本發(fā)明涉及一種多方位土壤熱導(dǎo)率測(cè)量裝置及方法，屬于土壤物理學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

熱導(dǎo)率又稱(chēng)“導(dǎo)熱系數(shù)”，反映材料導(dǎo)熱能力的大小，是熱特性的一個(gè)重要物理指標(biāo)。土壤吸收一定熱量后，一部分用于自身升溫，一部分傳導(dǎo)給其臨近土層。土壤具有將所吸收熱量傳導(dǎo)到鄰近土層的性能，稱(chēng)為導(dǎo)熱性，其大小用導(dǎo)熱率λ表示，代表1cm厚度的土層，溫度差1℃時(shí)，每秒鐘經(jīng)斷面1cm²通過(guò)的熱量的焦耳數(shù)，單位：j/cm·s·℃；

目前土壤熱導(dǎo)率測(cè)定方法分為穩(wěn)態(tài)法和非穩(wěn)態(tài)法。穩(wěn)態(tài)法加熱時(shí)間長(zhǎng)，在對(duì)含有水分的材料進(jìn)行測(cè)量時(shí)會(huì)造成水分遷移和再分布，從而造成較大誤差，影響實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果。非穩(wěn)態(tài)熱導(dǎo)率測(cè)試儀有常功率瞬態(tài)平面熱源法、熱線法、熱探針?lè)?、熱帶法、激光閃射法等。瞬態(tài)加熱使用熱脈沖形式對(duì)研究材料脈沖加熱，對(duì)水分遷移和再分布影響較小。

目前研究人員在探究散狀材料熱導(dǎo)率時(shí)多采用瞬態(tài)熱脈沖法，單探針熱導(dǎo)率儀、三探針熱導(dǎo)率儀使用廣泛。但這些儀器中，探針長(zhǎng)度、間距固定，當(dāng)面對(duì)情況復(fù)雜的隨機(jī)材料時(shí)會(huì)對(duì)研究造成局限性。為此，我們?cè)O(shè)計(jì)了一種組合型多探針熱導(dǎo)率儀，可以面對(duì)復(fù)雜的測(cè)量環(huán)境選擇合適的探針進(jìn)行組合，選擇不同長(zhǎng)度探針從而在不同方位，不同深度獲得更精準(zhǔn)的熱導(dǎo)率參數(shù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是：本發(fā)明提供一種多方位土壤熱導(dǎo)率測(cè)量裝置及方法，用于解決現(xiàn)有探針熱導(dǎo)率探針長(zhǎng)度、間距固定面對(duì)情況復(fù)雜的隨機(jī)材料時(shí)對(duì)研究造成的局限性的問(wèn)題，以及對(duì)測(cè)量不同方位、不同深度的熱導(dǎo)率時(shí)準(zhǔn)確率低、誤差大的問(wèn)題，以及不便于進(jìn)行多指標(biāo)的檢測(cè)問(wèn)題；

該裝置既能在室內(nèi)進(jìn)行擾動(dòng)土熱導(dǎo)率檢測(cè)，又能在室外進(jìn)行原狀土熱導(dǎo)率檢測(cè)。該裝置既安裝溫度探針和熱脈沖探針進(jìn)行熱導(dǎo)率測(cè)量，又能安裝其他土壤物理特性測(cè)量探針進(jìn)行其他參數(shù)測(cè)量，從而實(shí)現(xiàn)多指標(biāo)檢測(cè)。本裝置可以實(shí)現(xiàn)多尺度、多方位、多深度熱導(dǎo)率測(cè)量，并能減小測(cè)量誤差。

本發(fā)明技術(shù)方案是：一種多方位土壤熱導(dǎo)率測(cè)量裝置，包括溫度傳感器探針1，探針座3，熱脈沖探針4，內(nèi)螺紋口5，工型凸臺(tái)6，工型滑槽7，熱電偶8，熱脈沖發(fā)生器11，手持控制器33、底板34；

