專利名稱：測量土壤孔隙水流速的方法及其裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種采用熱脈沖示蹤技術對土壤孔隙水流速進行測量的測量土 壤孔隙水流速的方法及其裝置。
背景技術：
由Ren et al (2000)提出的，熱脈沖(heat pulse)測定土壤水通量密度 (soil water flux density)的方法，目前已成為國際上的研究熱點，它改變 了過去土壤孔隙水流速值只能由達西定律通過水頭進行推算而不能現場實測的 局面，對土壤水特性研究、土質堤壩的安全檢測等研究和生產應用領域都具有 重要意義。
但現有的測量方法及其裝置存在以下不足首先，采用的方法是通過測量 測點熱脈沖熱擴散曲線的變化，計算出熱波動速度，再對熱波動速度進行修正， 獲得土壤水通量密度，然后將土壤水通量密度除以土壤含水量才能獲得土壤孔 隙水流速。監測熱擴散曲線的變化，至少需要百分之一的分辨率，現有技術及 其裝置測點熱擴散曲線的峰值一般不能低于0.6°C (分辨率0.006°C)。過大的 加熱量，不僅會增加能耗，還容易引起土壤水分的重新分布，進而影響到測量 結果，受分辨率的限制，該問題也不能通過減少加熱量解決；其次，直接測量 的是熱波動速度，而不是土壤水通量密度或土壤孔隙水流速，還需要土壤、溶 液參數進行修正，因而不可避免的存在修正誤差。
發明內容
本發明的目的在于克服現有技術中存在的不足而提供一種能減少加熱量和 修正帶來的誤差的測量土壤孔隙水流速的方法及其裝置。
本發明的目的是這樣實現的-一種測量土壤孔隙水流速的方法，具體如下
首先，在測量探頭支架上安裝一個加熱器，用于加熱土壤，在距離加熱器 的正上方和正下方等距離S處的探頭支架上各安裝一對溫度傳感器，用于檢測 溫差。上對溫度傳感器的兩個溫度傳感器，在距離加熱器的正上方S處探頭支 架上和S處的正上方探頭支架上依次分開布置。與上對溫度傳感器對稱，下對
溫度傳感器的兩個溫度傳感器，在距離加熱器的正下方s處探頭支架上和s處
的正下方探頭支架上依次分開布置。加熱器和溫度傳感器處于同一個平面上，
其次，通過兩個計時器，分別記錄上、下兩對溫度傳感器溫差出現的時間， 啟動加熱器對土壤進行瞬間加熱的同時清零并啟動兩個計時器，當上、下對溫 度傳感器分別檢測到溫差后關閉相應的計時器，兩個計時器記錄的時間，分別
代表熱流到達的時間Ts、 Tn，
然后，用公式(3): V產(S/Ts—S/L)/2，計算出所測土壤的孔隙水流速Vj。 在上述土壤孔隙水流速測量中，設置上路溫差檢測部分、下路溫差檢測部
分與中路主控制部分，
中路主控制部分包括控制計算機、與控制計算機相連接的232與TTL電平轉
換電路、通過串口和232與TTL電平轉換電路相連接的主單片機、通過數字輸入
端與主單片機相連接的D/A轉換電路和與D/A轉換電路的模擬輸出端相連接的加
熱器，
上路溫差檢測部分包括熱電偶溫度傳感器、溫差放大電路、單片機、A/D轉 換電路、D/A轉換電路、電壓減法器和電壓比較器，其中，溫度傳感器和溫差放 大電路的差分輸入端相連接，溫差放大電路的輸出端分為兩路，分別與A/D轉換 電路的模擬輸入端和電壓減法器的正輸入端相連接，A/D轉換電路的數字輸出端
和單片機相連接，單片機和D/A轉換電路的數字輸入端相連接，D/A轉換電路的 模擬輸出端和電壓減法器的負輸入端相連接，電壓減法器的輸出端和電壓比較 器的輸入端相連接，電壓比較器的輸出端和單片機的中斷l端口相連接，
下路溫差檢測部分包括熱電偶溫度傳感器、溫差放大電路、單片機、A/D轉 換電路、D/A轉換電路、電壓減法器和電壓比較器，其中，溫度傳感器和溫差放 大電路的差分輸入端相連接，溫差放大電路的輸出端分為兩路，分別與A/D轉換 電路的模擬輸入端和電壓減法器的正輸入端相連接，A/D轉換電路的數字輸出端 和單片機相連接，單片機和D/A轉換電路的數字輸入端相連接，D/A轉換電路的 模擬輸出端和電壓減法器的負輸入端相連接，電壓減法器的輸出端和電壓比較 器的輸入端相連接，電壓比較器的輸出端和單片機的中斷l端口相連接，
中路主控制部分主單片機的一個端口和上路溫差檢測單片機的外部中斷O 端口相連接，上路溫差檢測單片機的一個端口和中路主控制部分主單片機的外 部中斷0端口相連接，
中路主控制部分主單片機的一個端口和下路溫差檢測單片機的外部中斷O 端口相連接，下路溫差檢測單片機的一個端口和中路主控制部分主單片機的外 部中斷l端口相連接，
控制計算機通過232與TTL電平轉換電路向中路主控制部分主單片機發送土 壤孔隙水流速采集指令，主單片機收到土壤孔隙水流速采集指令后，根據土壤 孔隙水流速釆集指令中的加熱時間長度和加熱電壓的二進制數字值啟動加熱， 加熱電壓的二進制數字值通過D/A轉換電路轉換為模擬電壓加到加熱器上，按指 令中的加熱時間長度在中路主控制部分主單片機的控制下瞬間加熱土壤，在啟 動加熱后立刻將中路主控制部分主單片機的兩個16位定時器即定時器0和定時 器l清零啟動計時，同時向上下路溫差檢測部分的控制單片機的中斷O發出中斷
請求，其中，定時器o為上路溫差檢測計時，定時器l為下路溫差檢測計時， 上下路溫差檢測控制單片機的中斷o得到響應后，在各自的中斷服務程序中
分別啟動A/D轉換和D/A轉換，分別將溫差放大電路輸出的溫度漂移電壓鎖存到 電壓減法器的負輸入端，再分別去減溫差放大電路直接加在電壓減法器的正輸 入端的實時輸出電壓，此時電壓減法器的輸出電壓為零，完成了 "動態校零" 動作，然后分別關閉單片機的中斷O，開放中斷1并退出各自的中斷0服務程序， 等待熱流的到達，
