專利名稱：電磁波土壤水分速測(cè)儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及測(cè)量工具，確切的說是一種電磁波土壤水分速測(cè)儀。
目前時(shí)域反射儀(TDR)是一種新型的土壤水分測(cè)試儀器，它具有使用簡(jiǎn)便，測(cè)定速度較快，無放射性和適用于長(zhǎng)期定位觀測(cè)、自動(dòng)、連續(xù)監(jiān)測(cè)等優(yōu)點(diǎn)；但對(duì)于不同種土壤測(cè)量的準(zhǔn)確率差異較大，正負(fù)達(dá)6.2個(gè)水分，只適用于在電導(dǎo)率低的粗質(zhì)、輕質(zhì)土壤應(yīng)用，不適用于有機(jī)質(zhì)土壤和重粘土，且該儀器售價(jià)昂貴，難以推廣。就目前土壤水分測(cè)量?jī)x的新穎性檢索，再未發(fā)現(xiàn)更精密和先進(jìn)的儀器。
本實(shí)用新型的發(fā)明目的在于提供一種測(cè)量精度高、適用范圍廣、造價(jià)低的電磁波土壤水分速測(cè)儀。
本實(shí)用新型的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的電磁波土壤水分速測(cè)儀的結(jié)構(gòu)包括殼體、液晶顯示器、按鈕、開關(guān)、三角架、探頭、電路板；其電路板上控制電路包括電源電路、開關(guān)電路、振蕩電路、頻壓變換器f/v、放大器組、轉(zhuǎn)換器A/D、CPU系統(tǒng)、液晶顯示器、探頭；電源電路由三個(gè)三端塊12、13、14組成，電源的負(fù)極與三端塊12、13的片角1相連，電源的正極分別與三端塊12的片角2及三端塊14的片角2相聯(lián)，結(jié)點(diǎn)a’作為電壓V1的輸出端口，三端塊12的片角3及三端塊13和三端塊14的片角2相聯(lián)并接地，三端塊13的片角3作為電壓V2的輸出端口b’，三端塊14的片角2作為電壓V3的輸出端口c’；振蕩電路由振蕩器MC1648、線圈L、變?nèi)荻O管D1、D2、電容C1、C2、模擬開關(guān)CC4051組成，振蕩器MC1648的片角1、14與端口c’相聯(lián)，線圈L和負(fù)極對(duì)接的變?nèi)荻O管D1、D2并聯(lián)后接到振蕩器MC1648的片角12及10上，振蕩器1648的片角12、10還分別通過變?nèi)荻O管D1、D2與探頭J1及J2相聯(lián)，模擬開關(guān)CC4051的片角3與對(duì)接變?nèi)荻O管D1及D2的負(fù)極相聯(lián)，電阻R1、R2及R3串聯(lián)起來一端接地，且與模擬開關(guān)CC4051的片角6、7、8、13相聯(lián)，另一端接模擬開關(guān)CC4051的片角16且與端口c’相聯(lián)，電阻R1與R2的接點(diǎn)接在模擬開關(guān)CC4051的片角4上，電阻R2與R3的接點(diǎn)聯(lián)在模擬開關(guān)CC4051的片角2上。振蕩器MC1648的片角3與頻壓變換器f/v的信號(hào)輸入端相接，開關(guān)電路包括模擬開關(guān)CC4066、電阻Ro與電容Co，模擬開關(guān)CC4066的片角14及1接端口c’，片角2接探頭J1，片角3接探頭J2，電阻Ro與電容Co并聯(lián)起來一個(gè)端點(diǎn)接地，另一端點(diǎn)與模擬開關(guān)CC4066的片角4相接。放大器組是由兩個(gè)直流放大器β1、β2組成，直流放大器β1的輸入端與頻壓變換器f/v的輸出端相接，而其輸出端接入模數(shù)轉(zhuǎn)換器A/D中，直流放大器β2的輸入端與模擬開關(guān)CC4066的片角4相接，輸出端接入模數(shù)轉(zhuǎn)換器A/D中。CPU系統(tǒng)其輸出端口1/0的八個(gè)片角分別接模數(shù)轉(zhuǎn)換A/D的三個(gè)控制片角，接模擬開關(guān)CC4066的片角13和5，接模擬開關(guān)CC4051的片角9、10、11，CPU的端口1/0還有二個(gè)片角分別通過開關(guān)K1、K2接端口c’，CPU的端口1/0還接液晶顯示器P。
本實(shí)用新型是根據(jù)電介質(zhì)物理學(xué)原理，土壤的復(fù)介電常數(shù)不但和它們的體積比及土壤的化學(xué)成份有關(guān)，而且還與它們的電導(dǎo)率以及體積分布均勻程度有關(guān)。因此測(cè)出土壤的電導(dǎo)率，測(cè)出土壤三個(gè)頻率的復(fù)介電常數(shù)，即可得出土壤的含水率。
