專利名稱：一種同步實時自補償測量土壤含水率的電容式傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于傳感器領(lǐng)域，尤其涉及一種同步實時自補償測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評估和選擇農(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、土壤壓實度和微生物活動的參數(shù)中，土壤水分含量有著重要的關(guān)聯(lián)作用，因此，水含量測試對農(nóng)學(xué)研究活動來說是普遍且必須的。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，因為可以直接在土壤灌溉表上給定，所以這種方法對研究和水·資源管理很有用處。目前，根據(jù)電磁測量基本原理設(shè)計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量土壤水含量，同時能在同一地點反復(fù)測量且不會破壞土壤結(jié)構(gòu)，價格便宜、能耗低、操作方便。同時，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)系進行分析，Bobbie McMichael和Robert J.Lascano (2003)的研究表明ECH20水分傳感器對溫度比較敏感，需要對輸出進行溫度校正；A. Verhoef等認(rèn)為土壤含水率Θ與溫度T有一定的相關(guān)性，但沒有得到普遍適用的溫度補償模型；Krishna S. Nemali等研究了 ECH20-10的特性并對其進行溫度和電導(dǎo)率校正，但由于是在電導(dǎo)率較低的環(huán)境下進行的，所以測量精度較低，更適合在溫室中操作。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的是針對現(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)率影響測量結(jié)果的準(zhǔn)確性，采用三個極板、待測土壤和電感器組成RLC振蕩電路的數(shù)學(xué)模型，提供一種同步實時溫度、電導(dǎo)率自補償測量土壤含水率的電容式傳感器。本實用新型的目的是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)—種同步實時自補償測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、信號源、電感器、RC充放電電路和時間電壓轉(zhuǎn)換電路，單片機分別連接信號源、時間電壓轉(zhuǎn)換電路、溫度傳感器和電導(dǎo)率傳感器，信號源連接電感器，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導(dǎo)線，信號導(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，所述信號導(dǎo)線與溫度傳感器和電導(dǎo)率傳感器采用無焊連接。[0009]優(yōu)選的，所述電容極板的數(shù)量為3個且以正三角形形狀排列。優(yōu)選的，所述電容極板采用PCB板。本實用新型的有益效果為該裝置結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，可靠性高；有效克服了土壤溫度，電導(dǎo)率對現(xiàn)有土壤含水率傳感器的影響，對土壤含水率同步實時進行溫度、電導(dǎo)率自補償測量；且成本低、精度高。

下面根據(jù)附圖對本實用新型作進一步詳細(xì)說明。圖I是本實用新型實施例所述的一種同步實時自補償測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、信號導(dǎo)線；8、單片機；9、信號源；10、RC充放電電路；11、時間電壓轉(zhuǎn)換電路；12、電感器。
具體實施方式
如圖1-2所示，本實用新型實施例所述的一種同步實時自補償測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及通過空心圓桿6的信號導(dǎo)線7，并將三個極板5成正三角形固定在外，其中信號導(dǎo)線7與溫度傳感器3，電導(dǎo)率傳感器4采用的是無焊連接。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8分別外接信號源9、時間電壓轉(zhuǎn)換電路11和位于空心圓桿6內(nèi)部的信號導(dǎo)線7，信號源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，當(dāng)測試電極幾何因數(shù)、電阻R、輸入電壓V為定值時，土壤介電常數(shù)ε的大小可由充電時間T長短決定，再通過時間電壓轉(zhuǎn)換電路11得到輸出電壓U。通過同步實時測量土壤溫度和電導(dǎo)率對土壤含水率影響規(guī)律的研究，建立基于支持向量機的補償函數(shù)ψ (Τ，O )模型，對測得土壤含水率值進行補償，最終得到輸出水分測試結(jié)果θ (Τ, O )。本實用新型不局限于上述最佳實施方式，并不能以此局限本實用新型，任何人在本實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，凡是具有與本申請相同或相近似的技術(shù)方案，均落在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種同步實時自補償測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(8)、信號源(9)、電感器(12)、RC充放電電路(10)和時間電壓轉(zhuǎn)換電路(11)，所述單片機(8)分別連接信號源(9)、時間電壓轉(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)連接信號導(dǎo)線(7)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的同步實時自補償測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所述的同步實時自補償測量土壤含水率的電容式傳感器，其特征在于所述信號導(dǎo)線(7)與溫度傳感器(3)和電導(dǎo)率傳感器(4)采用無焊連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的同步實時自補償測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所述的同步實時自補償測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。
專利摘要本實用新型涉及一種同步實時自補償測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、信號源、電感器、RC充放電電路和時間電壓轉(zhuǎn)換電路，單片機分別連接信號源、時間電壓轉(zhuǎn)換電路、溫度傳感器和電導(dǎo)率傳感器，信號源連接電感器，電感器連接電容極板和RC充放電電路，RC充放電電路連接時間電壓轉(zhuǎn)換電路。本實用新型的有益效果為該裝置結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，可靠性高；有效克服了土壤溫度，電導(dǎo)率對現(xiàn)有土壤含水率傳感器的影響，對土壤含水率同步實時進行溫度、電導(dǎo)率自補償測量；且成本低、精度高。
文檔編號G01N27/22GK202676649SQ20122029884
公開日2013年1月16日 申請日期2012年6月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月25日
發(fā)明者張磊 申請人:河南城建學(xué)院