當熱流到達上對熱電偶溫度傳感器或到達下對熱電偶溫度傳感器，與之相 連的相應的上路溫差放大器的輸出電壓或下路溫差放大器的輸出電壓將增大， 減去相應的鎖存在上路電壓減法器或下路電壓減法器負輸入端的溫度漂移電 壓，相應的上路電壓減法器或下路電壓減法器的輸出電壓將由零逐漸增大，分 別送入相應的上路電壓比較器或下路電壓比較器，與預先設定的溫差閾值電壓 進行比較，
當上路減法器的輸出電壓大于預先設定的溫差閾值電壓將引發電壓比較器 翻轉，其輸出向上路控制單片機的外部中斷l發出中斷請求，上路控制單片機響 應外部中斷l后，在外部中斷l的服務程序中向中路主控制部分主單片機的外部 中斷0發出中斷請求并關閉單片機的外部中斷1開放中斷0，為下一輪溫差檢測做 準備，然后退出單片機的外部中斷l服務程序，中路主控制部分主單片機響應外 部中斷0后，在外部中斷O的服務程序中停止上路溫差檢測定時器O的計時，退出 主單片機的外部中斷O服務程序，
當下路減法器的輸出電壓大于預先設定的溫差閾值電壓將引發電壓比較器 翻轉，其輸出向下路控制單片機的外部中斷l發出中斷請求，控制單片機響應外 部中斷1后，在外部中斷l的服務程序中向中路主控制部分主單片機的外部中斷l
發出中斷請求并關閉單片機的外部中斷1開放中斷0，為下一輪溫差檢測做準備，
然后退出單片機的外部中斷l服務程序，中路主控制部分主單片機響應外部中斷 l后，在外部中斷l的服務程序中停止下路溫差檢測定時器l的計時，退出主單片 機的外部中斷l服務程序，
就是說完成了上路溫差檢測定時器0和下路溫差檢測定時器1的計時，主單片機 將定時器0和定時器1的計時數據，分別代表Ts、 Tn，通過232與TTL電平轉換電路 發送給控制計算機，控制計算機將計時數據和安裝探頭時已經確定的距離S代入 公式(3)，計算出所測土壤的孔隙水流速并顯示在屏幕上，在所測土壤被施加 的熱量全部消退后，進行下一輪土壤孔隙水流速測量，并重復同樣的過程。
一種測量土壤孔隙水流速的裝置，包括測量探頭支架、安裝在測量探頭支 架上的用于加熱土壤的加熱器，其特征在于在距離加熱器的正上方和正下方 等距離S處的探頭支架上各安裝一對溫度傳感器，用于檢測溫差，上對溫度傳感 器的兩個溫度傳感器，在距離加熱器的正上方S處探頭支架上和S處的正上方探 頭支架上依次分開布置，與上對溫度傳感器對稱，下對溫度傳感器的兩個溫度 傳感器，在距離加熱器的正下方S處探頭支架上和S處的正下方探頭支架上依次 分開布置，加熱器和溫度傳感器處于同一個平面上，
該裝置還包括上路溫差檢測部分、下路溫差檢測部分與中路主控制部分， 上路溫差檢測部分和下路溫差檢測部分是互為對稱的結構，并且參數相同，
中路主控制部分包括控制計算機、與控制計算機相連接的232與TTL電平轉 換電路、通過串口和232與TTL電平轉換電路相連接的主單片機、通過數字輸入 端與主單片機相連接的D/A轉換電路和與D/A轉換電路的模擬輸出端相連接的加 熱器，
上路溫差檢測部分包括熱電偶溫度傳感器、溫差放大電路、單片機、A/D轉 換電路、D/A轉換電路、電壓減法器和電壓比較器，其中，溫度傳感器和溫差放 大電路的差分輸入端相連接，溫差放大電路的輸出端分為兩路，分別與A/D轉換 電路的模擬輸入端和電壓減法器的正輸入端相連接，A/D轉換電路的數字輸出端 和單片機相連接，單片機和D/A轉換電路的數字輸入端相連接，D/A轉換電路的 模擬輸出端和電壓減法器的負輸入端相連接，電壓減法器的輸出端和電壓比較 器的輸入端相連接，電壓比較器的輸出端和單片機的中斷l端口相連接，
下路溫差檢測部分包括熱電偶溫度傳感器、溫差放大電路、單片機、A/D轉 換電路、D/A轉換電路、電壓減法器和電壓比較器，其中，溫度傳感器和溫差放 大電路的差分輸入端相連接，溫差放大電路的輸出端分為兩路，分別與A/D轉換 電路的模擬輸入端和電壓減法器的正輸入端相連接，A/D轉換電路的數字輸出端 和單片機相連接，單片機和D/A轉換電路的數字輸入端相連接，D/A轉換電路的 模擬輸出端和電壓減法器的負輸入端相連接，電壓減法器的輸出端和電壓比較 器的輸入端相連接，電壓比較器的輸出端和單片機的中斷l端口相連接，
中路主控制部分主單片機的一個端口和上路溫差檢測單片機的外部中斷O 端口相連接，上路溫差檢測單片機的一個端口和中路主控制部分主單片機的外 部中斷0端口相連接，
中路主控制部分主單片機的一個端口和下路溫差檢測單片機的外部中斷O 端口相連接，下路溫差檢測單片機的一個端口和中路主控制部分主單片機的外 部中斷l端口相連接。
本發明具有如下積極效果
本發明可以直接測量土壤空隙水流速，有效地減少了對土壤的加熱量和修 正誤差，因此具有工作穩定、結構簡單、經濟實用、安全可靠、準確率高的優
點。
本發明在測量探頭支架上安裝一個加熱器，用于加熱土壤。在距離加熱器 的正上方和正下方等距離處的探頭支架上各安裝一對溫度傳感器(以下簡稱上 對溫度傳感器和下對溫度傳感器)，每對溫度傳感器的兩個傳感器是距離加熱器 遠近分開布置的，用于溫差測量。加熱器和溫度傳感器處于同一個平面上。
通過加熱器對土壤進行瞬間加熱，形成一個熱脈沖，加熱器雖然停止加熱， 但在熱勢能的作用下，熱量仍會向加熱器周圍同時傳遞，熱流到達加熱器上下 兩對溫度傳感器時，由于每對溫度傳感器的兩個傳感器是距離加熱器遠近分開 布置的，熱流不可能同時到達任何一對溫度傳感器的兩個傳感器，因此，將有 溫差輸出，溫差出現的時間可以代表熱流到達的時間。
由于溫度傳感器安裝的對稱性，如果土壤孔隙水流速為零，熱流將同時到 達上下兩對溫度傳感器，也就是說上下兩對溫度傳感器溫差出現的時間相同。 如果土壤孔隙水流速不為零，并假定流向是向上的，熱流受到土壤孔隙水流速 的推送(相對于上對溫度傳感器)或頂逆(相對于下對溫度傳感器)，熱流將 先到達上對溫度傳感器，而后到達下對溫度傳感器，也就是說上對溫度傳感器 溫差出現的時間先于下對溫度傳感器溫差出現的時間。