所述探針座3，側(cè)面為工型凸臺(tái)6，相鄰另一側(cè)為工型滑槽7，探針座3是中心部分為內(nèi)螺紋口5；

所述底板34由多個(gè)探針座3組合而成，一個(gè)探針座3一側(cè)工型滑槽7插入另一個(gè)探針座3一側(cè)的工型凸臺(tái)6組合而成，每個(gè)探針座大小相同；根據(jù)所測(cè)土壤深度選擇不同長(zhǎng)度的溫度傳感器探針1和熱脈沖探針4；分別通過(guò)探針螺紋固定桿2、探針外螺紋桿10和探針座3中心的內(nèi)螺紋口5旋轉(zhuǎn)組合在一起；

所述溫度傳感器探針1為空心結(jié)構(gòu)，在內(nèi)部放置熱電偶8和熱電偶導(dǎo)線9，且熱電偶8和熱電偶導(dǎo)線9相連，且熱電偶導(dǎo)線9在探針內(nèi)部拉直不彎曲；溫度傳感器探針1熱電偶8和熱電偶導(dǎo)線9組合構(gòu)成溫度傳感器21；熱電偶導(dǎo)線9的外部延長(zhǎng)線與手持控制器33內(nèi)部的數(shù)據(jù)采集模塊14相連；

所述熱脈沖探針4為空心結(jié)構(gòu)，在內(nèi)部底部固定放置熱脈沖發(fā)生器11，且通過(guò)熱脈沖導(dǎo)線12與手持控制器33內(nèi)部的熱脈沖控制模塊16相連。

所述溫度傳感器21與數(shù)據(jù)采集模塊14相連，溫度傳感器21以每秒采集溫度數(shù)據(jù)一次然后通過(guò)濾波模塊22將溫度的模擬信號(hào)去除噪聲，再經(jīng)過(guò)a/d轉(zhuǎn)換模塊23將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，并將數(shù)據(jù)傳送到數(shù)據(jù)處理和存儲(chǔ)模塊13將數(shù)據(jù)儲(chǔ)存，數(shù)據(jù)采集模塊14與數(shù)據(jù)處理和存儲(chǔ)模塊13與flash存儲(chǔ)模塊19相連。

在手持控制器33內(nèi)部電路板上集成：數(shù)據(jù)處理與存儲(chǔ)模塊13、數(shù)據(jù)采集模塊14、人機(jī)交互模塊15、熱脈沖控制模塊16和電源模塊17。

數(shù)據(jù)采集模塊14包括濾波模塊22，a/d轉(zhuǎn)換模塊23；濾波模塊22與外部溫度傳感器21相連，a/d轉(zhuǎn)換模塊23與數(shù)據(jù)處理與存儲(chǔ)模塊13輸入端相連。

所述數(shù)據(jù)處理與存儲(chǔ)模塊13包括mcu控制器18，flash存儲(chǔ)模塊19，串口通信模塊20；mcu控制器18與flash存儲(chǔ)模塊19相連；數(shù)字信號(hào)經(jīng)過(guò)串口通信模塊20傳入mcu控制器18進(jìn)行數(shù)據(jù)處理并將處理過(guò)后的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在flash存儲(chǔ)模塊19中，并通過(guò)串口通信模塊20進(jìn)行mcu程序?qū)懭肱c擦除。

所述人機(jī)交互模塊15包括聲音模塊24，液晶顯示器25，鍵盤(pán)輸入模塊26；液晶顯示器25、鍵盤(pán)輸入模塊26位于手持控制器33表面部分，液晶顯示器25與數(shù)據(jù)處理與存儲(chǔ)模塊13輸出端相連，鍵盤(pán)輸入模塊26與數(shù)據(jù)處理與存儲(chǔ)模塊13輸入端相連。當(dāng)儀器結(jié)束測(cè)量時(shí)，數(shù)據(jù)處理與存儲(chǔ)模塊13將數(shù)據(jù)處理完畢后，顯示在液晶顯示器25上，并可通過(guò)鍵盤(pán)輸入模塊26調(diào)用flash存儲(chǔ)模塊19內(nèi)所存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)。聲音模塊24在實(shí)驗(yàn)異?；?qū)嶒?yàn)結(jié)束時(shí)發(fā)出提示音。

