土壤水分站培训课件

（4）、技术特点
• 采用FDR测量技术、电容原理测量土壤水分 • 传感器位置可调，可分别测量不同深度的土壤体 积含水量 • 传感器配制灵活、测量精度高、性能稳定 • 安装时不破坏土壤结构，操作方便，可靠性高 • 维护及检定极为方便
2、数据采集器
（1）、外观图
（2）、面板连接图
3、连接示意图
三、土壤水分自动监测站建设技术要求
• RS-422/485侧为接线端子形式，包括TX+、TX-、RX+、RX-和电源输入 （用双绞线连接）。 • 电源应由RS-422/485侧统一供电，不能跟RS-232侧共地。
4、电源供电单元
（1）、供电方式
本机电源供电采用交流220V加后备电池辅助供电方式。 为保证断电时系统能正常工作，系统装备有蓄电池和 电源变换器，蓄电池可作为后备电池辅助供电，电源变换 器具有充电及过流、过放电保护功能。系统由交流220V市 电供电，断电时由蓄电池对数据采集器供电，可保证采集 数据的完整性，蓄电池供电时间为5天。
（4）、技术特点
• 采用FDR测量技术、电容原理测量土壤水分 • 传感器位置可调，可分别测量不同深度的土壤体 积含水量 • 传感器配制灵活、测量精度高、性能稳定 • 安装时不破坏土壤结构，操作方便，可靠性高 • 维护及检定极为方便
2、数据采集器
（1）、外观图
（2）、连接示意图
（3）、技术特点
1、 土壤水分探测器
（1）、工作原理
采用了频域反射（FDR）测量技术。
频域反射（FDR）测量技术是通过测量放置在土壤中的两个电 极之间的电容形成的振荡回路所产生的信号频率来测量土壤介电 常数，而土壤介电常数与土壤水分是密切相关的。 当在两个电极之间加上电压时，振荡回路会产生频率信号， 频率的大小随土壤介电常数而改变，通过测量频率信号从而测量 出土壤水分。
（3）、结构组成示意图：
HYA-SF Ⅱ型土壤水分自动监测站
主要包括：
1、EnviroSMART 土壤水分探测器 2、HYA-M数据采集器 3、通信单元 4、系统电源
1、 土壤水分探测器
（1）、工作原理
采用了频域反射（FDR）测量技术。
频域反射（FDR）测量技术是通过测量放置在土壤中的两个电 极之间的电容形成的振荡回路所产生的信号频率来测量土壤介电 常数，而土壤介电常数与土壤水分是密切相关的。 当在两个电极之间加上电压时，振荡回路会产生频率信号， 频率的大小随土壤介电常数而改变，通过测量频率信号从而测量 出土壤水分。
多层埋设的CS616水分传感器
美国 AQUA-TEL-TDR土壤水分传感器
澳大利亚EnviroSMART 多点可调土壤水分探测器
SWR3土壤水分传感器
主要特点
• 测量精度高，响应速度快 • 土质影响较小，应用地区广泛 • 密封性好，可长期埋入土壤中使用，且不受腐蚀
性能指标
• 测量参数：土壤容积含水量θ V • 精 度：0～50%（m3/m3）范围内为±2% （m3/m3） • 测量区域：90%的影响在围绕中央探针的直径为 3cm、长为6cm的圆柱体内 • 工作电压：10～30 VDC，典型值12 VDC或24VDC • 工作电流：20～30mA，典型值25 mA • 输出信号：0～2.5V
2、土壤分类
华南： 砖红壤 红壤Red soils 黄壤Yellow soils 华东： 黄棕壤 黄褐土 棕壤Brown soils 东北： 黑 土 暗棕壤 白浆土 灰化土 华北： 潮 土 褐 土 西北： 棕钙土 灰漠土 棕漠土 黄土高原： 黄绵土 黑垆土
3、土壤水分的表述
（2）、隔离转换器主要技术指标
自动内部RS-485总线管理无需外部控制信号 RS-485数据线上有瞬态干扰、浪涌保护 总线上可挂接32个设备 1.2公里长的网络连接 传输速率:300（bps）- 115.2k（bps） 有电源及数据流指示灯，用于故障诊断 隔离电压：1000VDC RS-422/RS-485接口连接器：300V 15A插入式端子 RS-232接口：DB-9 电源要求：DC10-30V，有电源反接保护 电源功耗：1.5W
工作示意图：