熱流移動的速度可以看成熱擴散速度(這里的熱擴散速度可以理解為土壤 孔隙水流速為零時的熱流移動速度。由于安裝的對稱性，向上和向下的熱擴散
速度是相等的，以下簡稱vk)和土壤孔隙水流速(以下簡稱Vj)兩個速度共同
作用的結果。因此，可以套用數學競賽的流水行船問題的計算方法，計算土壤
孔隙水流速Vj。
船在江河里航行時，除了本身的前進速度外，還受到流水的推送或頂逆， 在這種情況下計算船只的航行速度、時間和所行的路程，叫做流水行船問題。流水行船問題，是行程問題中的一種，因此行程問題中三個量(速度、時 間、路程)的關系在這里將要反復用到。此外，流水行船問題還有以下兩個基 本公式
順水速度=船速+水速 (1)
逆水速度=船速一水速 (2) 這里，船速是指船本身的速度，也就是在靜水中單位時間里所走過的路程。 水速，是指水在單位時間里流過的路程.順水速度和逆水速度分別指順流航行時 和逆流航行時船在單位時間里所行的路程。
設上對溫度傳感器距離加熱器的距離為s，由于安裝的對稱性，下對溫度傳
感器距離加熱器的距離也為S。熱擴散速度Vk相當于流水行船問題的船速，土壤 孔隙水流速Vj相當于流水行船問題的水速，熱流移動順土壤孔隙水流動方向的 速度相當于流水行船問題的順水速度，而熱流移動逆土壤孔隙水流動方向的速 度相當于流水行船問題的逆水速度。設熱流移動順土壤孔隙水流動方向到達相 應的那對溫度傳感器的時間為Ts，熱流移動逆土壤孔隙水流動方向到達相應的 那對溫度傳感器的時間為Tn，套用流水行船問題的計算公式(1)和(2)就有 如下兩個數學表述式
S/Ts=Vk+Vj
S/T =Vk—Vj
兩式相減 —
V產(S/L—S/TJ/2 (3) 因為，溫差出現的時間可以代表熱流到達的時間。Ts、 L可以通過以下方法間接 獲得需要兩個計時器，分別記錄上下兩對溫度傳感器溫差出現的時間。啟動 加熱器為土壤加熱的同時清零并啟動兩個計時器，當上、下對溫度傳感器分別
檢測到溫差后關閉相應的計時器。兩個計時器記錄的時間，分別代表Ts、 Tn 。 安裝加熱器和上下兩對溫度傳感器時(3)式中的S已經確定，至此，(3)式等 號右側的參數全部確定，因此，可以通過(3)式計算出土壤孔隙水流速Vj 。
該方法正常工作，加熱量的下限是上下兩對溫度傳感器能準確檢測到熱流 到達時出現的溫差。因此，理論上可以通過提高檢測溫差靈敏度的方法來減少 加熱量。
為了減少溫度傳感器的體積，減少熱慣性帶來的響應延遲，提高對稱性， 本發明采用了一致性好，在常溫內線性度好的T型熱電偶。實際應用時采用了 Omega型號為TFT-36的T型熱電偶線自制，測溫結點直徑可以小至O. 3mm，遠遠小 于其它類型的溫度傳感器，減少迎水面，非常有利于土壤孔隙水流速的測量。 但是T型熱電偶的輸出比較小，僅有4(^v廣C,要檢測遠遠小于0.6'C的溫差，達 到減少加熱量的目的，就涉及遠遠小于24W電壓信號的放大問題，例如檢測O. 1 i:的溫差就涉及小于4l^電壓信號的放大問題。實現微伏級接近于直流的低頻信 號放大主要的限制因素是噪聲和溫度漂移。溫差信號為差模信號需要用共模信 號抑制性能好的儀表放大器來放大，不幸的是，目前性能最好的儀表放大器也 不能同時做到噪聲和溫度漂移最小。非常幸運的是，溫差檢測不是連續進行的， 每次的溫差檢測均發生在啟動加熱器后的4分鐘以內，而4分鐘內環境溫度的變 化是很小的，其溫度漂移電壓遠遠小于溫差電壓信號。本發明采用了一種"動 態校零"技術，啟動加熱的同時將溫差放大器輸出的漂移電壓通過A/D和D/A 轉換鎖存到電壓減法器的一端，去減送入電壓減法器另一端的溫差放大器輸出 的實時信號，這樣溫度漂移就被有效地限定在4分鐘內環境溫度變化引起的漂移 范圍內，其溫度漂移電壓遠遠小于溫差電壓信號。
采用本發明的技術方案，所需加熱量遠遠小于現有裝置。溫度傳感器采用
Omega型號為TFT-36的T型熱電偶線自制，測點溫差閾值(溫差上升至該值時關
閉計時器)僅有o. rc，工作穩定可靠。
圖l為本發明探頭結構安裝布置圖。
圖2為本發明測量方法示意圖。
圖3為本發明測量裝置的流程和電路連接圖。
圖4為本發明測量裝置實施例的上路溫差檢測部分電路圖。
圖5為本發明測量裝置實施例的中路主控制部分電路圖。
圖6為本發明測量裝置實施例的下路溫差檢測部分電路圖。
具體實施例方式
如圖1所示，本發明探頭由加熱器2，上對溫度傳感器包括溫度傳感器3、 4，下對溫度傳感器包括溫度傳感器5、 6三部分組成。
在測量探頭支架1上安裝一個加熱器2。在距離加熱器2的正上方和正下方 等距離S處的探頭支架1上各安裝一對溫度傳感器，簡稱上對溫度傳感器和下 對溫度傳感器。上對溫度傳感器包括溫度傳感器3和溫度傳感器4，下對溫度傳 感器包括溫度傳感器5和溫度傳感器6。上對溫度傳感器的兩個溫度傳感器3、 4，在距離加熱器2的正上方S處探頭支架1上和S處的正上方探頭支架1上依 次分開布置，同樣，與上對溫度傳感器對稱，下對溫度傳感器的兩個溫度傳感 器5、 6,在距離加熱器2的正下方S處探頭支架1上和S處的正下方探頭支架 l上依次分開布置。加熱器2和溫度傳感器3、 4、 5、 6處于同一個平面上。
如圖2所示，本發明的測量方法如下首先，在測量探頭支架1上安裝一 個加熱器2，用于加熱土壤，在距離加熱器2的正上方和正下方等距離S處的探 頭支架1上各安裝一對溫度傳感器，用于檢測溫差，上對溫度傳感器的兩個溫
度傳感器3、 4,在距離加熱器2的正上方S處探頭支架1上和S處的正上方探 頭支架1上依次分開布置，與上對溫度傳感器對稱，下對溫度傳感器的兩個溫 度傳感器5、 6，在距離加熱器2的正下方S處探頭支架1上和S處的正下方探 頭支架1上依次分開布置，其次，需要兩個計時器，分別記錄上、下兩對溫度 傳感器溫差出現的時間，啟動加熱器2對土壤進行瞬間加熱的同時清零并啟動 兩個計時器，當上、下對溫度傳感器分別檢測到溫差后關閉相應的計時器，兩 個計時器記錄的時間，分別代表熱流到達的時間Ts 、 Tn，然后，用公式(3)艮卩 V產(S/Ts—S/Tn)/2，計算出所測土壤的孔隙水流速Vj，