所述熱脈沖控制模塊16包括電壓控制模塊27，計(jì)時(shí)模塊28，開(kāi)關(guān)電路29，熱脈沖發(fā)生模塊30；電壓控制模塊27電壓輸出端與計(jì)時(shí)模塊28、開(kāi)關(guān)電路29相連，協(xié)同控制熱脈沖控制模塊16。mcu控制器18通過(guò)電壓控制模塊27控制熱脈沖電壓從而控制熱脈沖發(fā)生模塊30模塊功率，計(jì)時(shí)模塊28與開(kāi)關(guān)電路29配合形成熱脈沖。當(dāng)計(jì)時(shí)模塊28計(jì)時(shí)達(dá)到300s時(shí)，記錄溫度傳感器溫度達(dá)到最高所需的時(shí)間(s)和記錄最大溫度最大變化量tm。通過(guò)內(nèi)置程序熱導(dǎo)率計(jì)算公式計(jì)算出熱導(dǎo)率，計(jì)算其平均值，并顯示在液晶顯示器25上。

所述電源模塊17包括220v～12v降壓模塊31，鋰電池32；電源模塊17為整個(gè)測(cè)量裝置供電。

所述熱脈沖探針4和溫度傳感器探針1具有10cm、15cm、20cm長(zhǎng)度尺寸。

本發(fā)明裝置的工作過(guò)程是：

在室外進(jìn)行原狀土土壤熱導(dǎo)率檢測(cè)中，根據(jù)被測(cè)土壤深度選擇合適長(zhǎng)度探針，確定研究測(cè)量尺度，將探針座3組合成符合研究需求的底板34；溫度傳感器探針1和熱脈沖探針4通過(guò)內(nèi)螺紋(口)5分別和探針螺紋固定桿2、探針外螺紋桿10連接在一起，通過(guò)導(dǎo)線與手持控制器33相連接。溫度傳感器探針1和熱脈沖探針4頂端中心距離為r，將r通過(guò)手持控制器33輸入對(duì)應(yīng)探針，將探針插入土壤，打開(kāi)手持控制器33進(jìn)行開(kāi)關(guān)測(cè)量；

熱脈沖探針4以頻率r0(hz)產(chǎn)生熱脈沖，溫度傳感器以每秒一次的頻率對(duì)土壤溫度進(jìn)行采樣，當(dāng)溫度達(dá)到最高時(shí)記錄溫度最大變化量tm和其對(duì)應(yīng)的所需要的時(shí)間tm(s)，數(shù)據(jù)根據(jù)下列公式在mcu控制器18進(jìn)行運(yùn)算；

式中：tm—感應(yīng)探針溫度達(dá)到最高所需的時(shí)間(s)；t0—熱脈沖持續(xù)時(shí)間(s)；q—單位長(zhǎng)度加熱絲在單位時(shí)間內(nèi)釋放出的熱(w·m^-1)；δt＝tm-t0；-ei(-x)為與b步驟r1，r2…rn有關(guān)的指數(shù)積分；得上，只要通過(guò)感應(yīng)探針溫度變化-時(shí)間曲線得到溫度達(dá)到最高時(shí)溫度最大變化量tm和其對(duì)應(yīng)的所需要的時(shí)間tm(s)，就能計(jì)算得到土壤熱導(dǎo)率λ。

