一种测量组态可变的土壤电导率测量装置

技术领域

本发明属智能农业机械技术领域，具体涉及一种测量组态可变的土壤电导率测量装置。

背景技术

土壤电导率是研究精细农业不可缺少的重要参数，它包含了反应土壤质量和物理性质的丰富信息。土壤电导率测量方式主要分接触式和非接触式，非接触式测量方法以电磁感应原理进行，测量快速、高效、成本低，但易受仪器放置位置、环境电磁场等影响测量精度。接触式测量方法中的电流-电压四端法，因测量时需将电极插入土壤中进行，精度好、操作简单而被广泛应用。基于电流-电压四端法，由双点源分析引出三种测量组态，即Wenner组态、Schlumberger组态和Polar diple组态，现有土壤电导率测量装置也大多依据该3种组态建立。现有研究表明，土壤含水率、容重和质地等参数会影响上述3种测量组态的测量精度，因此，对于不同作业地条件，需要选择适用的土壤电导率测量组态进行测量，以提高土壤电导率测量精度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种测量组态可变的土壤电导率测量装置，可依据作业地含水率、容重和质地等条件，变换不同测量组态以实现高精度土壤电导率的测量。

本发明的一种测量组态可变的土壤电导率测量装置，由滑轨组件A、J端电极组件B、M端电极组件C、N端电极组件D、K端电极组件E和数据采集系统2组成，其中J端电极组件B的导线Ⅰ1a、M端电极组件C的导线Ⅱ1b、N端电极组件D的导线Ⅲ1c、K端电极组件E的导线Ⅳ1d上端均与数据采集系统2连接，并通过数据采集系统2为J端电极组件B和K端电极组件E提供恒流源，通过测M端电极组件C和N端电极组件D之间的电压实现土壤电导率测量。

所述的滑轨组件A由纵滑轨3a、横滑轨3b、端盖Ⅰ4a、端盖Ⅱ4b、端盖Ⅲ4c和端盖Ⅳ4d组成，纵滑轨3a和横滑轨3b呈十字形交叉连接，端盖Ⅳ4d和端盖4b分别与纵滑轨3a的前、后端过盈连接；端盖Ⅲ4c和端盖Ⅰ4a分别与横滑轨3b的左、右端过盈连接；纵滑轨3a和横滑轨3b的横截面均为矩形并设有异型通孔，异型通孔呈燕尾形，满足:

以使测量装置在使用过程中满足电极座和异型孔连接过程的受力需求。

纵滑轨3a自后至前设有定位孔Ⅰ5、定位孔Ⅱ6、定位孔Ⅲ7、定位孔Ⅳ8、定位孔Ⅴ9、定位孔Ⅵ10和定位孔Ⅶ11，定位孔Ⅰ5和定位孔Ⅱ6圆心距a

所述的J端电极组件B、M端电极组件C、N端电极组件D和K端电极组件E结构相同，均由导线1、电极座12、空心管13和电极14组成，其中电极座12下端为圆盘形，圆盘中心设有螺纹孔17，圆盘的螺纹孔17两侧设有孔对16；空心管13上部侧面设有孔Ⅰ15；电极14上端的圆盘上设有孔Ⅱ18，圆盘外圈设有螺纹19；空心管13上端与电极座12的螺纹孔17螺纹连接；空心管13下端与电极14上端螺纹连接；导线1穿过空心管13的孔Ⅰ15，其下端经孔Ⅱ18与电极14上端固接。

J端电极组件B、M端电极组件C、N端电极组件D和K端电极组件E中的导线，分别设为导线Ⅰ1a、导线Ⅱ1b、导线Ⅲ1c、导线Ⅳ1d；J端电极组件B、M端电极组件C、N端电极组件D和K端电极组件E中的电极座，分别设为电极座Ⅰ12a、电极座Ⅱ12b、电极座Ⅲ12c、电极座Ⅳ12d。