以熱電偶作為溫度傳感器為例進一步說明如何實施本發明。如圖3所示，本 發明測量裝置由上路溫差檢測和下路溫差檢測與中路主控制三部分組成，上路 溫差檢測和下路溫差檢測兩部分互為對稱結構，并參數相同。
中路主控制部分包括控制計算機22， 232與TTL電平轉換電路21，主單片 機20， D/A轉換電路19和加熱器2。
上路溫差檢測部分包括熱電偶溫度傳感器3、 4，溫差放大電路7，單片機 11， A/D轉換電路9， D/A轉換電路13，電壓減法器15,電壓比較器17。
下路溫差檢測部分包括熱電偶溫度傳感器5、 6，溫差放大電路8，單片機 12, A/D轉換電路10， D/A轉換電路14，電壓減法器16，電壓比較器18。
如圖3所示，本發明測量裝置電路連接如下
中路主控制部分，控制計算機22和232與TTL電平轉換電路21相連接，232與 TTL電平轉換電路21和主單片機20的串口相連接，主單片機20和D/A轉換電路19 的數字輸入端相連接，D/A轉換電路19的模擬輸出端和加熱器2相連接。
上路溫差檢測，熱電偶溫度傳感器3、 4和溫差放大電路7的差分輸入端相連 接，溫差放大電路7的輸出端分為兩路，分別與A/D轉換電路9的模擬輸入端和電
壓減法器15的正(被減數)輸入端相連接，A/D轉換電路9的數字輸出端和單片 機11相連接，單片機11和D/A轉換電路13的數字輸入端相連接，D/A轉換電路13 的模擬輸出端和電壓減法器15的負(減數)輸入端相連接，電壓減法器15的輸 出端和電壓比較器17的輸入端相連接，電壓比較器17的輸出端和單片機11的中 斷l端口相連接。
下路溫差檢測，熱電偶溫度傳感器5、 6和溫差放大電路8的差分輸入端相連 接，溫差放大電路8的輸出端分為兩路，分別與A/D轉換電路10的模擬輸入端和 電壓減法器16的正(被減數)輸入端相連接，A/D轉換電路10的數字輸出端和單 片機12相連接，單片機12和D/A轉換電路14的數字輸入端相連接，D/A轉換電路 14的模擬輸出端和電壓減法器16的負(減數)輸入端相連接，電壓減法器16的 輸出端和電壓比較器18的輸入端相連接，電壓比較器18的輸出端和單片機12的 中斷l端口相連接。
中路主控制部分和上下路溫差檢測部分是通過單片機的中斷端口相互連接 的，中斷方式延遲最小，有利于提高測量的準確性。
中路主控制部分主單片機20的一個端口和上路溫差檢測單片機11的外部中 斷O端口相連接，上路溫差檢測單片機l 1的一個端口和中路主控制部分主單片機 20的外部中斷0端口相連接。
中路主控制部分主單片機20的一個端口和下路溫差檢測單片機12的外部中 斷O端口相連接，下路溫差檢測單片機12的一個端口和中路主控制部分主單片機 20的外部中斷1端口相連接。
如圖3所示，本發明測量裝置的工作流程如下
控制計算機22通過232與TTL電平轉換電路21向中路主控制部分主單片機20 發送土壤孔隙水流速采集指令，中路主控制部分主單片機20收到土壤孔隙水流
速采集指令后，根據土壤孔隙水流速采集指令中的加熱時間長度和加熱電壓的
二進制數字值啟動加熱，加熱電壓的二進制數字值通過D/A轉換電路19轉換為模 擬電壓加到加熱器2上，按指令中的加熱時間長度在中路主控制部分主單片機20 的控制下瞬間加熱土壤。在啟動加熱后立刻將中路主控制部分主單片機20的兩 個16位定時器即定時器0和定時器1清零啟動計時，同時向上下路溫差檢測部分 的控制單片機ll、 12的中斷0發出中斷請求，其中，定時器O為上路溫差檢測計 時，定時器l為下路溫差檢測計時(定時器2為串行口波特率發生器，因此，需 要選用具有3個定時器的單片機例如89C52)。
上下路溫差檢測控制單片機ll、 12的中斷0得到響應后，在各自的中斷服務 程序中分別啟動A/D轉換9、 10和D/A轉換13、 14，分別將溫差放大電路7、 8輸出 的溫度漂移電壓鎖存到電壓減法器15、 16的負(減數)輸入端，再分別去減溫 差放大電路7、 8直接加在電壓減法器15、 16的正(被減數)輸入端的實時輸出 電壓，此時電壓減法器15、 16的輸出電壓為零，完成了 "動態校零"動作，然 后分別關閉單片機ll、 12的中斷0，開放中斷1并退出各自的中斷0服務程序，等 待熱流的到達。
當熱流到達上對熱電偶溫度傳感器3、 4或到達下對熱電偶溫度傳感器5、 6， 與之相連的相應的上路溫差放大器7的輸出電壓或下路溫差放大器8的輸出電壓 將增大，減去相應的鎖存在上路電壓減法器15或下路電壓減法器16負(減數) 輸入端的溫度漂移電壓，相應的上路電壓減法器15或下路電壓減法器16的輸出 電壓將由零逐漸增大，分別送入相應的上路電壓比較器17或下路電壓比較器18， 與預先設定的溫差閾值電壓進行比較。
當上路減法器15的輸出電壓大于預先設定的溫差閾值電壓將引發電壓比較 器17翻轉，其輸出向上路控制單片機ll的外部中斷l發出中斷請求，上路控制單
片機ll響應外部中斷l后，在外部中斷l的服務程序中向中路主控制部分主單片
機20的外部中斷0發出中斷請求并關閉單片機11的外部中斷1開放中斷0，為下一 輪溫差檢測做準備，然后退出單片機ll的外部中斷l服務程序。中路主控制部分 主單片機20響應外部中斷0后，在外部中斷O的服務程序中停止上路溫差檢測定 時器O的計時，退出主單片機20的外部中斷0服務程序。