所述多方位熱導(dǎo)率測(cè)量裝置的測(cè)量方法的步驟如下：

a、選擇測(cè)量土壤確定研究測(cè)量土壤深度選擇合適長(zhǎng)度探針，確定研究測(cè)量尺度，將探針座3組合成符合研究需求的底板34，溫度傳感器探針1和熱脈沖探針4通過(guò)內(nèi)螺紋口5分別和探針螺紋固定桿2、探針外螺紋桿10連接在一起，通過(guò)導(dǎo)線與手持控制器33相連接；

b、分別測(cè)量溫度探針和熱脈沖探針頂端直線距離，分別為r1，r2…rn等，將距離ri值分別通過(guò)鍵盤(pán)輸入模塊26輸入系統(tǒng)中后將探針插入土壤，選擇測(cè)量按鈕，測(cè)量開(kāi)始，電源模塊17對(duì)熱脈沖控制模塊16供電產(chǎn)生熱脈沖，mcu控制器18通過(guò)電壓控制模塊27控制熱脈沖電壓從而控制熱脈沖發(fā)生模塊30功率，計(jì)時(shí)模塊28與開(kāi)關(guān)電路29配合形成熱脈沖，加熱時(shí)間為300s；

c、測(cè)量地塊土壤溫度上升，溫度傳感器21以每秒采集溫度數(shù)據(jù)一次然后通過(guò)濾波模塊22將溫度的模擬信號(hào)去除噪聲，再經(jīng)過(guò)a/d轉(zhuǎn)換模塊23將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，數(shù)字信號(hào)經(jīng)過(guò)串口通信模塊20傳入mcu控制器18進(jìn)行數(shù)據(jù)處理并將處理過(guò)后的溫度、時(shí)間數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在flash存儲(chǔ)模塊19中；

d、當(dāng)儀器結(jié)束測(cè)量時(shí)，聲音模塊24發(fā)出提示音；mcu控制器18調(diào)用flash存儲(chǔ)模塊19所記錄溫度傳感器溫度達(dá)到最高所需的時(shí)間tm(s)和記錄最大溫度變化量tm數(shù)據(jù)；通過(guò)內(nèi)置程序中的熱導(dǎo)率計(jì)算公式計(jì)算出熱導(dǎo)率；并將其顯示在液晶顯示器25上，其中熱導(dǎo)率計(jì)算公式為：

式中：tm—感應(yīng)探針溫度達(dá)到最高所需的時(shí)間(s)；t0—熱脈沖持續(xù)時(shí)間(s)；q—單位長(zhǎng)度加熱絲在單位時(shí)間內(nèi)釋放出的熱(w·m^-1)；δt＝tm-t0；-ei(-x)為與b步驟r1，r2…rn有關(guān)的指數(shù)積分；得上，只要通過(guò)感應(yīng)探針溫度變化-時(shí)間曲線得到溫度達(dá)到最高時(shí)溫度最大變化量tm和其對(duì)應(yīng)的所需要的時(shí)間tm(s)，就能計(jì)算得到土壤熱導(dǎo)率λ。

本發(fā)明的有益效果是：

1、該熱導(dǎo)率測(cè)量裝置便攜，易拆卸，快速有效測(cè)量土壤熱導(dǎo)率，能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)驗(yàn)室擾動(dòng)土熱導(dǎo)率測(cè)量，同樣方便野外原狀土熱導(dǎo)率測(cè)量；可根據(jù)研究需求自行組合裝置配置探針，使測(cè)量更具有針對(duì)性；

2、可根據(jù)研究需求自行組合裝置配置探針，可控研究尺度、測(cè)點(diǎn)間距、采樣步長(zhǎng)，使測(cè)量更具有針對(duì)性。多個(gè)探針同時(shí)測(cè)量減少了探針拔插次數(shù)對(duì)土壤的擾動(dòng)，有效降低測(cè)量誤差，顯著提高了；

3、檢測(cè)過(guò)程中可以快速獲取大量實(shí)測(cè)數(shù)值，這些數(shù)值能夠較全面地反映土壤熱傳導(dǎo)特性，有利于對(duì)土壤熱傳導(dǎo)物理特性的區(qū)域化研究；

