專(zhuān)利名稱(chēng)：一種同步實(shí)時(shí)自補(bǔ)償測(cè)量土壤含水率的電容式傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于傳感器領(lǐng)域，尤其涉及一種同步實(shí)時(shí)自補(bǔ)償測(cè)量土壤含水率的電容式傳感器。
背景技術(shù)：
掌握土壤水分含量對(duì)評(píng)估和選擇農(nóng)業(yè)系統(tǒng)，水資源合理使用規(guī)劃都是必要的。在許多影響作物生長(zhǎng)、土壤壓實(shí)度和微生物活動(dòng)的參數(shù)中，土壤水分含量有著重要的關(guān)聯(lián)作用，因此，水含量測(cè)試對(duì)農(nóng)學(xué)研究活動(dòng)來(lái)說(shuō)是普遍且必須的。土壤水分含量度量通常分為兩種重量法和體積法。重量法指的是把土壤樣品加熱到105度直到土壤重量不變化，土壤中水的重量除以總重量。體積法指的是在給定土壤樣品中水分所包含的體積，因?yàn)榭梢灾苯釉谕寥拦喔缺砩辖o定，所以這種方法對(duì)研究和水·資源管理很有用處。目前，根據(jù)電磁測(cè)量基本原理設(shè)計(jì)的電容式土壤水分傳感器逐漸受到關(guān)注，它可在較高精度下快速測(cè)量土壤水含量，同時(shí)能在同一地點(diǎn)反復(fù)測(cè)量且不會(huì)破壞土壤結(jié)構(gòu)，價(jià)格便宜、能耗低、操作方便。同時(shí)，許多研究表明電容式土壤水分傳感器容易受到土壤環(huán)境因素的干擾，影響測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性(T. J. Dean等，1987 ;Krishna S. Nemali等，2006)，在這些因素中影響最大的是土壤溫度T和電導(dǎo)率O。一些學(xué)者對(duì)不同土壤環(huán)境中電容式土壤水分傳感器的輸出與溫度、鹽分的關(guān)系進(jìn)行分析，Bobbie McMichael和Robert J.Lascano (2003)的研究表明ECH20水分傳感器對(duì)溫度比較敏感，需要對(duì)輸出進(jìn)行溫度校正；A. Verhoef等認(rèn)為土壤含水率Θ與溫度T有一定的相關(guān)性，但沒(méi)有得到普遍適用的溫度補(bǔ)償模型；Krishna S. Nemali等研究了 ECH20-10的特性并對(duì)其進(jìn)行溫度和電導(dǎo)率校正，但由于是在電導(dǎo)率較低的環(huán)境下進(jìn)行的，所以測(cè)量精度較低，更適合在溫室中操作。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是針對(duì)現(xiàn)有電容式土壤水分傳感器容易受到土壤環(huán)境因素的干擾，尤其是土壤溫度和電導(dǎo)率影響測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性，采用三個(gè)極板、待測(cè)土壤和電感器組成RLC振蕩電路的數(shù)學(xué)模型，提供一種同步實(shí)時(shí)溫度、電導(dǎo)率自補(bǔ)償測(cè)量土壤含水率的電容式傳感器。本實(shí)用新型的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)—種同步實(shí)時(shí)自補(bǔ)償測(cè)量土壤含水率的電容式傳感器，包括外殼，外殼內(nèi)設(shè)有單片機(jī)、信號(hào)源、電感器、RC充放電電路和時(shí)間電壓轉(zhuǎn)換電路，單片機(jī)分別連接信號(hào)源、時(shí)間電壓轉(zhuǎn)換電路、溫度傳感器和電導(dǎo)率傳感器，信號(hào)源連接電感器，電感器連接電容極板和Re充放電電路，Re充放電電路連接時(shí)間電壓轉(zhuǎn)換電路；外殼上表面外接有數(shù)據(jù)傳輸線，外殼下表面外接有空心圓桿，空心圓桿內(nèi)部設(shè)有與外殼下表面外接的信號(hào)導(dǎo)線，信號(hào)導(dǎo)線連接有溫度傳感器、電導(dǎo)率傳感器和與外殼下表面外接的若干電容極板。優(yōu)選的，所述信號(hào)導(dǎo)線與溫度傳感器和電導(dǎo)率傳感器采用無(wú)焊連接。[0009]優(yōu)選的，所述電容極板的數(shù)量為3個(gè)且以正三角形形狀排列。優(yōu)選的，所述電容極板采用PCB板。本實(shí)用新型的有益效果為該裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，可靠性高；有效克服了土壤溫度，電導(dǎo)率對(duì)現(xiàn)有土壤含水率傳感器的影響，對(duì)土壤含水率同步實(shí)時(shí)進(jìn)行溫度、電導(dǎo)率自補(bǔ)償測(cè)量；且成本低、精度高。

下面根據(jù)附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。圖I是本實(shí)用新型實(shí)施例所述的一種同步實(shí)時(shí)自補(bǔ)償測(cè)量土壤含水率的電容式傳感器內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是圖I所述電容式傳感器的外部結(jié)構(gòu)示意圖。圖中I、數(shù)據(jù)傳輸線；2、外殼；3、溫度傳感器；4、電導(dǎo)率傳感器；5、電容極板；6、空心圓桿；7、信號(hào)導(dǎo)線；8、單片機(jī)；9、信號(hào)源；10、RC充放電電路；11、時(shí)間電壓轉(zhuǎn)換電路；12、電感器。