當下路減法器16的輸出電壓大于預先設定的溫差閾值電壓將引發電壓比較 器18翻轉，其輸出向下路控制單片機12的外部中斷1發出中斷請求，控制單片機 12響應外部中斷1后，在外部中斷1的服務程序中向中路主控制部分主單片機20 的外部中斷1發出中斷請求并關閉單片機12的外部中斷1開放中斷0，為下一輪溫 差檢測做準備，然后退出單片機12的外部中斷1服務程序。中路主控制部分主單 片機20響應外部中斷1后，在外部中斷l的服務程序中停止下路溫差檢測定時器l 的計時，退出主單片機20的外部中斷1服務程序。
當中路主控制部分主單片機20的外部中斷0和外部中斷1均發生并退出后， 也就是說完成了上路溫差檢測定時器0和下路溫差檢測定時器1的計時，主單片 機20將定時器0和定時器1的計時數據(分別代表Ts、 Tn)通過232與TTL電平轉換 電路21發送給控制計算機22，控制計算機22將計時數據和安裝探頭時已經確定 的距離S代入(3)式，計算出所測土壤的孔隙水流速并顯示在屏幕上。在所測 土壤被施加的熱量全部消退后，進行下一輪土壤孔隙水流速測量，并重復同樣 的過程。
圖4、 5、 6為本發明的一個實施例，流程圖3與實施例電路圖4 、 5、 6的電 路對應如下如圖3、 4所示，圖3中的熱電偶溫度傳感器3、 4為圖4中的PR0BE—A， 圖4中集成電路U1A、 U2A組成了流程圖3的溫差放大電路7，圖3的單片機11為圖4 中U9A，圖4中的U3A、 U7A組成了圖3的A/D轉換電路9，圖4中的U5A、 U8A組成了圖3的D/A轉換電路13，圖3的電壓減法器15為圖4中U4A，圖3的電壓比較器17為 圖4中U6A。同樣，如圖3、 6所示，圖3中的熱電偶溫度傳感器5、 6為圖6中的 PROBE--B，圖6中集成電路U1B、 U2B組成了流程圖3的溫差放大電路8，圖3的單 片機12為圖6中U9B，圖6中的U3B、 U7B組成了圖3的A/D轉換電路10，圖6中的U5B、 U8B組成了圖3的D/A轉換電路14，圖3的電壓減法器16為圖6中U4B，圖3的電壓比 較器18為圖6中U6B。如圖3、 5所示，圖3的232與TTL電平轉換電路21為圖5中U4， 圖3的主單片機20為圖5中U3，圖5中的U1、 U2、 Ql、 Q2組成了圖3的D/A轉換電路 19，圖3的加熱器2為圖5中H0TER。
如圖5所示，中路主控制部分，232與TTL電平轉換電路U4的一端通過J2和 控制計算機PC相連接，另一端和主單片機U3的串口相連接。主單片機U3和D/A轉 換電路U1、 U2、 Ql、 Q2的數字輸入端相連接，D/A轉換電路U1、 U2、 Ql、 Q2的模 擬輸出端和加熱器HOTE財目連接。
如圖4所示，上路溫差檢測，熱電偶溫度傳感器PROBE--A和溫差放大電路 U1A、 U2A的差分輸入端相連接，溫差放大電路U1A、 U2A的輸出端分為兩路，分 別與A/D轉換電路U3A、 U7A的模擬輸入端和電壓減法器U4A的正(被減數)輸入 端相連接，A/D轉換電路U3A、 U7A的數字輸出端和單片機U9A相連接，單片機U9A 和D/A轉換電路U5A、 U8A的數字輸入端相連接，D/A轉換電路U5A、 U8A的模擬輸 出端和電壓減法器U4A的負(減數)輸入端相連接，電壓減法器U4A的輸出端和 電壓比較器U6A的輸入端相連接，電壓比較器U6A的輸出端和單片機U9A的中斷1 端口相連接。
如圖6所示，下路溫差檢測，熱電偶溫度傳感器PROBE--B和溫差放大電路 U1B、 U2B的差分輸入端相連接，溫差放大電路U1B、 U2B的輸出端分為兩路，分 別與A/D轉換電路U3B、 U7B的模擬輸入端和電壓減法器U4B的正(被減數)輸入
端相連接，A/D轉換電路U3B、 U7B的數字輸出端和單片機U9B相連接，單片機U9B 和D/A轉換電路U5B、 U8B的數字輸入端相連接，D/A轉換電路U5B、 U8B的模擬輸 出端和電壓減法器U4B的負(減數)輸入端相連接，電壓減法器U4B的輸出端和 電壓比較器U6B的輸入端相連接，電壓比較器U6B的輸出端和單片機U9B的中斷1 端口相連接。
如圖4、 5、 6所示，中路主控制部分和上下路溫差檢測部分是通過單片機的 中斷端口相互連接的，中斷方式延遲最小，有利于提高測量的準確性。主控制 部分主單片機U3的一個端口和上路溫差檢測單片機U9A的外部中斷0端口相連 接，上路溫差檢測單片機U9A的一個端口和主控制部分主單片機U3的外部中斷0 端口相連接。主控制部分主單片機U3的一個端口和下路溫差檢測單片機U9B的外 部中斷O端口相連接，下路溫差檢測單片機U9B的一個端口和主控制部分主單片 機U3的外部中斷1端口相連接。
如圖4、 5、 6所示，本發明實施例的工作過程如下控制計算機PC通過232 與TTL電平轉換電路U4向主控制部分主單片機U3發送土壤孔隙水流速采集指令， 主控制部分主單片機U3收到土壤孔隙水流速采集指令后，根據土壤孔隙水流速 采集指令中的加熱時間長度和加熱電壓的二進制數字值啟動加熱，加熱電壓的 二進制數字值通過D/A轉換電路U1、 U2、 Ql、 Q2轉換為模擬電壓加到加熱器H0TER 上，按指令中的加熱時間長度在主控制部分主單片機U3的控制下瞬間加熱土壤。 在啟動加熱后立刻將主控制部分主單片機U3的兩個16位定時器即定時器0和定 時器l清零啟動計時，同時向上下路溫差檢測部分的控制單片機U9A、 U9B的中斷 O發出中斷請求，其中，定時器O為上路溫差檢測計時，定時器l為下路溫差檢測 計時(定時器2為串行口波特率發生器，U3為具有3個定時器的單片機89C52)。
控制單片機U9A、 U9B的中斷0得到響應后，在各自的中斷服務程序中分別啟
動A/D轉換U3A、 U7A、 U3B、 U7B和D/A轉換U5A、 U8A、 U5B、 U8B，分別將溫差放 大電路U1A、 U2A、 U1B、 U2B輸出的溫度漂移電壓鎖存到電壓減法器U4A、 U4B的 負(減數)輸入端，再分別去減溫差放大電路U1A、 U2A、 U1B、 U2B直接加在電 壓減法器U4A、 U4B的正(被減數)輸入端的實時輸出電壓，此時電壓減法器U4A、 U4B的輸出電壓為零，完成了 "動態校零"動作，然后分別關閉單片機U9A、 U9B 的中斷0，開放中斷1并退出各自的中斷0服務程序，等待熱流的到達。