4、該裝置專(zhuān)門(mén)預(yù)留探針接口，方便后期轉(zhuǎn)接其他傳感器，便于進(jìn)行土壤其他參數(shù)測(cè)量；

5、該裝置的操作采用控制器實(shí)現(xiàn)，控制器的可編程性高，能夠滿足不同要求的土壤熱導(dǎo)率檢測(cè)，顯著降低了人工勞動(dòng)強(qiáng)度。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明總體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明探針座示意圖；

圖3是本發(fā)明組合而成探針座底板示意圖；

圖4是本發(fā)明溫度傳感器探針示意圖；

圖5是本發(fā)明熱脈沖探針結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6是本發(fā)明熱導(dǎo)率測(cè)量裝置工作流程圖；

圖7是本發(fā)明熱導(dǎo)率測(cè)量裝置中手持控制器模塊構(gòu)成圖。

圖中：1-溫度傳感器探針，2-探針螺紋固定桿，3-探針座，4-熱脈沖探針，5-內(nèi)螺紋(口)，6-工型凸臺(tái)，7-工型滑槽，8-熱電偶，9-熱電偶內(nèi)部導(dǎo)線，10-探針外螺紋桿，11-熱脈沖發(fā)射器，12-熱脈沖導(dǎo)線，13-數(shù)據(jù)處理和存儲(chǔ)模塊，14-數(shù)據(jù)采集模塊，15-人機(jī)交互模塊，16-熱脈沖控制模塊，17-電源模塊，18-mcu控制器，19-flash存儲(chǔ)模塊，20-串口通信模塊，21-溫度傳感器，22-濾波模塊，23-a/d轉(zhuǎn)換模塊，24-聲音模塊，25-液晶顯示器，26-鍵盤(pán)輸入模塊，27-電壓控制模塊，28-計(jì)時(shí)模塊，29-開(kāi)關(guān)電路，30-熱脈沖發(fā)生模塊，31-降壓模塊，32-鋰電池，33-手持控制器，34-底板。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。

實(shí)施例1：如圖1-7所示，一種多方位土壤熱導(dǎo)率測(cè)量裝置，包括溫度傳感器探針1，探針座3，熱脈沖探針4，內(nèi)螺紋口5，工型凸臺(tái)6，工型滑槽7，熱電偶8，熱脈沖發(fā)生器11，手持控制器33、底板34；

所述探針座3，側(cè)面為工型凸臺(tái)6，相鄰另一側(cè)為工型滑槽7，探針座3是中心部分為內(nèi)螺紋口5；

所述底板34由多個(gè)探針座3組合而成，一個(gè)探針座3一側(cè)工型滑槽7插入另一個(gè)探針座3一側(cè)的工型凸臺(tái)6組合而成，每個(gè)探針座大小相同；根據(jù)所測(cè)土壤深度選擇不同長(zhǎng)度的溫度傳感器探針1和熱脈沖探針4；分別通過(guò)探針螺紋固定桿2、探針外螺紋桿10和探針座3中心的內(nèi)螺紋口5旋轉(zhuǎn)組合在一起；

所述溫度傳感器探針1為空心結(jié)構(gòu)，在內(nèi)部放置熱電偶8和熱電偶導(dǎo)線9，且熱電偶8和熱電偶導(dǎo)線9相連，且熱電偶導(dǎo)線9在探針內(nèi)部拉直不彎曲；溫度傳感器探針1熱電偶8和熱電偶導(dǎo)線9組合構(gòu)成溫度傳感器21；熱電偶導(dǎo)線9的外部延長(zhǎng)線與手持控制器33內(nèi)部的數(shù)據(jù)采集模塊14相連；

所述熱脈沖探針4為空心結(jié)構(gòu)，在內(nèi)部底部固定放置熱脈沖發(fā)生器11，且通過(guò)熱脈沖導(dǎo)線12與手持控制器33內(nèi)部的熱脈沖控制模塊16相連。