电极座12的剖面结构满足：d

空心管13的材料为绝缘材料，以便不影响土壤电导率测量精度。

所述的J端电极组件B、M端电极组件C、N端电极组件D和K端电极组件E在滑轨组件A的纵滑轨3a中的排列具有三种组态形式：Wenner组态、Schlumberger组态和Polar diple组态形式，其中Wenner组态下，J端电极组件B、M端电极组件C、N端电极组件D和K端电极组件E由后至前顺序排列，其上的电极座Ⅰ12a、电极座Ⅱ12b、电极座Ⅲ12c和电极座Ⅳ12d上端分别与纵滑轨3a上的定位孔Ⅰ5、定位孔Ⅲ7、定位孔Ⅳ8和定位孔Ⅵ10连接。

Schlumberger组态下，J端电极组件B、M端电极组件C、N端电极组件D和K端电极组件E由后至前顺序排列，其上的电极座Ⅰ12a、电极座Ⅱ12b、电极座Ⅲ12c和电极座Ⅳ12d上端分别与纵滑轨3a上的定位孔Ⅰ5、定位孔Ⅲ7、定位孔Ⅴ9和定位孔Ⅵ10连接。

Polar diple组态下，J端电极组件B、K端电极组件E、M端电极组件C和N端电极组件D由后至前顺序排列，其上的电极座Ⅰ12a、电极座Ⅳ12d、电极座Ⅱ12b和电极座Ⅲ12c上端分别与纵滑轨3a上的定位孔Ⅱ6、定位孔Ⅲ7、定位孔Ⅴ9和定位孔Ⅶ11连接。

Wenner组态和Schlumberger组态转换只需使J端电极组件B、M端电极组件C、N端电极组件D和K端电极组件E沿纵滑轨3a前后滑动至指定定位孔即可，Wenner组态或Schlumberger组态与Polar diple组态转换需要先使M端电极组件C和N端电极组件D沿纵滑轨3a前后方向滑动至中间位置后，再分别沿左右方向滑动至横滑轨3b左右两端，再使K端电极组件E沿横滑轨3a前后方向滑动至指定定位孔后，M端电极组件C和N端电极组件D再由横滑轨3b返回纵滑轨3a，再分别沿纵滑轨3a前后方向滑动至指定定位孔。

本发明的有益效果在于：依据不同作业地条件，通过测量装置变换不同测量组态，以选择合适的测量组态进行土壤电导率高精度检测作业，且操作简单，成本低。

附图说明

图1为土壤电导率测量装置及Wenner组态结构示意图；

图2为土壤电导率测量装置的装配关系示意图；

图3为滑轨A的装配关系示意图；

图4为滑轨A的仰视图；

图5为滑轨A的剖视图；

图6为电极组件的结构示意图；

图7为电极座的结构示意图；

图8为电极14的结构示意图；

图9为电极组件的标记图；

图10为Schlumberger组态结构示意图；

图11为Polar diple组态结构示意图；

其中：A.滑轨组件B.J端电极组件C.M端电极组件D.N端电极组件E.K端电极组件1a.导线Ⅰ1b.导线Ⅱ1c.导线Ⅲ1d.导线Ⅳ2.数据采集系统3a.纵滑轨3b.横滑轨4a.端盖Ⅰ4b.端盖Ⅱ4c.端盖Ⅲ4d.端盖Ⅳ5.定位孔Ⅰ6.定位孔Ⅱ7.定位孔Ⅲ8.定位孔Ⅳ9.定位孔Ⅴ10.定位孔Ⅵ11.定位孔Ⅶ12.电极座12a.电极座Ⅰ12b.电极座Ⅱ12c.电极座Ⅲ12d.电极座Ⅳ13.空心管14.电极15.孔Ⅰ16.孔对17.螺纹孔18.孔Ⅱ19.螺纹。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明。

如图1和图2所示，本发明的一种测量组态可变的土壤电导率测量装置，由滑轨组件A、J端电极组件B、M端电极组件C、N端电极组件D、K端电极组件E和数据采集系统2组成，其中J端电极组件B的导线Ⅰ1a、M端电极组件C的导线Ⅱ1b、N端电极组件D的导线Ⅲ1c、K端电极组件E的导线Ⅳ1d上端均与数据采集系统2连接，并通过数据采集系统2为J端电极组件B和K端电极组件E提供恒流源，通过测M端电极组件C和N端电极组件D之间的电压实现土壤电导率测量。