首先測(cè)土壤復(fù)介電常數(shù)，儀器通電后，振蕩器MC1648開始振蕩，當(dāng)按下儀器的二個(gè)工作按鈕后，即開關(guān)K1、K2接通，CPU系統(tǒng)的1/0口線首先給模擬開關(guān)CC4051的片角9、11加上電壓，此時(shí)模擬開關(guān)CC4051的片角6的通道接通，并從片角3輸出一個(gè)與片角6上所加電壓成正比的直流電壓，此電壓加在反接著的變?nèi)荻O管D1、D2上，由于所加電壓為零，故變?nèi)荻O管D1、D2結(jié)點(diǎn)電容最大，振蕩器MC1648的振蕩頻率最低；相隔約1秒鐘CPU系統(tǒng)的1/0口線給模擬開關(guān)CC4051的片角10、11加上電壓，此時(shí)模擬開關(guān)CC4051的片角3輸出一個(gè)與片角2上所加電壓成正比的電壓，此電壓使振蕩器MC1648的振蕩頻率較前者提高約1兆；再相隔約1秒鐘，CPU系統(tǒng)的1/0口線給模擬開關(guān)CC4051的片角9、10、11都加上電壓，此時(shí)片角3所輸出電壓與片角4上的電壓成正比，振蕩器MC1648的振蕩頻率又提高約1兆；振蕩器MC1648的上述三個(gè)不同頻率的信號(hào)分時(shí)送入煩壓變換器F/V的輸入端，頻壓變換器F/V將分時(shí)輸出三個(gè)直流電壓。由于探頭J1、J2是接在振蕩器MC1648的選頻網(wǎng)絡(luò)里的，因此兩個(gè)探頭間的土壤復(fù)介電常數(shù)將改變振蕩器MC1648的振蕩頻率，使其輸出的三個(gè)頻率的信號(hào)的頻率都隨土壤的復(fù)介電常數(shù)而改變。頻壓變換器F/V輸出的直流電壓再經(jīng)放大器β1放大后送到模數(shù)轉(zhuǎn)換器A/D上，將模擬量轉(zhuǎn)換成的數(shù)字量送到CPU系統(tǒng)的數(shù)據(jù)總線上，最后將數(shù)據(jù)送到液晶顯示屏P顯示出來。
第二步測(cè)土壤電導(dǎo)率，測(cè)完土壤復(fù)介電常數(shù)后，CPU系統(tǒng)的1/0口線又給模擬開關(guān)CC4066的片角5、13同時(shí)加上電壓，片角1與2、3與4之間的通道同時(shí)接通，這樣端口c’的將電壓通過電阻R加在探頭J1、J2上(即加在土壤上)，電阻Ro是一個(gè)分壓電阻，其分解的電壓與土壤電導(dǎo)率成反比，將其分解的電壓送到放大器β2上，放大后再送給模數(shù)轉(zhuǎn)換器A/D進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的此數(shù)字量送到CPU系統(tǒng)的數(shù)據(jù)總線上，再送給液晶顯示器P顯示出來。
最后顯示器P顯示出土壤含水量。
本實(shí)用新型具有簡(jiǎn)便、自動(dòng)、快速等TDR儀器所具備的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)測(cè)量精度高，可達(dá)正負(fù)3個(gè)水分，適用范圍廣，造價(jià)低廉，適于推廣。


圖1為電磁波土壤水分速測(cè)儀的結(jié)構(gòu)示意圖；1為殼體，2為液晶顯示器，3為按鈕，4為開關(guān)，5為三角架，6為探頭，7為電路板；圖2為電磁波土壤水分速測(cè)儀的電路框圖；圖3為電磁波土壤水分速測(cè)儀的電源電路的電路圖；圖4為電磁波土壤水分速測(cè)儀的電路圖。
以下結(jié)合附圖詳細(xì)說明本實(shí)用新型的實(shí)施例。
如圖1所示，電磁波土壤水分速測(cè)儀的結(jié)構(gòu)包括殼體1、液晶顯示器2、按鈕3、開關(guān)4、三角架5、探頭6、電路板7。
如圖2所示，其電路板7上控制電路包括電源電路8、開關(guān)電路9、振蕩電路10、頻壓變換器f/v、放大器組11、模數(shù)轉(zhuǎn)換器A/D、CPU系統(tǒng)、液晶顯示器P、探頭；如圖3所示，電源電路8由三個(gè)三端塊12、13、14組成，電源的負(fù)極與三端塊12、13的片角1相連，電源的正極分別與三端塊12的片角2及三端塊14的片角2相聯(lián)，結(jié)點(diǎn)a’作為電壓V1的輸出端口，三端塊12的片角3及三端塊13和三端塊14的片角2相聯(lián)并接地，三端塊13的片角3作為電壓V2的輸出端口b’，三端塊14的片角2作為電壓V3的輸出端口c’。