所述溫度傳感器21與數(shù)據(jù)采集模塊14相連，溫度傳感器21以每秒采集溫度數(shù)據(jù)一次然后通過(guò)濾波模塊22將溫度的模擬信號(hào)去除噪聲，再經(jīng)過(guò)a/d轉(zhuǎn)換模塊23將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，并將數(shù)據(jù)傳送到數(shù)據(jù)處理和存儲(chǔ)模塊13將數(shù)據(jù)儲(chǔ)存，數(shù)據(jù)采集模塊14與數(shù)據(jù)處理和存儲(chǔ)模塊13與flash存儲(chǔ)模塊19相連。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步方案，在手持控制器33內(nèi)部電路板上集成：數(shù)據(jù)處理與存儲(chǔ)模塊13、數(shù)據(jù)采集模塊14、人機(jī)交互模塊15、熱脈沖控制模塊16和電源模塊17。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步方案，數(shù)據(jù)采集模塊14包括濾波模塊22，a/d轉(zhuǎn)換模塊23；濾波模塊22與外部溫度傳感器21相連，a/d轉(zhuǎn)換模塊23與數(shù)據(jù)處理與存儲(chǔ)模塊13輸入端相連。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步方案，所述數(shù)據(jù)處理與存儲(chǔ)模塊13包括mcu控制器18，flash存儲(chǔ)模塊19，串口通信模塊20；mcu控制器18與flash存儲(chǔ)模塊19相連；數(shù)字信號(hào)經(jīng)過(guò)串口通信模塊20傳入mcu控制器18進(jìn)行數(shù)據(jù)處理并將處理過(guò)后的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在flash存儲(chǔ)模塊19中，并通過(guò)串口通信模塊20進(jìn)行mcu程序?qū)懭肱c擦除。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步方案，所述人機(jī)交互模塊15包括聲音模塊24，液晶顯示器25，鍵盤(pán)輸入模塊26；液晶顯示器25、鍵盤(pán)輸入模塊26位于手持控制器33表面部分，液晶顯示器25與數(shù)據(jù)處理與存儲(chǔ)模塊13輸出端相連，鍵盤(pán)輸入模塊26與數(shù)據(jù)處理與存儲(chǔ)模塊13輸入端相連。當(dāng)儀器結(jié)束測(cè)量時(shí)，數(shù)據(jù)處理與存儲(chǔ)模塊13將數(shù)據(jù)處理完畢后，顯示在液晶顯示器25上，并可通過(guò)鍵盤(pán)輸入模塊26調(diào)用flash存儲(chǔ)模塊19內(nèi)所存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)。聲音模塊24在實(shí)驗(yàn)異常或?qū)嶒?yàn)結(jié)束時(shí)發(fā)出提示音。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步方案，所述熱脈沖控制模塊16包括電壓控制模塊27，計(jì)時(shí)模塊28，開(kāi)關(guān)電路29，熱脈沖發(fā)生模塊30；電壓控制模塊27電壓輸出端與計(jì)時(shí)模塊28、開(kāi)關(guān)電路29相連，協(xié)同控制熱脈沖控制模塊16。mcu控制器18通過(guò)電壓控制模塊27控制熱脈沖電壓從而控制熱脈沖發(fā)生模塊30模塊功率，計(jì)時(shí)模塊28與開(kāi)關(guān)電路29配合形成熱脈沖。當(dāng)計(jì)時(shí)模塊28計(jì)時(shí)達(dá)到300s時(shí)，記錄溫度傳感器溫度達(dá)到最高所需的時(shí)間(s)和記錄最大溫度最大變化量tm。通過(guò)內(nèi)置程序熱導(dǎo)率計(jì)算公式計(jì)算出熱導(dǎo)率，計(jì)算其平均值，并顯示在液晶顯示器25上。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步方案，所述電源模塊17包括220v～12v降壓模塊31，鋰電池32；電源模塊17為整個(gè)測(cè)量裝置供電。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步方案，所述熱脈沖探針4和溫度傳感器探針1具有10cm、15cm、20cm長(zhǎng)度尺寸。

