1.本技术涉及含水量检测领域，特别涉及一种基于大数据的土壤含水量测量装置及预警系统。
背景技术：2.土壤含水量一般是指土壤绝对含水量，即100g烘干土中含有若干克水分，也称土壤含水率，土壤水分含量对根系发育影响、土壤中微生物活动均有影响，适宜的水分使作物根系正常发育，充分吸收不同土壤深度的养分，向地上部分运输，并使微生物正常对土壤有机物进行分解和养分形态的转化。因此，测定土壤含水量可掌握作物对水的需要情况，对农业生产有很重要的指导意义。
3.土壤含水量受天气环境影响较大，气象干旱和降雨等天气均会对土壤含水量发生较大变化，因此，为掌握土壤含水量情况，需要一种可对土壤进行实时地原位监测，反映土壤中不同深度位置含水量情况的测量装置。
技术实现要素：4.本技术目的在于通过对土壤进行局部原位监测来反映土壤中不同深度位置含水量情况，相比现有技术提供一种基于大数据的土壤含水量测量装置及预警系统，通过在所述透水箱的内底面固定连接有控制器和称重传感器，所述称重传感器的上端固定连接有载土板，所述透水箱的内壁固定连接有气泵机组，所述气泵机组上分别连接有与其相通的内侧湿球和单口直管，且内侧湿球和单口直管分别位于透水箱的内外两侧，所述单口直管上自上而下均匀固定连接有多个与其相通的外侧湿球；
5.所述内侧湿球和外侧湿球均包括空心球，所述缺口环的外端固定连接有缺口环，所述缺口环的内端开设有内槽，所述空心球的外端滑动连接有封孔板，所述封孔板与内槽相匹配，所述缺口环的内部固定连接有主弹性膜、副弹性膜和气压传感器，所述气压传感器位于主弹性膜和副弹性膜之间，所述主弹性膜和缺口环内壁之间填充有膨胀填料，所述缺口环上开设有多个均匀分布的通孔，所述通孔位于缺口环的缺口处，并与膨胀填料所在的空间相通，所述气压传感器和称重传感器均与控制器信号连接。
6.本技术采用以局部反映整体的方式，通过透水箱隔离其内、外侧土壤，同时水分可自由穿透透水箱在两侧土壤之间传递，使其内外土壤含水量趋近一致，通过监测透水箱内土壤重量变换可有效反应透水箱周围土壤含水量情况，并且，在透水箱内、外侧及不同土壤深度区域设置内侧湿球和外侧湿球，通过内侧湿球和外侧湿球内部的压力变化，一方面能反映出透水箱内、外土壤含水量的微小差别，另一方面能反映出透水箱外侧土壤不同深度区域的含水量情况，因此，通过测量透水箱内侧土壤含水量情况，再结合内侧湿球和多个外侧湿球的压力变化对比，可间接测量出土壤中不同深度区域的含水量情况，以便于对土壤进行合适的人工干预。
7.可选的，所述缺口环的外端固定连接有输气管，所述输气管自外而内固定贯穿缺
口环并与内槽相通。
8.可选的，初始状态下所述内槽的内部填充有空气，所述封孔板覆盖于通孔的外侧。
9.可选的，所述缺口环上开设有与外界相通的气孔，所述气孔的内部固定连接有透气棉，所述空心球开设有与气孔相通的副气孔，所述副气孔位于副弹性膜远离主弹性膜的一侧。
10.可选的，所述膨胀填料采用遇水膨胀橡胶。
11.可选的，所述气泵机组包括内部安装有抽气泵和储气箱的机箱，所述抽气泵的进气端与储气箱固定连接并相通，所述抽气泵的出气端自内向外贯穿机箱并固定连接有双头管，所述抽气泵与控制器电性连接。
12.可选的，所述双头管的一端固定贯穿透水箱并延伸至外界，且该端部与单口直管管口端螺纹连接并相通，所述双头管的另一端与内侧湿球上的输气管螺纹连接并相通，所述外侧湿球上的输气管与单口直管固定连接并相通。
13.可选的，所述透水箱包括网壳箱，所述网壳箱的上端转动连接有网盖，所述网盖远离网壳箱的一端转动连接有一对带孔板，所述网壳箱的外端固定连接有一对卡块，所述带孔板与卡块卡接。
14.可选的，所述网壳箱和网盖的外表面均固定连接有透水膜。
15.可选的，还包括预警系统，所述预警系统包括预警监测终端以及与预警监测终端信号连接的显示终端，所述预警监测终端与控制器信号连接。
16.相比于现有技术，本技术的优点在于：
