Автономный комплекс для экспресс-оценки динамики электрической активности почв

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. Автономный комплекс для экспресс-оценки динамики электрической активности почв содержит измерительный щуп, соединенный посредством блока преобразования сигналов с блоком их обработки и индикации, автономный стабилизированный источник электропитания блока преобразования сигналов. Блок преобразования сигналов включает мультиплексор, связанный с контроллером, имеющим клавиатуру управления, через последовательно соединенные аналого-цифровой преобразователь, фильтр нижних частот, схему согласования с контроллером, а также соединенные с ним устройство энергонезависимой памяти, дисплей и схему согласования с блоком обработки и индикации, содержащего микропроцессорное вычислительное устройство и индикатор. Щуп выполнен в виде диэлектрического конуса с расположенными на нем по окружности электропроводными измерительными кольцами, имеющими электрические выводы. Устройство позволяет в реальных полевых условиях повысить точность измерений динамики электрической активности почв на разных почвенных горизонтах. 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 обнаружения электрической активности почв [Снакин В.В. Окислительно-восстановительный потенциал почв // Известия РАН. Серия биологическая. 1992, №2], содержащие измерительные и эталонный электроды, соединенные с блоком обработки электрических сигналов.

Однако такие устройства имеют низкие оперативность, точность и разрешающую способность (по частоте и амплитуде сигналов) для обнаружения слабой эндогенной (собственной) электрической активности почв, в том числе ее наиболее информативной динамической составляющей. К тому же известные устройства не позволяют в полевых условиях (в реальном почвенном массиве) осуществлять регистрацию, визуализацию и сопоставление устойчивых динамических состояний («ритмопортретов») собственной электрической активности различных типов почв, а также оценивать уровень и степень функционально-целостной организованности почвенных систем. Особенности и характер «ритмопортретов» почвенных систем зависят от состава органо-минерального комплекса: содержания и соотношения в почве подвижной части ионов калия, кальция, фосфора и др., биологической активностью почвенного микробного сообщества и продуктов их жизнедеятельности, а также от иных источников функциональной активности почвы. Устойчивая динамическая структура - «ритмопортрет» почвы определяется видом ее спектральной характеристики, получаемой в результате ряда математических преобразований и отображений, на основе временной диаграммы распределения слабых электрических потенциалов собственной электрической активности почвы.

Техническим результатом предлагаемого технического решения является повышение оперативности и точности измерения (в полевых реальных условиях) динамики эндогенной электрической активности почв.

Указанный технический вариант достигается тем, что автономный комплекс для экспресс-оценки динамики электрической активности почв, содержащий измерительный щуп, соединенный посредством блока преобразования сигналов с блоком их обработки и индикации, автономный стабилизированный источник электропитания блока преобразования сигналов, при этом блок преобразования сигналов содержит мультиплексор, связанный с контроллером, имеющим клавиатуру управления, через последовательно соединенные аналого-цифровой преобразователь, фильтр нижних частот, схему согласования с контроллером, а также соединенные с ним устройство энергонезависимой памяти, дисплей и схема согласования с блоком обработки и индикации, содержащего микропроцессорное вычислительное устройство и индикатор, причем щуп выполнен в виде диэлектрического конуса с расположенными на нем по окружности электропроводными измерительными кольцами, имеющими электрические выводы.

На чертеже представлено устройство, которое содержит измерительный щуп 1 с электропроводными кольцами 2, имеющими электрические выводы 3, связанные с узлом 4 преобразования сигналов. Последний включает аналоговый мультиплексор 5, аналого-цифровой преобразователь 6, фильтр 7 нижних частот, схему 8 согласования с контроллером 9, имеющим клавиатуру 10 управления. К выходу котроллера 9 подключены узел 11 энергонезависимой памяти, дисплей 12 и схема 13 согласования с блоком 14 обработки и индикации. Электропитание всех узлов блока 4 преобразования сигналов обеспечивает автономный стабилизированный источник 15 питания. Блок 14 обработки и индикации содержит микропроцессорное вычислительное устройство 16 и индикатор 17.

Устройство работает следующим образом. При заглублении в почву измерительного щупа 1 на его электропроводных кольцах 2 (расположенных на разных горизонтах) возникают электрические потенциалы низкого уровня, которые посредством электрических выводов 3 поступают на вход мультиплекса 5, расположенного в блоке 4 преобразования сигналов. С определенной частотой, задаваемой контроллером 9, происходит посредством мультиплексора 5 циклическое подключение соответствующих электрических выводов 3 к аналого-цифровому преобразователю 6. В последнем осуществляется преобразование аналоговых электрических сигналов (поступающих со щупа 1) в цифровые (дискретные). Дискретность (шаг квантования) такого преобразования задается контроллером 9. Электрические сигналы со щупа 1 уже в цифровом виде поступают на фильтр 7 нижних частот, который исключает (фильтрует) различные высокочастотные помехи. Отфильтрованные электрические сигналы через первую схему 8 (согласования) поступают на вход контроллера, обеспечивающего (программным путем) управление запоминанием в узле 11 (энергонезависимой памяти) уровней электрических сигналов, поступающих со щупа 1, а также выводом их значений на дисплей 12. К тому же по командам, поступающим с клавиатуры 10 управления, может осуществляться через вторую схему 13 (согласования) передача значений (уровней) электрических сигналов в микропроцессорное вычислительное устройство 16 и далее на его индикатор 17 вместе расположенные в блоке 14 обработки и индикации. В микропроцессорном вычислительном устройстве 16 осуществляются математическая обработка и анализ изменений уровней электрических сигналов, их различных корреляционных и частотных зависимостей, по которым оценивается динамика электрической активности почвы на разных ее горизонтах.

Устройство позволяет в полевых (реальных) условиях повысить оперативность и точность измерений (на разных почвенных горизонтах) динамики эндогенной электрической активности почвы.

Автономный комплекс для экспресс-оценки динамики электрической активности почв, содержащий измерительный щуп, соединенный посредством блока преобразования сигналов с блоком их обработки и индикации, и автономный стабилизированный источник электропитания блока преобразования сигналов, отличающийся тем, что блок преобразования сигналов содержит аналоговый мультиплексор, связанный с контроллером, имеющим клавиатуру управления, через последовательно соединенные аналого-цифровой преобразователь, фильтр нижних частот, первую схему согласования, а также соединенные с ним устройство энергонезависимой памяти, дисплей и вторую схему согласования с блоком обработки и индикации, содержащим индикатор и микропроцессорное вычислительное устройство для обработки и анализа изменений уровня электрических сигналов, по которым оценивают динамику электрической активности почвы на разных ее горизонтах, при этом измерительный щуп выполнен в виде диэлектрического конуса с расположенными на нем по окружности на различных горизонтах почвы электропроводными кольцами, имеющими электрические выводы, соединенные с входом мультиплексора, осуществляющего циклическое подключение соответствующих электрических выводов к аналого-цифровому преобразователю с определенной частотой, задаваемой контроллером.