所述多方位熱導(dǎo)率測(cè)量裝置的測(cè)量方法的步驟如下：

a、選擇測(cè)量土壤確定研究測(cè)量土壤深度選擇合適長(zhǎng)度探針，確定研究測(cè)量尺度，將探針座3組合成符合研究需求的底板34，溫度傳感器探針1和熱脈沖探針4通過(guò)內(nèi)螺紋口5分別和探針螺紋固定桿2、探針外螺紋桿10連接在一起，通過(guò)導(dǎo)線與手持控制器33相連接；

b、分別測(cè)量溫度探針和熱脈沖探針頂端直線距離，分別為r1，r2…rn等，將距離ri值分別通過(guò)鍵盤(pán)輸入模塊26輸入系統(tǒng)中后將探針插入土壤，選擇測(cè)量按鈕，測(cè)量開(kāi)始，電源模塊17對(duì)熱脈沖控制模塊16供電產(chǎn)生熱脈沖，mcu控制器18通過(guò)電壓控制模塊27控制熱脈沖電壓從而控制熱脈沖發(fā)生模塊30功率，計(jì)時(shí)模塊28與開(kāi)關(guān)電路29配合形成熱脈沖，加熱時(shí)間為300s；

c、測(cè)量地塊土壤溫度上升，溫度傳感器21以每秒采集溫度數(shù)據(jù)一次然后通過(guò)濾波模塊22將溫度的模擬信號(hào)去除噪聲，再經(jīng)過(guò)a/d轉(zhuǎn)換模塊23將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，數(shù)字信號(hào)經(jīng)過(guò)串口通信模塊20傳入mcu控制器18進(jìn)行數(shù)據(jù)處理并將處理過(guò)后的溫度、時(shí)間數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在flash存儲(chǔ)模塊19中；

d、當(dāng)儀器結(jié)束測(cè)量時(shí)，聲音模塊24發(fā)出提示音；mcu控制器18調(diào)用flash存儲(chǔ)模塊19所記錄溫度傳感器溫度達(dá)到最高所需的時(shí)間tm(s)和記錄最大溫度變化量tm數(shù)據(jù)；通過(guò)內(nèi)置程序中的熱導(dǎo)率計(jì)算公式計(jì)算出熱導(dǎo)率；并將其顯示在液晶顯示器25上，其中熱導(dǎo)率計(jì)算公式為：

式中：tm—感應(yīng)探針溫度達(dá)到最高所需的時(shí)間(s)；t0—熱脈沖持續(xù)時(shí)間(s)；q—單位長(zhǎng)度加熱絲在單位時(shí)間內(nèi)釋放出的熱(w·m^-1)；δt＝tm-t0；-ei(-x)為與b步驟r1，r2…rn有關(guān)的指數(shù)積分；得上，只要通過(guò)感應(yīng)探針溫度變化-時(shí)間曲線得到溫度達(dá)到最高時(shí)溫度最大變化量tm和其對(duì)應(yīng)的所需要的時(shí)間tm(s)，就能計(jì)算得到土壤熱導(dǎo)率λ。

mcu控制器18檢測(cè)到異常溫度信號(hào)時(shí)聲音模塊24發(fā)出提示音。需要排除異常重新開(kāi)始檢測(cè)。

當(dāng)接入220v電源時(shí)，降壓模塊31將電壓降為12v向測(cè)量系統(tǒng)供電，對(duì)12v鋰電池充電。當(dāng)系統(tǒng)不連接電源時(shí)，12v電源放電為測(cè)量系統(tǒng)供電。

上面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例作了詳細(xì)說(shuō)明，但是本發(fā)明并不限于上述實(shí)施例，在本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所具備的知識(shí)范圍內(nèi)，還可以在不脫離本發(fā)明宗旨的前提下作出各種變化。