17.(1)本技术采用以局部反映整体的方式，通过透水箱隔离其内、外侧土壤，同时水分可自由穿透透水箱在两侧土壤之间传递，使其内外土壤含水量趋近一致，通过监测透水箱内土壤重量变换可有效反应透水箱周围土壤含水量情况，并且，在透水箱内、外侧及不同土壤深度区域设置内侧湿球和外侧湿球，通过内侧湿球和外侧湿球内部的压力变化，一方面能反映出透水箱内、外土壤含水量的微小差别，另一方面能反映出透水箱外侧土壤不同深度区域的含水量情况，因此，通过测量透水箱内侧土壤含水量情况，再结合内侧湿球和多个外侧湿球的压力变化对比，可间接测量出土壤中不同深度区域的含水量情况，以便于对土壤进行合适的人工干预。
18.(2)通过将内侧湿球和单口直管分别连接在气泵机组的两端，内侧湿球埋设于透水箱内部土壤中，通过单口直管将多个外侧湿球埋设于透水箱外侧土壤的不同深度区域，并且，内侧湿球和外侧湿球在使用失效后可进行更换，重新埋设。
19.(3)当通孔处于开放状态时，土壤可通过通孔与膨胀填料接触，使其进行遇水膨胀，将主弹性膜向靠近副弹性膜的方向挤压，使主弹性膜与副弹性膜之间气压增大，通过气压传感器将气压数据反应至控制器中。
20.(4)当称重传感器监测到透水箱内部土壤重量出现异常值时，启动气泵机组进行抽气，控制多个封孔板同时打开，膨胀填料进行吸水膨胀过程，一段时间后再通过充气控制封孔板封堵通孔，通过对比多个气压传感器在该段时间内检测的气压变化速率和程度可间接反映出土壤不同深度区域的含水量情况。
附图说明
21.图1为本技术的立体图；
22.图2为本技术在使用时的正面结构示意图；
23.图3为本技术在使用前的正面结构示意图；
24.图4为本技术的内侧湿球和外侧湿球的正面结构示意图；
25.图5为本技术的内侧湿球和外侧湿球的局部正面结构示意图；
26.图6为图5中a处的结构示意图；
27.图7为本技术的内侧湿球或外侧湿球的立体图；
28.图8为本技术的缺口环的立体图；
29.图9为本技术的封孔板在转动时立体图；
30.图10为本技术的内侧湿球或外侧湿球的正面结构示意图；
31.图11为本技术的内侧湿球或外侧湿球吸水膨胀时的正面结构示意图；
32.图12为本技术的透水箱的正面结构示意图；
33.图13为本技术的系统图。
34.图中标号说明：
35.1透水箱、11网壳箱、12网盖、13透水膜、14带孔板、2控制器、3称重传感器、4载土板、5气泵机组、51机箱、52双头管、61内侧湿球、62外侧湿球、63单口直管、601缺口环、602空心球、603内槽、604封孔板、605主弹性膜、606副弹性膜、607气压传感器、608输气管、609通孔、610气孔。
具体实施方式
36.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
37.实施例：
38.请参阅图1和图2，本技术公开了一种基于大数据的土壤含水量测量装置，包括透水箱1，透水箱1的内底面固定连接有控制器2和称重传感器3，称重传感器3的上端固定连接有载土板4，透水箱1的内壁固定连接有气泵机组5，气泵机组5上分别连接有与其相通的内侧湿球61和单口直管63，且内侧湿球61和单口直管63分别位于透水箱1的内外两侧，单口直管63上自上而下均匀固定连接有多个与其相通的外侧湿球62。
39.在使用时，将透水箱1埋于土壤内部，并使透水箱1内部盛装足量的土壤，一方面透水箱1内、外侧土壤分离，通过载土板4对透水箱1内土壤进行实时称重，通过重量变化可反应土壤的含水量变化，另一方面，水分可自由穿透透水箱1在土壤之间传递，使透水箱1内、外侧土壤含水量趋近一致，从而实现通过透水箱1内侧土壤重量变化反映出透水箱1周围土壤的含水量情况，实现对土壤实时测量效果；
40.并且，如图2和图3，通过将内侧湿球61和单口直管63分别连接在气泵机组5的两端，内侧湿球61埋设于透水箱1内部土壤中，通过单口直管63将多个外侧湿球62埋设于透水箱1外侧土壤的不同深度区域，在检测时，通过内侧湿球61和外侧湿球62内部的压力变化，
