第28卷第4期江苏大学学报(自然科学版)Vol.28No.42007年7月JournalofJiangsuUniversity(NaturalScienceEdition)July2007一种土壤剖面水分与坚实度同步测量装置朱兆龙I,孙宇瑞I,马道坤I,胡永光2,曾庆猛'(1.中国农业大学现代精细农业系统集成研究教育部重点实验室，北京100083；2.江苏大学江苏省现代农业装备与技术重点实验室，江苏镇江212013)摘要：土壤坚实度、水分与容重存在着复杂的耦合关系.为了满足参数解耦对数据同步性的要求，研制了一种可同步测量土壤剖面水分与圆锥指数的智能化测量装置.其创新点主要表现在：(1)依据ASAE标准实现FD水分传感器与圆锥指数传感器结构一体化设计；(2)系统集成上引入超声波深度传感器动态确定圆锥在土壤中的位置，实时获取双参数2D分布剖面；(3)测量系统采用双MCU结构，具有智能化信息处理与大容量农田数据存储能力，通过串口外接GPS模块实现田间GPS定位采集.在实验室环境下对复合传感器及超声波深度传感器进行针对性标定试验，结果表明各传感器达到相应技术性能指标.关键词：土壤水分；坚实度；圆锥指数；复合传感器；超声波中图分类号：S152.7文献标志码：A文章编号：1671-7775(2007)04-0280-04AninstrumentforsimultaneousmeasurementofsoilwatercontentandcompactionZHUZhao-long,SUNYu-rui,MADcu)-kun,HUYong-guang2,ZENGQing-meng'(1.KeyLaboratoryofModemPrecisionAgricultureSystemIntegrationResearchofMinistryofEducation,ChinaAgriculturalUniversity,Beijing100083,China；2.ProvincialKeyLaboratoryofModemAgriculturalEquipmentandTechnologytJiangsuUniversity,Zhenjiang,Jiangsu212013,China)Abstract:Thereisacomplicatedrelationshipamongsoilwatercontent,compactionandbulkdensity.Withtherequestofsynchronizationdatafordecomposingtheseparameters,aninstrumentforsimultane-ousmeasurementofsoilwatercontentandconeindexhasbeendeveloped.Theinnovationsofthedesignedsysteminclude：(1)TheFrequencyDomain(FD)moisturesensorisintegratedwithcone-indexsensorreferringtoASAEstandard；(2)Byusingultrasonicdistancesensortthesystemisabletomeasurethe2Dprofilesofthesoilwatercontentandcone-indexatreal-time；(3)SinceapairofMCU(Micro-controllerUnit)areemployedttheinstrumenthasmorepowerfulabilitytodynamicallyprocessthesensorsignalsandalargerquantityofmemoryunits.Severalspecificcalibrationsforthedual-sensorandultrasonicsensorsareconductedunderthelaboratoryenvironments.Resultsshowthatthesensorsmeetthedemandofrelativetechnicalindex.Keywords：soilwatercontent；compaction；coneindex；dual-sensor；ultrasonic农田土壤水分与坚实度是影响农作物生长的两反应，能量与物质交换均与水分有关,直接影响作物个至关重要物理参数.土壤中所发生的一系列理化产量与品质⑴.王壤坚实度与种子发芽破土率、根收辑日期：2006-11-22基金项目：863项目(2006AA10Z205)；教育部高校博士点研究基金资助项0(20030019012)作者简介：朱兆龙(1977-),男，福建永泰人，博士研究生(long_zz】@163.com),主要从事智能检测与信号处理研究.孙宇瑞(1954-)，男，北京人，教授，博士生导师(pal@cau.edu.cn)，主要从事智能检测与信号处理研究.1测量装置结构一体化设计基于田间测量便携性考虑,装置结构如图la所示，主要包括:FD水分传感器、压力传感器、超声波深度传感器、圆锥杆、壳体以及控制盒等.水分传感器位于圆锥杆末端，包括一对环状金属电极，电极间采用PVC绝缘环隔离.复合传感器圆锥角为30。,直径为12.83mm,圆锥杆直径为10mm,略小于圆锥体外径,可以减小圆锥杆与土壤之间的接触摩擦，整体结构及几何尺寸与ASAE标准基本符合，如图lb所示.压力传感器为贴有四只金属箔电阻应变片的受力板，集成于金属杆上端，几何尺寸为70mmx10mmx6.5mm（长x宽x高）.实际测量过程中，土壤阻力通过锥头以“二力杆”形式经过渡接头传递给压力传感器.手柄从壳体侧面横穿而过，既充当操作把柄，又在壳体内起横梁作用.连接套管使用PVC硬塑...