當熱流到達上對熱電偶溫度傳感器PROBE—A或到達下對熱電偶溫度傳感器 PROBE--B,與之相連的相應的上路溫差放大器U1A、 U2A的輸出電壓或下路溫差 放大器U1B、 U2B的輸出電壓將增大，減去相應的鎖存在上路電壓減法器U4A或下 路電壓減法器U4B負(減數)輸入端的溫度漂移電壓，相應的上路電壓減法器U4A 或下路電壓減法器U4B的輸出電壓將由零逐漸增大，分別送入相應的上路電壓比 較器U6A或下路電壓比較器U6B，與預先設定的溫差閾值電壓進行比較。
當上路減法器U4A的輸出電壓大于預先設定的溫差閾值電壓將引發電壓比 較器U6A翻轉，其輸出向上路控制單片機U9A的外部中斷1發出中斷請求，上路控 制單片機U9A響應外部中斷1后，在外部中斷l的服務程序中向主控制部分主單片 機U3的外部中斷0發出中斷請求并關閉單片機U9A的外部中斷1開放中斷0，為下 一輪溫差檢測做準備，然后退出單片機U9A的外部中斷1服務程序。主單片機U3 響應外部中斷O后，在外部中斷O的服務程序中停止上路溫差檢測定時器O的計 時，退出主單片機U3的外部中斷0服務程序。
當下路減法器U4B的輸出電壓大于預先設定的溫差閾值電壓將引發電壓比 較器U6B翻轉，其輸出向下路控制單片機U9B的外部中斷1發出中斷請求，控制單 片機U9B響應外部中斷1后，在外部中斷1的服務程序中向主控制部分主單片機U3 的外部中斷1發出中斷請求并關閉單片機U9B的外部中斷1開放中斷0，為下一輪
溫差檢測做準備，然后退出單片機U9B的外部中斷1服務程序。主單片機U3響應 外部中斷1后，在外部中斷l的服務程序中停止下路溫差檢測定時器l的計時，退 出主單片機U3的外部中斷1服務程序。
當主單片機U3的外部中斷0和外部中斷1均發生并退出后，也就是說完成了 上路溫差檢測定時器0和下路溫差檢測定時器1的計時，主單片機U3將定時器0和 定時器l的計時數據(分別代表Ts、 Tn)通過232與TTL電平轉換電路U4發送給控 制計算機PC，控制計算機PC將計時數據和安裝探頭時已經確定的距離S代入(3) 式，計算出所測土壤的孔隙水流速并顯示在屏幕上。在所測土壤被施加的熱量 全部消退后，進行下一輪土壤孔隙水流速測量，并重復同樣的過程。
在本發明實施例電路圖中U1A、 U1B使用INA128， Ul、 U2A、 U2B使用0P07， U3A 、 U3B、 U4A、 U4B、 U5A、 U5B使用AD820， U6A、 U6B使用LM219， U9A、 U9B使 用89C2051， U3使用89C52， U4使用MAX232， U2使用DAC7611， U7A、U7B使用ADS7818， U8A、 U8B使用TLV5616, Q1使用2SD2495， Q2使用2SK30。
權利要求
1、一種測量土壤孔隙水流速的方法，其特征在于首先，在測量探頭支架(1)上安裝加熱器(2)，用于加熱土壤；在距離加熱器(2)的正上方和正下方等距離S處的探頭支架(1)上各安裝一對溫度傳感器，用于檢測溫差，上對溫度傳感器的兩個溫度傳感器(3、4)，在距離加熱器(2)的正上方S處探頭支架(1)上和S處的正上方探頭支架(1)上依次分開布置，與上對溫度傳感器對稱，下對溫度傳感器的兩個溫度傳感器(5、6)，在距離加熱器(2)的正下方S處探頭支架(1)上和S處的正下方探頭支架(1)上依次分開布置，加熱器(2)和溫度傳感器(3、4、5、6)處于同一個平面上，其次，通過兩個計時器，分別記錄上、下兩對溫度傳感器溫差出現的時間，啟動加熱器(2)對土壤進行瞬間加熱的同時清零并啟動兩個計時器，當上、下對溫度傳感器分別檢測到溫差后關閉相應的計時器，兩個計時器記錄的時間，分別代表熱流到達的時間Ts、Tn，然后，用公式(3)即Vj＝(S/Ts-S/Tn)/2，計算出所測土壤的孔隙水流速Vj。
2、 根據權利要求l所述的測量土壤孔隙水流速的方法，其特征在于在 上述土壤孔隙水流速測量中設置上路溫差檢測部分、下路溫差檢測部分與中 路主控制部分，中路主控制部分包括控制計算機(22)、與控制計算機(22)相連接的232 與TTL電平轉換電路(21)、通過串口和232與TTL電平轉換電路(21)相連接 的主單片機(20)、通過數字輸入端與主單片機(20)相連接的D/A轉換電路(19)和與D/A轉換電路(19)的模擬輸出端相連接的加熱器(2)，上路溫差檢測部分包括溫度傳感器(3、 4)、溫差放大電路(7)、單片機 (11)、 A/D轉換電路(9)、 D/A轉換電路(13)、電壓減法器(15)和電壓比 較器(17)，其中，溫度傳感器(3、 4)和溫差放大電路(7)的差分輸入端 相連接，溫差放大電路(7)的輸出端分為兩路，分別與A/D轉換電路(9)的 模擬輸入端和電壓減法器(15)的正輸入端相連接，A/D轉換電路(9)的數 字輸出端和單片機(11)相連接，單片機(11)和D/A轉換電路(13)的數字 輸入端相連接，D/A轉換電路(13)的模擬輸出端和電壓減法器(15)的負輸 入端相連接，電壓減法器(15)的輸出端和電壓比較器(17)的輸入端相連 接，電壓比較器(17)的輸出端和單片機(11)的中斷l端口相連接，下路溫差檢測部分包括熱電偶溫度傳感器(5、 6)、溫差放大電路(8)、 單片機(12)、 A/D轉換電路(10)、 D/A轉換電路(14)、電壓減法器(16)和 電壓比較器(18)，其中，溫度傳感器(5、 6)和溫差放大電路(8)的差分 輸入端相連接，溫差放大電路(8)的輸出端分為兩路，分別與A/D轉換電路 (10)的模擬輸入端和電壓減法器(16)的正輸入端相連接，A/D轉換電路(10) 的數字輸出端和單片機(12)相連接，單片機(12)和D/A轉換電路(14)的 數字輸入端相連接，D/A轉換電路(14》的模擬輸出端和電壓減法器(16)的 負輸入端相連接，電壓減法器(16)的輸出端和電壓比較器(18)的輸入端 相連接，電壓比較器(18)的輸出端和單片機(12)的中斷l端口相連接，中路主控制部分主單片機(20)的一個端口和上路溫差檢測單片機(11) 的外部中斷0端口相連接，上路溫差檢測單片機(11)的一個端口和中路主控 制部分主單片機(20)的外部中斷0端口相連接，中路主控制部分主單片機(20)的一個端口和下路溫差檢測單片機(12)的外部中斷0端口相連接，下路溫差檢測單片機(12)的一個端口和中路主控 制部分主單片機(20)的外部中斷l端口相連接，控制計算機(22)通過232與TTL電平轉換電路(21)向中路主控制部分 主單片機(20)發送土壤孔隙水流速采集指令，主單片機(20)收到土壤孔 隙水流速采集指令后，根據土壤孔隙水流速采集指令中的加熱時間長度和加 熱電壓的二進制數字值啟動加熱，加熱電壓的二進制數字值通過D/A轉換電路 (19)轉換為模擬電壓加到加熱器(2)上，按指令中的加熱時間長度在中路 主控制部分主單片機(20)的控制下瞬間加熱土壤，在啟動加熱后立刻將中 路主控制部分主單片機(20)的兩個16位定時器即定時器0和定時器1清零啟 動計時，同時向上下路溫差檢測部分的控制單片機(11、 12)的中斷O發出中 斷請求，其中，定時器O為上路溫差檢測計時，定時器l為下路溫差檢測計時，上下路溫差檢測控制單片機(11、 12)的中斷O得到響應后，在各自的中 斷服務程序中分別啟動A/D轉換(9、 10)和D/A轉換(13、 14)，分別將溫差 放大電路(7、 8)輸出的溫度漂移電壓鎖存到電壓減法器(15、 16)的負輸 入端，再分別去減溫差放大電路(7、 8)直接加在電壓減法器(15、 16)的 正輸入端的實時輸出電壓，此時電壓減法器(15、 16)的輸出電壓為零，完 成了 "動態校零"動作，然后分別關閉單片機(11、 12)的中斷O，開放中斷 l并退出各自的中斷O服務程序，等待熱流的到達，當熱流到達上對熱電偶溫度傳感器(3、 4)或到達下對熱電偶溫度傳感 器(5、 6)，與之相連的相應的上路溫差放大器(7)的輸出電壓或下路溫差 放大器(8)的輸出電壓將增大，減去相應的鎖存在上路電壓減法器(15)或 下路電壓減法器(16)負輸入端的溫度漂移電壓，相應的上路電壓減法器(15) 或下路電壓減法器(16)的輸出電壓將由零逐漸增大，分別送入相應的上路電壓比較器(17)或下路電壓比較器(18)，與預先設定的溫差閾值電壓進行 比較，當上路減法器(15)的輸出電壓大于預先設定的溫差閾值電壓將引發電 壓比較器(17)翻轉，其輸出向上路控制單片機(11)的外部中斷l發出中斷 請求，上路控制單片機(11)響應外部中斷l后，在外部中斷l的服務程序中 向中路主控制部分主單片機(20)的外部中斷O發出中斷請求并關閉單片機 (11)的外部中斷1開放中斷0，為下一輪溫差檢測做準備，然后退出單片機 (11)的外部中斷l服務程序，中路主控制部分主單片機(20)響應外部中斷 0后，在外部中斷O的服務程序中停止上路溫差檢測定時器O的計時，退出主單 片機(20)的外部中斷O服務程序，當下路減法器(16)的輸出電壓大于預先設定的溫差閾值電壓將引發電 壓比較器(18)翻轉，其輸出向下路控制單片機(12)的外部中斷l發出中斷 請求，控制單片機(12)響應外部中斷l后，在外部中斷l的服務程序中向中 路主控制部分主單片機(20)的外部中斷l發出中斷請求并關閉單片機(12) 的外部中斷l開放中斷O,為下一輪溫差檢測做準備，然后退出單片機(12) 的外部中斷l服務程序，中路主控制部分主單片機(20)響應外部中斷l后， 在外部中斷l的服務程序中停止下路溫差檢測定時器l的計時，退出主單片機 (20)的外部中斷l服務程序，當中路主控制部分主單片機(20)的外部中斷0和外部中斷1均發生并退 出后，也就是說完成了上路溫差檢測定時器0和下路溫差檢測定時器1的計時， 主單片機(20)將定時器0和定時器1的計時數據，分別代表Ts、 Tn，通過232 與TTL電平轉換電路(21)發送給控制計算機(22),控制計算機(22)將計 時數據和安裝探頭時已經確定的距離S代入(3)式，計算出所測土壤的孔隙水流速并顯示在屏幕上，在所測土壤被施加的熱量全部消退后，進行下一輪 土壤孔隙水流速測量，并重復同樣的過程。
3、 一種測量土壤孔隙水流速的裝置，包括測量探頭支架(1)、安裝在測量探頭支架(1)上的用于加熱土壤的加熱器(2)，其特征在于在距離加熱器(2)的正上方和正下方等距離S處的探頭支架(1)上各安 裝一對溫度傳感器，用于檢測溫差，上對溫度傳感器的兩個溫度傳感器(3、 4)，在距離加熱器(2)的正上方S處探頭支架(1)上和S處的正上方探頭支 架(1)上依次分開布置，與上對溫度傳感器對稱，下對溫度傳感器的兩個溫 度傳感器(5、 6)，在距離加熱器(2)的正下方S處探頭支架(1)上和S處的 正下方探頭支架(1)上依次分開布置，加熱器(2)和溫度傳感器(3、 4、 5、 6)處于同」個平面上，該裝置還包括上路溫差檢測部分、下路溫差檢測部分與中路主控制部分， 上路溫差檢測部分和下路溫差檢測部分是互為對稱的結構，并且參數相同，中路主控制部分包括控制計算機(22)、與控制計算機(22)相連接的232 與TTL電平轉換電路(21)、通過串口和232與TTL電平轉換電路(21)相連接 