一方面能反映出透水箱1内、外土壤含水量的微小差别，另一方面能反映出透水箱1外侧土壤不同深度区域的含水量情况，因此，通过测量透水箱1内侧土壤含水量情况，再结合内侧湿球61和多个外侧湿球62的压力变化对比，可间接测量出土壤中不同深度区域的含水量情况。
41.请参阅图4、图5和图6，内侧湿球61和外侧湿球62均包括空心球602，缺口环601的外端固定连接有缺口环601，缺口环601的内端开设有内槽603，结合图7和图8，空心球602的外端滑动连接有封孔板604，封孔板604与内槽603相匹配，即封孔板604外壁与内槽603内壁之间处于面接触密封状态，封孔板604内壁与空心球602外壁之间处于面接触密封状态，通过封孔板604和空心球602对内槽603的封堵，使得内槽603呈现一个密封空腔状态，可实现气体的填充和抽取。
42.请参阅图6，缺口环601的内部固定连接有主弹性膜605、副弹性膜606和气压传感器607，气压传感器607位于主弹性膜605和副弹性膜606之间，主弹性膜605和缺口环601内壁之间填充有膨胀填料，膨胀填料采用遇水膨胀橡胶，缺口环601上开设有多个均匀分布的通孔609，通孔609位于缺口环601的缺口处，并与膨胀填料所在的空间相通，气压传感器607和称重传感器3均与控制器2信号连接。
43.请参阅图6，缺口环601的外端固定连接有输气管608，输气管608自外而内固定贯穿缺口环601并与内槽603相通，初始状态下内槽603的内部填充有空气，即图6所示状态，此时内槽603处于最大充气状态，封孔板604稳定覆盖于通孔609的外侧，膨胀填料处于未膨胀状态，请参阅图10，当通过输气管608抽取内槽603内空气时，由于内槽603中气压减小，会带动封孔板604向内槽603内侧旋转，露出通孔609，膨胀填料与土壤接触进行吸水膨胀。
44.如图11所示，当通孔609处于开放状态时，土壤可通过通孔609与膨胀填料接触，使其进行遇水膨胀，将主弹性膜605向靠近副弹性膜606的方向挤压，使主弹性膜605与副弹性膜606之间气压增大，通过气压传感器607将气压数据反应至控制器2中；在具体实施过程中，当土壤中含水量大时，膨胀填料的膨胀速率较快，其气压变化速率和程度均较大，反之，膨胀速率较慢，其气压变化速率和程度均较小，因此，当称重传感器3监测到透水箱1内部土壤重量出现异常值时，启动气泵机组5进行抽气，控制多个封孔板604同时打开，膨胀填料进行吸水膨胀过程，一段时间后再通过充气控制封孔板604封堵通孔609，通过对比多个气压传感器607在该段时间内检测的气压变化速率和程度可间接反映出土壤不同深度区域的含水量情况。
45.请参阅图11，缺口环601上开设有与外界相通的气孔610，气孔610的内部固定连接有透气棉，空心球602开设有与气孔610相通的副气孔，副气孔位于副弹性膜606远离主弹性膜605的一侧，气孔610和副气孔用于保证副弹性膜606远离主弹性膜605一侧的气压平衡，使主弹性膜605和副弹性膜606顺利进行扩张膨胀，透气棉在保证气体进出的同时，可以拦截土壤进入气孔610中。
46.补充说明：请参阅图6和图9，缺口环601上缺口所对应的圆心角小于990
°
，封孔板604所对应的圆心角大于90
°
，因此，封孔板604上始终存在部分区域位于内槽603中，且其无法从缺口环601的缺口处掉落，从而保证了本技术的正常使用。
47.请参阅图12，气泵机组5包括内部安装有抽气泵和储气箱的机箱51，抽气泵的进气端与储气箱固定连接并相通，抽气泵的出气端自内向外贯穿机箱51并固定连接有双头管
52，抽气泵与控制器2电性连接，双头管52的一端固定贯穿透水箱1并延伸至外界，结合图3所示，该端部与单口直管63管口端螺纹连接并相通，双头管52的另一端与内侧湿球61上的输气管608螺纹连接并相通，外侧湿球62上的输气管608与单口直管63固定连接并相通，当抽气泵启动进行充气时，进入双头管52的气体一部分直接进入内侧湿球61中，另一部分进入单口直管63中，随后分散进入多个外侧湿球62中，反之，抽气时可同时抽取内侧湿球61和外侧湿球62中气体，从而实现多个封孔板604的同步移动。
