Стационарный комплекс для экспресс-оценки динамики электрической активности почв
Владельцы патента RU 2279073:
Некоммерческое партнерство "АСИ-БИОСФЕРА" (RU)
Комаров Владимир Михайлович (RU)
Изобретение относится к области экологического мониторинга и диагностики функционального состояния видов почв и может быть использовано в земледелии, почвоведении при проведении исследовательских, кадастровых и других видов работ. Стационарный комплекс для экспресс-оценки динамики электрической активности почв содержит измерительные и эталонный электроды, соединенные посредством узла преобразования сигналов и линии связи с блоком их обработки и индикации и дополнительные датчики влажности и температуры. Узел преобразования сигналов расположен в металлическом корпусе и содержит инструментальный усилитель, входами связанный с измерительными, эталонным электродами и датчиками влажности и температуры почв, а выходом через линию связи с аналого-цифровым преобразователем, соединенным через последовательно включенные микропроцессорное вычислительное устройство и гальваническую развязку с индикатором. Металлический корпус выполнен в виде цилиндра, внутри которого размещена кювета с находящимися в ней исследуемым образцом почвы, измерительными и эталонным электродами, датчиками температуры, влажности и установленная внутри электростатического магнитного экрана. По уровням амплитуд и значениям частотного спектра электрических сигналов почвы можно оперативно судить о характере динамики ее электрической активности, выявлять тонкую структуру зон динамической устойчивости. Устройство позволяет повысить оперативность и достоверность оценки динамики электрической активности почв. 1 ил.
Изобретение относится к области экологического мониторинга и диагностики функционального состояния типов почв и может быть использовано в земледелии, почвоведении при проведении исследовательских, кадастровых и других видов работ.
Известны устройства для обнаружения электрических (окислительно-восстановительных) потенциалов почв, содержащие измерительные и эталонный электроды, соединенные посредством узла преобразования сигналов и линии связи с блоком их обработки и индикации [Зырин Н.Г., Орлов Д.С. Физико-химические методы исследования почв, Москва, 1964].
Однако такие устройства имеют низкие оперативность, точность и разрешающую способность, что не позволяет обнаруживать и регистрировать сверх слабые сигналы динамической составляющей эндогенной (собственной) электрической активности почвы. К тому же, известные устройства не дают возможности осуществлять тонкую дифференциацию, сравнение и визуализацию устойчивых проявлений динамики собственной электрической активности почвы («ритмопортреты»), которые отражают уровень и степень функционально-целостной организованности различных видов почвенных систем, в том числе работоспособность органно-минерального комплекса, суммарную ферментативную активность микробиологического сообщества, дееспособность иных источников функциональной активности почвы. Устойчивая динамическая структура - «ритмопортрет» почвы определяется видом ее спектральной характеристики, образующейся путем ряда математических преобразований и отображений, из временной диаграммы распределения слабых электрических потенциалов почвенных систем.
Техническим результатом предлагаемого технического решения является повышение оперативности и точности измерения динамики эндогенной электрической активности различных функциональных состояний почв.
Такой технический результат достигается тем, что стационарный комплекс для экспресс-оценки динамики электрической активности почв, содержащий измерительные и эталонный электроды, соединенные посредством узла преобразования сигналов и линии связи с блоком их обработки и индикации, дополнительно содержит датчики влажности и температуры почвы, при этом узел преобразования сигналов расположен в металлическом корпусе и содержит инструментальный усилитель, входами связанный с измерительными, эталонным электродами и датчиками влажности и температуры почв, а выходом - через линию связи с аналого-цифровым преобразователем, соединенным через последовательно включенные микропроцессорное вычислительное устройство и гальваническую развязку с индикатором, причем металлический корпус выполнен в виде цилиндра, внутри которого размещена кювета с находящимися в ней исследуемым образцом почвы, измерительными и эталонным электродами, датчиками температуры, влажности, и установленная внутри электростатического, магнитного экрана.
На чертеже приведена схема стационарного комплекса для экспресс-оценки динамики электрической активности почв.
Устройство содержит узел 1 преобразования сигналов (электродов), размещенный в металлическом корпусе 2 и содержащий автономный источник 3 электропитания, соединенный с инструментальным усилителем 4, входы которого подключены к измерительным и эталонному электродам 5, а также к датчикам влажности 6 и температуры 7. Все электроды 5 и датчики 6, 7 расположены в кювете 8 с исследуемым образцом почвы 9, которая расположена в электростатическом, магнитном экране 10. Последний предназначен для внешней защиты от электростатических и магнитных полей (помех). Выходной сигнал инструментального усилителя 4 посредством линии 11 связи поступает на аналого-цифровой преобразователь 12, связанный через последовательно соединенные гальваническую развязку 13 и микропроцессорное вычислительное устройство 14 с индикатором 15. В свою очередь совокупность аналого-цифрового преобразователя 12, гальванической развязки 13, микропроцессорного вычислительного устройства 14 определяют блок 16 обработки и индикации.
Устройство работает следующим образом. Исследуемый образец почвы 9 помещают в кювету 8 (с электростатическим, магнитным экраном 10 металлического корпуса 2). При этом, аналоговый сигнал с датчиков влажности 6 и температуры 7 (установленных в кювете 8) усиливается посредством инструментального усилителя 4 и поступает через линию 11 связи на аналого-цифровой преобразователь 12, в котором он (сигнал) преобразуется в цифровую форму. Далее, последний, пропорциональный значениям влажности и температуры, через гальваническую развязку 13 и микропроцессорное вычислительное устройство 14 поступает на индикатор 15, в котором отображаются в цифровом виде реальные значения влажности и температуры почвы.
После определения значений влажности и температуры почвы в кювете 8 происходит передача (по программной команде с микропроцессорного вычислительного устройства 14) в инструментальный усилитель 4 низких по уровню электрических (эндогенных) сигналов почвы. Эти сигналы с измерительных и эталонного электродов 5 усиливаются до требуемого (для преобразования в цифровую форму) уровня и через линию 11 связи поступают на аналого-цифровой преобразователь 12 и далее через гальваническую развязку 13 на микропроцессорное вычислительное устройство 14. В последнем по определенной программе (например, известным преобразованием Фурье) происходит отображение временной формы сигналов измерительных и эталонного электродов 5 в частотную. По уровням амплитуд и значениям частотного спектра электрических сигналов почвы можно оперативно (в реальном масштабе времени) судить о характере динамики ее электрической активности и, главное, выявлять тонкую структуру зон динамической устойчивости - «ритмопортреты».
Устройство позволяет повысить оперативность и достоверность оценки динамики электрической активности почв.
Стационарный комплекс для экспресс-оценки динамики электрической активности почв, содержащий измерительные и эталонный электроды, соединенные посредством узла преобразования сигналов и линии связи с блоком их обработки и индикации, отличающийся тем, что дополнительно введены датчики влажности и температуры почвы, при этом узел преобразования сигналов расположен в металлическом корпусе и содержит инструментальный усилитель, входами связанный с измерительными, эталонным электродами и датчиками влажности и температуры почв, а выходом - через линию связи с аналого-цифровым преобразователем, соединенным через последовательно включенные микропроцессорное вычислительное устройство и гальваническую развязку с индикатором, причем металлический корпус выполнен в виде цилиндра, внутри которого размещена кювета с находящимися в ней исследуемым образцом почвы, измерительными и эталонным электродами, датчиками температуры, влажности, и установленная внутри электростатического, магнитного экрана.