（2）、主要部件
①、土壤水分传感器
②、接口控制器
③、总线及固定结构
（3）、技术指标
特 征
协议选项 探测器最大传感器数 传感器测量原理 输出选项 输出分辨率 输出方法 电流消耗 分辨率 精度 读数范围 工作温度 读一个传感器的时间 感应范围
性能指标
SDI-12、RS232、RS485 16 频域反射（FDR）测量技术 SDI-12 、RS232、RS485 16位 连续数据 250uA 休眠，66mA 静态，100mA 采样 0.01% +/- 0.1% 由干到饱和 －20～75℃ 1.1秒 99％是从管子外部10cm以内的范围读取
y = 0.0337x - 0.0426x + 0.2008x - 0.0041 R2 = 0.9957
3 2
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
6、土壤常数及其测定
（1）、土壤容重 P: 克/立方厘米 （2）、田间持水量 fc: % （3）、凋委湿度 Wk: %
7、土壤水分测定的有关公式
（1）、体积含水量:(单位:%) Q=W*P W: 重量含水率(%), P: 土壤容重（克/立方厘米）
（2）、供电设备
供电设备由电源变换器、蓄电池、空气开关、电源避 雷器组成。 电源变换器将交流220V市电转换成直流12V，对数据 采集器、通讯单元和土壤水分探测器供电，同时对蓄电池 充电。 蓄电池作为后备电池辅助供电，当交流220V市电断电 时，由蓄电池对数据采集器、通讯单元和土壤水分探测器 供电，可保证采集数据的完整性，蓄电池供电时间为5天。
工作示意图：
（2）、主要部件
①、土壤水分传感器
②、接口控制器
③、总线及固定结构
（3）、技术指标
特 征
协议选项 探测器最大传感器数 传感器测量原理 输出选项 输出分辨率 输出方法 电流消耗 分辨率 精度 读数范围 工作温度 读一个传感器的时间 感应范围
性能指标
SDI-12、RS232、RS485 16 频域反射（FDR）测量技术 SDI-12 、RS232、RS485 16位 连续数据 250uA 休眠，66mA 静态，100mA 采样 0.01% +/- 0.1% 由干到饱和 －20～75℃ 1.1秒 99％是从管子外部10cm以内的范围读取
二、土壤水分自动监测站
室外部分：
主要包括传感器、数据采集器、通信单元和系统 电源四部分。
室内部分：
主要是微机终端，用于对采集数据处理，通过应 用软件实现对采集器的实时数据采集和监控。
HYA-SF Ⅰ型土壤水分自动监测站
主要包括：
1、EnviroSMART 土壤水分探测器 2、CR200数据采集器 3、通信单元 4、系统电源
以体积百分比表示：土壤中水分的体积（cm3）/ 土壤体 积（cm3 ）*100% 以重量百分比表示：土壤水重（g）/干土重（g）*100% 土壤相对含水量：土壤重量百分比（%）/田间持水量（%） *100%
土壤水分含量：单位面积以上土壤柱内水分的绝对含量， 单位mm
4、土壤水分测定的一般规定
2、观测室要求
（1）、土壤水分自动监测站的观测室可新建，也可 利用现有的地面气象观测室。
（2）、室内设备运行环境
工作温度：5℃~40℃ 相对湿度：< 90% 电压波动：220v+10% -15%
（3）、观测室内环境要求
• 土壤水分监测站的独立观测室，面积应不小于5平方米。 • 观测室内装修应采用不起尘、不掉渣材料。 • 观测室内如有水管通过时，应采取防漏水措施。
（2）、土壤相对湿度:(单位:%,取整数)
R=W/fc * 100%
W:重量含水率(%), fc:田间持水量 (%)
7、有关公式（续）
（3）、土壤水份贮存量:(单位,毫米,取整数) U =p*h *(W-Wk)*10 P:容重(克/立方厘米) W: 重量含水率(%) h:土层厚度(厘米) Wk: 凋萎湿度(%)
数据转换方法 ：
在0～50%(m3/m3) 范围内可通过以下三次多项式得到土壤含水量的转换
结果（其中Δ V=VH－VL，单位：v） 。