48.请参阅图12，透水箱1包括网壳箱11，网壳箱11的上端转动连接有网盖12，网盖12远离网壳箱11的一端转动连接有一对带孔板14，网壳箱11的外端固定连接有一对卡块，带孔板14与卡块卡接，网壳箱11和网盖12的外表面均固定连接有透水膜13，通过透水膜13和网壳箱11的配合使用，一方面使土壤不易进出透水箱1，隔离透水箱1内外土壤，使载土板4对透水箱1内部土壤进行称重，另一方面，透水箱1可允许水分的通过，使透水箱1内外土壤含水量趋近一致，使透水箱1内部土壤重量变化可有效反应透水箱1周围土壤含水量情况。
49.请参阅图13，一种基于大数据的土壤含水量测量装置，还包括预警系统，预警系统包括预警监测终端以及与预警监测终端信号连接的显示终端，预警监测终端与控制器2信号连接，控制器2将检测的土壤重量变化和气压变化数据传送至预警监测终端，以及时向工作人员进行警示提醒，同时通过分析气压数据，间接反映出土壤其它深度区域的含水量情况，以便于对土壤进行合适的人工干预，具体监测过程如下：
50.当称重传感器3检测的透水箱1内土壤重力超过最大安全值时，表明土壤含水量过高，此时，预警监测终端收到该异常的重量监测数据后，可通过控制器2控制气泵机组5进行抽气操作，内侧湿球61和外侧湿球62二者的内槽603内部气体同步减少，封孔板604向内槽603内部移动，打开通孔609，膨胀填料与周围土壤接触发生膨胀，主弹性膜605和副弹性膜606进行不同程度的膨胀，二者之间气压发生相应变化，一段时间后，再启动气泵机组5进行充气操作，使封孔板604恢复原位，在该段时间内，气压传感器607测量的气压数据经由控制器2传递至预警监测终端，以便于进行分析对比，反映出土壤其它深度区域的含水量情况；
51.当称重传感器3检测的透水箱1内土壤重力低于最小安全值时，表明土壤含水量过低，同样进行上段操作，分析得出土壤其它深度区域的含水量情况；补充说明：在降雨期间，土壤含水量会大幅度增大，此期间称重传感器3测量的重量值过大属于正常现象，可无需进行上述检测操作，另外，内侧湿球61和外侧湿球62在使用失效后可进行更换，重新埋设。
52.本技术采用以局部反映整体的方式，通过透水箱1隔离其内、外侧土壤，同时水分可自由穿透透水箱1在两侧土壤之间传递，使其内外土壤含水量趋近一致，通过监测透水箱1内土壤重量变换可有效反应透水箱1周围土壤含水量情况，并且，在透水箱1内、外侧及不同土壤深度区域设置内侧湿球61和外侧湿球62，通过内侧湿球61和外侧湿球62内部的压力变化，一方面能反映出透水箱1内、外土壤含水量的微小差别，另一方面能反映出透水箱1外侧土壤不同深度区域的含水量情况，因此，通过测量透水箱1内侧土壤含水量情况，再结合内侧湿球61和多个外侧湿球62的压力变化对比，可间接测量出土壤中不同深度区域的含水量情况，以便于对土壤进行合适的人工干预。
53.以上所述，仅为本技术较佳的具体实施方式，但本技术的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本技术揭露的技术范围内，根据本技术的技术方案及其改进构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本技术的保护范围内。
技术特征：1.一种基于大数据的土壤含水量测量装置，包括透水箱(1)，其特征在于，所述透水箱(1)的内底面固定连接有控制器(2)和称重传感器(3)，所述称重传感器(3)的上端固定连接有载土板(4)，所述透水箱(1)的内壁固定连接有气泵机组(5)，所述气泵机组(5)上分别连接有与其相通的内侧湿球(61)和单口直管(63)，且内侧湿球(61)和单口直管(63)分别位于透水箱(1)的内外两侧，所述单口直管(63)上自上而下均匀固定连接有多个与其相通的外侧湿球(62)；所述内侧湿球(61)和外侧湿球(62)均包括空心球(602)，所