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Solutions-解決方案

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宇宙射線(xiàn)快中子土壤水分監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

作者: 天諾基業(yè)時(shí)間:2022.07.07

系統(tǒng)簡(jiǎn)介以及原理

宇宙射線(xiàn)快中子土壤水分監(jiān)測(cè)系統(tǒng),是一種可以通過(guò)檢測(cè)土壤中和土壤正上方空氣中快速移動(dòng)的中子來(lái)測(cè)量含水量的裝置,可以立即提供至少20公頃區(qū)域的檢測(cè)結(jié)果,而不會(huì)干擾土壤和土壤所含相互關(guān)聯(lián)的生物和結(jié)構(gòu)的巨大網(wǎng)絡(luò)。中科院南京土壤研究所、蘭州大學(xué)與北京天諾基業(yè)科技有限公司聯(lián)合研發(fā)的宇宙射線(xiàn)快中子土壤水分監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了100%國(guó)產(chǎn)化,探測(cè)效率高、統(tǒng)計(jì)性好、土壤水分測(cè)量動(dòng)態(tài)靈敏度高,具有多種數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸手段,可以在無(wú)電、無(wú)網(wǎng)絡(luò)條件下穩(wěn)定運(yùn)行。能夠適用干旱、潮濕、低溫、高溫等條件。測(cè)量系統(tǒng)配套有多種響應(yīng)數(shù)據(jù)庫(kù)與校正算法,操作靈活方便 ,使CRN更好地應(yīng)用在土壤水分含量監(jiān)測(cè)工作中,為管理土壤含水量開(kāi)辟了新窗口。

宇宙射線(xiàn)快中子土壤水分監(jiān)測(cè)方法(CRN),填補(bǔ)了傳統(tǒng)點(diǎn)測(cè)量和遙感測(cè)量之間的空缺。在生態(tài)環(huán)境中,土壤水分也是生態(tài)環(huán)境資源交換的重要節(jié)點(diǎn)。宇宙射線(xiàn)中子法利用宇宙射線(xiàn)快中子作為放射源,由于氫(H)原子對(duì)中子極大的反應(yīng)截面,即慢化過(guò)的中子數(shù)與土壤水分呈負(fù)相關(guān)。通過(guò)記錄被慢化的氫原子數(shù)量就可以反演出土壤水分。

儀器技術(shù)指標(biāo)

系統(tǒng)供電:10-16VDC;探頭供電:9-16VDC;

系統(tǒng)功耗:不高于6030mA@12V;探頭功耗:5mA@12V ;采集間隔可選;

數(shù)據(jù)存儲(chǔ): 數(shù)據(jù)采集器可選(大于1G) ;

數(shù)據(jù)接口:支持RS232、R485、USB等 ;

測(cè)量范圍:最大測(cè)量范圍不少于直徑 700 米,最大測(cè)量深度不小于 70 厘米 ;

水分測(cè)量范圍:0~飽和;不確定性:0~4%;

支持多傳感器擴(kuò)展,包括但不限于氣壓、濕度、溫度、降雨等;

支持4G、5G、北斗數(shù)據(jù)傳輸模塊;

提供數(shù)據(jù)采集與顯示軟件、配套土壤水分反演與校正算法。

 

 Ⅰ. 宇宙射線(xiàn)中子法的原理

Ⅰ. 宇宙射線(xiàn)中子法的原理
宇宙射線(xiàn)中子能譜
 
CRN方法的原理
CRN方法的原理

中子質(zhì)量與氫的質(zhì)量相當(dāng),在中子入射土壤中,與其他元素發(fā)生反應(yīng)較少,以非彈性散射為主要物理過(guò)程。而氫元素與中子相互作用主要以彈性散射為主,氫元素的反應(yīng)截面大,平均對(duì)數(shù)能降最大。

氫是慢化中子的主要元素,而地表與地下的最大氫庫(kù)為土壤水分,故測(cè)量中子慢化數(shù)量,即可反應(yīng)土壤水分的多寡,兩者呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。

 

Ⅲ. CRN法響應(yīng)規(guī)律與影響因素

儀器探測(cè)半徑關(guān)系
儀器探測(cè)半徑關(guān)系
 
探測(cè)計(jì)數(shù)隨空氣濕度和土壤水分的變化
儀器計(jì)數(shù)的響應(yīng)關(guān)系(左)儀器探測(cè)深度關(guān)系(右)

 

 Ⅱ. CRN系統(tǒng)組成

 
儀器總設(shè)計(jì)圖(左)電子學(xué)示意圖(右)
儀器總設(shè)計(jì)圖(左)電子學(xué)示意圖(右)

 

儀器100%國(guó)產(chǎn)化;CRN系統(tǒng)選擇He-3探測(cè)器氣體;設(shè)備主要包括:探測(cè)器、慢化材料、供電電源、單道主放與前放、采集模塊、數(shù)據(jù)采集與處理軟件等。

 

 

Ⅳ. 驗(yàn)證試驗(yàn)與推廣應(yīng)用 

定量控制灌溉驗(yàn)證儀器響應(yīng)特征

推廣案例:中國(guó)科學(xué)封丘國(guó)家試驗(yàn)站,中國(guó)科學(xué)院鷹潭紅壤國(guó)家試驗(yàn)站,中國(guó)科學(xué)院海倫國(guó)家試驗(yàn)站,有3個(gè)國(guó)家級(jí)試點(diǎn)。