如图3至图5所示，所述的滑轨组件A由纵滑轨3a、横滑轨3b、端盖Ⅰ4a、端盖Ⅱ4b、端盖Ⅲ4c和端盖Ⅳ4d组成，纵滑轨3a和横滑轨3b呈十字形交叉连接，端盖Ⅳ4d和端盖4b分别与纵滑轨3a的前、后端过盈连接；端盖Ⅲ4c和端盖Ⅰ4a分别与横滑轨3b的左、右端过盈连接；纵滑轨3a和横滑轨3b的横截面均为矩形并设有异型通孔，异型通孔呈燕尾形，满足：

以使测量装置在使用过程中满足电极座和异型孔连接过程的受力需求。

纵滑轨3a自后至前设有定位孔Ⅰ5、定位孔Ⅱ6、定位孔Ⅲ7、定位孔Ⅳ8、定位孔Ⅴ9、定位孔Ⅵ10和定位孔Ⅶ11，定位孔Ⅰ5和定位孔Ⅱ6圆心距a

如图6至图9所示，所述的J端电极组件B、M端电极组件C、N端电极组件D和K端电极组件E结构相同，均由导线1、电极座12、空心管13和电极14组成，其中电极座12下端为圆盘形，圆盘中心设有螺纹孔17，圆盘的螺纹孔17两侧设有孔对16；空心管13上部侧面设有孔Ⅰ15；电极14上端的圆盘上设有孔Ⅱ18，圆盘外圈设有螺纹19；空心管13上端与电极座12的螺纹孔17螺纹连接；空心管13下端与电极14上端螺纹连接；导线1穿过空心管13的孔Ⅰ15，其下端经孔Ⅱ18与电极14上端固接。

J端电极组件B、M端电极组件C、N端电极组件D和K端电极组件E中的导线，分别设为导线Ⅰ1a、导线Ⅱ1b、导线Ⅲ1c、导线Ⅳ1d；J端电极组件B、M端电极组件C、N端电极组件D和K端电极组件E中的电极座，分别设为电极座Ⅰ12a、电极座Ⅱ12b、电极座Ⅲ12c、电极座Ⅳ12d。

电极座12的剖面结构满足：d

空心管13的材料为绝缘材料，以便不影响土壤电导率测量精度。

如图1、图10和图11所示，所述的J端电极组件B、M端电极组件C、N端电极组件D和K端电极组件E在滑轨组件A的纵滑轨3a中的排列具有三种组态形式：Wenner组态、Schlumberger组态和Polar diple组态形式，其中Wenner组态下，J端电极组件B、M端电极组件C、N端电极组件D和K端电极组件E由后至前顺序排列，其上的电极座Ⅰ12a、电极座Ⅱ12b、电极座Ⅲ12c和电极座Ⅳ12d上端分别与纵滑轨3a上的定位孔Ⅰ5、定位孔Ⅲ7、定位孔Ⅳ8和定位孔Ⅵ10连接。

Schlumberger组态下，J端电极组件B、M端电极组件C、N端电极组件D和K端电极组件E由后至前顺序排列，其上的电极座Ⅰ12a、电极座Ⅱ12b、电极座Ⅲ12c和电极座Ⅳ12d上端分别与纵滑轨3a上的定位孔Ⅰ5、定位孔Ⅲ7、定位孔Ⅴ9和定位孔Ⅵ10连接。

Polar diple组态下，J端电极组件B、K端电极组件E、M端电极组件C和N端电极组件D由后至前顺序排列，其上的电极座Ⅰ12a、电极座Ⅳ12d、电极座Ⅱ12b和电极座Ⅲ12c上端分别与纵滑轨3a上的定位孔Ⅱ6、定位孔Ⅲ7、定位孔Ⅴ9和定位孔Ⅶ11连接。

Wenner组态和Schlumberger组态转换只需使J端电极组件B、M端电极组件C、N端电极组件D和K端电极组件E沿纵滑轨3a前后滑动至指定定位孔即可，Wenner组态或Schlumberger组态与Polar diple组态转换需要先使M端电极组件C和N端电极组件D沿纵滑轨3a前后方向滑动至中间位置后，再分别沿左右方向滑动至横滑轨3b左右两端，再使K端电极组件E沿横滑轨3a前后方向滑动至指定定位孔后，M端电极组件C和N端电极组件D再由横滑轨3b返回纵滑轨3a，再分别沿纵滑轨3a前后方向滑动至指定定位孔。