述缺口环(601)的外端固定连接有缺口环(601)，所述缺口环(601)的内端开设有内槽(603)，所述空心球(602)的外端滑动连接有封孔板(604)，所述封孔板(604)与内槽(603)相匹配，所述缺口环(601)的内部固定连接有主弹性膜(605)、副弹性膜(606)和气压传感器(607)，所述气压传感器(607)位于主弹性膜(605)和副弹性膜(606)之间，所述主弹性膜(605)和缺口环(601)内壁之间填充有膨胀填料，所述缺口环(601)上开设有多个均匀分布的通孔(609)，所述通孔(609)位于缺口环(601)的缺口处，并与膨胀填料所在的空间相通，所述气压传感器(607)和称重传感器(3)均与控制器(2)信号连接。2.根据权利要求1所述的一种基于大数据的土壤含水量测量装置，其特征在于，所述缺口环(601)的外端固定连接有输气管(608)，所述输气管(608)自外而内固定贯穿缺口环(601)并与内槽(603)相通。3.根据权利要求1所述的一种基于大数据的土壤含水量测量装置，其特征在于，初始状态下所述内槽(603)的内部填充有空气，且所述封孔板(604)覆盖于通孔(609)的外侧。4.根据权利要求1所述的一种基于大数据的土壤含水量测量装置，其特征在于，所述缺口环(601)上开设有与外界相通的气孔(610)，所述气孔(610)的内部固定连接有透气棉，所述空心球(602)开设有与气孔(610)相通的副气孔，所述副气孔位于副弹性膜(606)远离主弹性膜(605)的一侧。5.根据权利要求1所述的一种基于大数据的土壤含水量测量装置，其特征在于，所述膨胀填料采用遇水膨胀橡胶。6.根据权利要求2所述的一种基于大数据的土壤含水量测量装置，其特征在于，所述气泵机组(5)包括内部安装有抽气泵和储气箱的机箱(51)，所述抽气泵的进气端与储气箱固定连接并相通，所述抽气泵的出气端自内向外贯穿机箱(51)并固定连接有双头管(52)，所述抽气泵与控制器(2)电性连接。7.根据权利要求6所述的一种基于大数据的土壤含水量测量装置，其特征在于，所述双头管(52)的一端固定贯穿透水箱(1)并延伸至外界，且该端部与单口直管(63)管口端螺纹连接并相通，所述双头管(52)的另一端与内侧湿球(61)上的输气管(608)螺纹连接并相通，所述外侧湿球(62)上的输气管(608)与单口直管(63)固定连接并相通。8.根据权利要求1所述的一种基于大数据的土壤含水量测量装置，其特征在于，所述透水箱(1)包括网壳箱(11)，所述网壳箱(11)的上端转动连接有网盖(12)，所述网盖(12)远离网壳箱(11)的一端转动连接有一对带孔板(14)，所述网壳箱(11)的外端固定连接有一对卡块，所述带孔板(14)与卡块卡接。9.根据权利要求8所述的一种基于大数据的土壤含水量测量装置，其特征在于，所述网壳箱(11)和网盖(12)的外表面均固定连接有透水膜(13)。
10.根据权利要求1所述的一种基于大数据的土壤含水量测量装置，其特征在于，还包括预警系统，所述预警系统包括预警监测终端以及与预警监测终端信号连接的显示终端，所述预警监测终端与控制器(2)信号连接。
技术总结本申请公开了应用于含水量检测领域的一种基于大数据的土壤含水量测量装置及预警系统，该测量装置采用以局部反映整体的方式，通过透水箱隔离其内、外侧土壤，同时水分可自由穿透透水箱在两侧土壤之间传递，使其内外土壤含水量趋近一致，通过监测透水箱内土壤重量变换可有效反应透水箱周围土壤含水量情况，并且，在透水箱内、外侧及不同土壤深度区域设置内侧湿球和外侧湿球，通过二者压力变化，一方面能反映出透水箱内、外土壤含水量的微小差别，另一方面能反映出透水箱外侧土壤不同深度区域的含水量情况，从而基于对透水箱内侧土壤含水量的测量，可间接测量出土壤中不同深度区域的含水量情况，以便于对土壤进行合适的人工干预。干预。干预。
技术研发人员：陈野
受保护的技术使用者：陈野
技术研发日：2022.09.26
技术公布日：2022/12/1