具體實(shí)施方式
如圖1-2所示，本實(shí)用新型實(shí)施例所述的一種同步實(shí)時(shí)自補(bǔ)償測(cè)量土壤含水率的電容式傳感器，外殼2分別外接空心圓桿6及通過(guò)空心圓桿6的信號(hào)導(dǎo)線7，并將三個(gè)極板5成正三角形固定在外，其中信號(hào)導(dǎo)線7與溫度傳感器3，電導(dǎo)率傳感器4采用的是無(wú)焊連接。電容極板5采用耐腐蝕的PCB板，保證成正三角形排列，電容極板5與土壤充分接觸，感應(yīng)土壤的介電特性，土壤的介電特性的不同引起電容極板5上電荷量的變化。單片機(jī)8分別外接信號(hào)源9、時(shí)間電壓轉(zhuǎn)換電路11和位于空心圓桿6內(nèi)部的信號(hào)導(dǎo)線7，信號(hào)源9連接電感器12，再與電容極板5相連，為RC充放電電路10提供信號(hào)，當(dāng)測(cè)試電極幾何因數(shù)、電阻R、輸入電壓V為定值時(shí)，土壤介電常數(shù)ε的大小可由充電時(shí)間T長(zhǎng)短決定，再通過(guò)時(shí)間電壓轉(zhuǎn)換電路11得到輸出電壓U。通過(guò)同步實(shí)時(shí)測(cè)量土壤溫度和電導(dǎo)率對(duì)土壤含水率影響規(guī)律的研究，建立基于支持向量機(jī)的補(bǔ)償函數(shù)ψ (Τ，O )模型，對(duì)測(cè)得土壤含水率值進(jìn)行補(bǔ)償，最終得到輸出水分測(cè)試結(jié)果θ (Τ, O )。本實(shí)用新型不局限于上述最佳實(shí)施方式，并不能以此局限本實(shí)用新型，任何人在本實(shí)用新型的啟示下得出的其他各種形式的產(chǎn)品，不論在其形狀或結(jié)構(gòu)上作任何變化，凡是具有與本申請(qǐng)相同或相近似的技術(shù)方案，均落在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種同步實(shí)時(shí)自補(bǔ)償測(cè)量土壤含水率的電容式傳感器，包括外殼(2)，其特征在于所述外殼(2)內(nèi)設(shè)有單片機(jī)(8)、信號(hào)源(9)、電感器(12)、RC充放電電路(10)和時(shí)間電壓轉(zhuǎn)換電路(11)，所述單片機(jī)(8)分別連接信號(hào)源(9)、時(shí)間電壓轉(zhuǎn)換電路(11)、溫度傳感器(3)和電導(dǎo)率傳感器(4)，所述信號(hào)源(9)連接電感器(12)，電感器(12)連接電容極板(5)和RC充放電電路(10 )，RC充放電電路(10 )連接時(shí)間電壓轉(zhuǎn)換電路(11);溫度傳感器(3 )、電導(dǎo)率傳感器(4)和與外殼(2)下表面外接的若干電容極板(5)連接信號(hào)導(dǎo)線(7)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的同步實(shí)時(shí)自補(bǔ)償測(cè)量土壤含水率的電容式傳感器，其特征在于所述外殼(2)上表面外接有數(shù)據(jù)傳輸線(1)，外殼(2)下表面外接有空心圓桿(6),信號(hào)導(dǎo)線(7)置于空心圓桿(6)內(nèi)部。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的同步實(shí)時(shí)自補(bǔ)償測(cè)量土壤含水率的電容式傳感器，其特征在于所述信號(hào)導(dǎo)線(7)與溫度傳感器(3)和電導(dǎo)率傳感器(4)采用無(wú)焊連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的同步實(shí)時(shí)自補(bǔ)償測(cè)量土壤含水率的電容式傳感器，其特征在于所述電容極板(5)的數(shù)量為3個(gè)且以正三角形形狀排列。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的同步實(shí)時(shí)自補(bǔ)償測(cè)量土壤含水率的電容式傳感器，其特征在于所述電容極板(5)采用PCB板。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型涉及一種同步實(shí)時(shí)自補(bǔ)償測(cè)量土壤含水率的電容式傳感器，包括外殼，外殼內(nèi)設(shè)有單片機(jī)、信號(hào)源、電感器、RC充放電電路和時(shí)間電壓轉(zhuǎn)換電路，單片機(jī)分別連接信號(hào)源、時(shí)間電壓轉(zhuǎn)換電路、溫度傳感器和電導(dǎo)率傳感器，信號(hào)源連接電感器，電感器連接電容極板和RC充放電電路，RC充放電電路連接時(shí)間電壓轉(zhuǎn)換電路。本實(shí)用新型的有益效果為該裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，可靠性高；有效克服了土壤溫度，電導(dǎo)率對(duì)現(xiàn)有土壤含水率傳感器的影響，對(duì)土壤含水率同步實(shí)時(shí)進(jìn)行溫度、電導(dǎo)率自補(bǔ)償測(cè)量；且成本低、精度高。
文檔編號(hào)G01N27/22GK202676649SQ20122029884
公開(kāi)日2013年1月16日 申請(qǐng)日期2012年6月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月25日
發(fā)明者張磊 申請(qǐng)人:河南城建學(xué)院