θ V ＝ 0.0337×Δ V3－0.0426×Δ V2＋0.2008×Δ V －0.0041
SWR型土壤水分传感器特性曲线（壤土）
60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% 0.0
• 有5个模拟单端通道，2个计数通道，1个数字通道，1个 SDI-12接口，1个RS-232通讯接口。 • SDI-12接口用于与多点可调土壤水分探测器连接，测量和 记录多层的土壤体积含水量。 • 采用直流12VDC供电，功耗低，功耗小于0.2瓦。 • 设置有充电输入端，可以直接由太阳能电池板提供电源。 • 外面板带有测量、通讯状态指示灯，显示采集器的当前工 作状态。
• 观测室应配置微机工作台一个，可移动式靠背椅一个。 • 观测室内线路安装应符合供电部门的设计要求，并安装有 220伏、50Hz交流电源配电盘，业务用电与其它用电分开。
（3）、隔离转换器使用方法
连接方法：
• RS422/485发送数据时，TXD灯亮；RS422/485接收数据时，RXD灯亮。 • DB9孔与RS-232设备用软线连接，DB9孔的2脚、3脚是数据线，5脚是 信号地。根据连接设备属性置DTE/DCE开关（出厂设置DCE）。如下图： DTE信号端引脚定义： DCE信号端引脚定义：
（2）、频域反射(FDR)测量技术 测量两个电极之间形成的电容所产生的频率，频 率的大小随土壤电介质而改变，从而测量出土壤 水分。
CS616水分传感器
特
• • • •
点：
采用TDR测量技术 测量土壤介电常数计算出含水量 多层埋设,实现土壤水分测定的剖面化 安装方便，可靠性高
来自百度文库
技术性能：
• • • • • 输出：±0.7V 方波，频率取决于含水量 供电：12VDC 工作耗电65mA，等待耗电45mA 精度： 0.05%VWC 分辨率： 0.1% VWC
（一）、观测场和观测室技术要求 1、观测场要求 （1）、环境条件
在农气观测场近旁选择能代表本地区自然环境下土壤 水分变化特征的地块作为自动土壤水分观测场，即该地段 不能进行人工补水，只接受自然降水；且该地段土壤类型 基本能够代表本地区的主要土壤类型。
（2）、观测场
• 观测场为3m×4m的平整场地。 • 观测场四周应设置醒目的围栏，围栏高度不宜过高。 • 如果安装在地面观测场中，可以不设置围栏，但应根据地 面观测场中已经安装的气象仪器、观测场地沟和小路的情 况综合考虑，确定合适的安装地点。 • 应根据场内仪器布设位置和线缆铺设需要，新建或合用原 有电缆沟（管），电缆沟（管）应做到防水、防鼠、便于 维护。 • 观测场的防雷设施必须符合气象行业规定的防雷技术标准 的要求。
• • • • • • 观测地段种类 测定时间 测定深度 测定重复 计算项目 特殊情况的处理
5、土壤水分的测量方法
（1）、烘干称重法
（2）、中子仪测量法
（3）、土壤水分自动监测
6、土壤水分自动测量技术
（1）、时域反射（TDR）测量技术 测量放置在土壤中的各个测量针之间电磁脉冲的 传播时间。这个传播时间取决于待测土壤的介电 常数，而土壤的介电常数与土壤的水分密切相关。
HYA-SF型自动土壤水分观测仪 介 绍
中国华云技术开发公司 惠 俭
1
一、土壤水分测定
1、土壤水分测定的意义
土壤水分贮存量及其变化规律的监测，是农 业气象、生态环境及水文环境监测的基础性工作 之一。掌握土壤水分变化规律，对农业生产、干 旱监测预测和其他相关生态环境监测预测服务和 理论研究都具有重要意义。
3、通讯单元
（1）、通讯方式
• 采用RS232/RS422/RS485与计算机连接通讯的方式。 • 随机配有的RS232/RS422/RS485隔离转换器使数据采集器 与计算机通讯距离达到1KM，并具有抗干扰，抗雷击等功 能。 • RS232/RS422/RS485隔离转换器成对使用，在采集器端与 计算机端各配有隔离转换器一个。 • 隔离转换器中有一个特殊的I/O电路用来自动判断数据流 的传输方向并对其进行切换。仅需两根导线就可以构建一 个RS-485网络。