的主單片機(20)、通過數字輸入端與主單片機(20)相連接的D/A轉換電路(19)和與D/A轉換電路(19)的模擬輸出端相連接的加熱器(2)，上路溫差檢測部分包括溫度傳感器(3、 4)、溫差放大電路(7)、單片機(11)、 A/D轉換電路(9)、 D/A轉換電路(13)、電壓減法器(15)和電壓比 較器(17)，其中，溫度傳感器(3、 4)和溫差放大電路(7)的差分輸入端 相連接，溫差放大電路(7)的輸出端分為兩路，分別與A/D轉換電路(9)的 模擬輸入端和電壓減法器(15)的正輸入端相連接，A/D轉換電路(9)的數 字輸出端和單片機(11)相連接，單片機(11)和D/A轉換電路(13)的數字輸入端相連接，D/A轉換電路(13)的模擬輸出端和電壓減法器(15)的負輸 入端相連接，電壓減法器(15)的輸出端和電壓比較器(17)的輸入端相連 接，電壓比較器(17)的輸出端和單片機(11)的中斷l端口相連接，下路溫差檢測部分包括熱電偶溫度傳感器(5、 6)、溫差放大電路(8)、 單片機(12)、 A/D轉換電路(10)、 D/A轉換電路(14)、電壓減法器(16)和 電壓比較器(18)，其中，溫度傳感器(5、 6)和溫差放大電路(8)的差分 輸入端相連接，溫差放大電路(8)的輸出端分為兩路，分別與A/D轉換電路 (10 )的模擬輸入端和電壓減法器(16 )的正輸入端相連接，A/D轉換電路(10) 的數字輸出端和單片機(12)相連接，單片機(12)和D/A轉換電路(14)的 數字輸入端相連接，D/A轉換電路(14)的模擬輸出端和電壓減法器(16)的 負輸入端相連接，電壓減法器(16)的輸出端和電壓比較器(18)的輸入端 相連接，電壓比較器(18)的輸出端和單片機(12)的中斷l端口相連接，中路主控制部分主單片機(20)的一個端口和上路溫差檢測單片機(11) 的外部中斷0端口相連接，上路溫差檢測單片機(11)的一個端口和中路主控 制部分主單片機(20)的外部中斷0端口相連接，中路主控制部分主單片機(20)的一個端口和下路溫差檢測單片機(12) 的外部中斷0端口相連接，下路溫差檢測單片機(12)的一個端口和中路主控 制部分主單片機(20)的外部中斷l端口相連接。
4、根據權利要求3所述的測量土壤孔隙水流速的裝置，其特征在于在 中路主控制部分中，其具體電路連接關系為232與TTL電平轉換電路U4的 一端通過接口 J2和控制計算機PC相連接，另一端和主單片機U3的串口相連 接，主單片機U3和D/A轉換電路U1、 U2、 Ql、 Q2的數字輸入端相連接，D/A 轉換電路U1、 U2、 Ql、 Q2的模擬輸出端和加熱器H0TER相連接。
5、 根據權利要求3所述的測量土壤孔隙水流速的裝置，其特征在于在上路溫差檢測部分中，其具體電路連接關系為溫度傳感器PR0BE--A和溫差 放大電路U1A、 U2A的差分輸入端相連接，溫差放大電路U1A、 U2A的輸出端分 為兩路，分別與A/D轉換電路U3A、 U7A的模擬輸入端和電壓減法器U4A的正輸 入端相連接，A/D轉換電路U3A、 U7A的數字輸出端和單片機U9A相連接，單片 機U9A和D/A轉換電路U5A、 U8A的數字輸入端相連接，D/A轉換電路U5A、 U8A的 模擬輸出端和電壓減法器U4A的負輸入端相連接，電壓減法器U4A的輸出端和 電壓比較器U6A的輸入端相連接，電壓比較器U6A的輸出端和單片機U9A的中斷 l端口相連接。
6、 根據權利要求3所述的測量土壤孔隙水流速的裝置，其特征在于在 下路溫差檢測部分中，其具體電路連接關系為熱電偶溫度傳感器PROBE--B 和溫差放大電路U1B、 U2B的差分輸入端相連接，溫差放大電路U1B、 U2B的輸 出端分為兩路，分別與A/D轉換電路U3B、 U7B的模擬輸入端和電壓減法器U4B 的正輸入端相連接，A/D轉換電路U3B、 U7B的數字輸出端和單片機U犯相連接， 單片機U9B和D/A轉換電路U5B、 U8B的數字輸入端相連接，D/A轉換電路U5B、 U8B的模擬輸出端和電壓減法器U4B的負輸入端相連接，電壓減法器U4B的輸出 端和電壓比較器U6B的輸入端相連接，電壓比較器U6B的輸出端和單片機U9B的 中斷l端口相連接。
7、 根據權利要求3所述的測量土壤孔隙水流速的裝置，其特征在于中 路主控制部分分別與上路溫差檢測部分、下路溫差檢測部分的具體電路連接 關系為主控制部分主單片機U3的一個端口和上路溫差檢測單片機U9A的外部 中斷0端口相連接，上路溫差檢測單片機U9A的一個端口和主控制部分主單片 機U3的外部中斷0端口相連接，主控制部分主單片機U3的一個端口和下路溫差檢測單片機U9B的外部中斷0端口相連接，下路溫差檢測單片機U9B的一個端口 和主控制部分主單片機U3的外部中斷1端口相連接。
8、根據權利要求3所述的測量土壤孔隙水流速的裝置，其特征在于所 述的溫度傳感器為熱電偶溫度傳感器。
全文摘要
本發明涉及一種測量土壤孔隙水流速的方法及其裝置，尤其涉及一種采用熱脈沖示蹤技術直接測量土壤孔隙水流速的方法及其裝置，在測量探頭支架上安裝一個加熱器，用于加熱土壤，在距離加熱器的正上方和正下方等距離S處的探頭支架上各安裝一對溫度傳感器，用于檢測溫差。每對溫度傳感器的兩個傳感器是距離加熱器遠近分開布置的，并且加熱器和溫度傳感器處于同一個平面上。啟動加熱器對土壤進行瞬間加熱的同時清零并啟動兩個計時器，當上、下對溫度傳感器分別檢測到溫差后關閉相應的計時器，將兩個計時器記錄時間和S代入公式得到土壤孔隙水流速，有效地減少了對土壤的加熱量，具有工作穩定、經濟實用、安全可靠的優點。
文檔編號G01P5/18GK101339201SQ200810141080
公開日2009年1月7日 申請日期2008年8月19日 優先權日2008年8月19日
發明者李發貴, 高任翔, 高勝國 申請人:中國農業科學院農田灌溉研究所