвы орошаемого массива, включающий прокладку в массиве ниже пахотного слоя почвы изолированного проводника с включенным в его разрыв генератором и регистрацию изменения электромагнитных параметров вдоль проводника с помощью электромагнитных зондов, о т л и ч а ю щ ий с я тем, что, с целью повышения точности измерений путем повышения помехозащищенности к действйю внешних электромагнитных полей и устранения влияния неоднородности -почвы, изолированный проводник укладывают зигзагообразно с шагом, равным толщине контролируемого слоя почвы, а электромагнитные зонды устанавливают рядом с проводником в его нача.ле и середине.

1724113

40

50

Составитель Г. Па раев

Техред M.Ìîðãåíòàë .Корректор А,Осауленко

Редактор Е.Хорина

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 1122 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5