如圖4所示，振蕩電路10由振蕩器MC1648、線圈L、變?nèi)荻O管D1、D2、電容C1、C2、模擬開關(guān)CC4051組成，振蕩器MC1648的片角1、14與端口c’相聯(lián)，線圈L和負(fù)極對(duì)接的變?nèi)荻O管D1、D2并聯(lián)后接到振蕩器MC1648的片角12及10上，振蕩器1648的片角12、10還分別通過變?nèi)荻O管D1、D2與探頭J1及J2相聯(lián)，模擬開關(guān)CC4051的片角3與對(duì)接變?nèi)荻O管D1及D2的負(fù)極相聯(lián)，電阻R1、R2及R3串聯(lián)起來一端接地，且與模擬開關(guān)CC4051的片角6、7、8、13相聯(lián)，另一端接模擬開關(guān)CC4051的片角16且與端口c’相聯(lián)，電阻R1與R2的接點(diǎn)接在模擬開關(guān)CC4051的片角4上，電阻R2與R3的接點(diǎn)聯(lián)在模擬開關(guān)CC4051的片角2上。振蕩器MC1648的片角3與頻壓變換器f/v的信號(hào)輸入端相接，開關(guān)電路9包括模擬開關(guān)CC4066、電阻Ro與電容Co，模擬開關(guān)CC4066的片角14及1接端口c’，片角2接探頭J1，片角3接探頭J2，電阻Ro與電容Co并聯(lián)起來一個(gè)端點(diǎn)接地，另一端點(diǎn)與模擬開關(guān)CC4066的片角4相接。放大器組11是由兩個(gè)直流放大器β1、β2組成，直流放大器β1的輸入端與頻壓變換器f/v的輸出端相接，而其輸出端接入模數(shù)轉(zhuǎn)換器A/D中，直流放大器β2的輸入端與模擬開關(guān)CC4066的片角4相接，輸出端接入模數(shù)轉(zhuǎn)換器A/D中。CPU系統(tǒng)其輸出端口1/0的八個(gè)片角分別接模數(shù)轉(zhuǎn)換A/D的三個(gè)控制片角，接模擬開關(guān)CC4066的片角13和5，接模擬開關(guān)CC4051的片角9、10、11，CPU的端口1/0還有二個(gè)片角分別通過開關(guān)K1、K2接端口c’，CPU的端口1/0還接液晶顯示器P。
本實(shí)用新型是根據(jù)電介質(zhì)物理學(xué)原理，土壤的復(fù)介電常數(shù)不但和它們的體積比及土壤的化學(xué)成份有關(guān)，而且還與它們的電導(dǎo)率以及體積分布均勻程度有關(guān)。因此測(cè)出土壤的電導(dǎo)率，測(cè)出土壤三個(gè)頻率的復(fù)介電常數(shù)，即可得出土壤的含水率。
首先測(cè)土壤復(fù)介電常數(shù)，儀器通電后，振蕩器MC1648開始振蕩，當(dāng)按下儀器的二個(gè)工作按鈕后，即開關(guān)K1、K2接通，CPU系統(tǒng)的1/0口線首先給模擬開關(guān)CC4051的片角9、11加上電壓，此時(shí)模擬開關(guān)CC4051的片角6的通道接通，并從片角3輸出一個(gè)與片角6上所加電壓成正比的直流電壓，此電壓加在反接著的變?nèi)荻O管D1、D2上，由于所加電壓為零，故變?nèi)荻O管D1、D2結(jié)點(diǎn)電容最大，振蕩器MC1648的振蕩頻率最低；相隔約1秒鐘CPU系統(tǒng)的1/0口線給模擬開關(guān)CC4051的片角10、11加上電壓，此時(shí)模擬開關(guān)CC4051的片角3輸出一個(gè)與片角2上所加電壓成正比的電壓，此電壓使振蕩器MC1648的振蕩頻率較前者提高約1兆；再相隔約1秒鐘，CPU系統(tǒng)的1/0口線給模擬開關(guān)CC4051的片角9、10、11都加上電壓，此時(shí)片角3所輸出電壓與片角4上的電壓成正比，振蕩器MC1648的振蕩頻率又提高約1兆；振蕩器MC1648的上述三個(gè)不同頻率的信號(hào)分時(shí)送入頻壓變換器F/V的輸入端，頻壓變換器F/V將分時(shí)輸出三個(gè)直流電壓。由于探頭J1、J2是接在振蕩器MC1648的選頻網(wǎng)絡(luò)里的，因此兩個(gè)探頭間的土壤復(fù)介電常數(shù)將改變振蕩器MC1648的振蕩頻率，使其輸出的三個(gè)頻率的信號(hào)的頻率都隨土壤的復(fù)介電常數(shù)而改變。頻壓變換器F/V輸出的直流電壓再經(jīng)放大器β1放大后送到模數(shù)轉(zhuǎn)換器A/D上，將模擬量轉(zhuǎn)換成的數(shù)字量送到CPU系統(tǒng)的數(shù)據(jù)總線上，最后將數(shù)據(jù)送到液晶顯示屏P顯示出來。
第二步測(cè)土壤電導(dǎo)率，測(cè)完土壤復(fù)介電常數(shù)后，CPU系統(tǒng)的1/0口線又給模擬開關(guān)CC4066的片角5、13同時(shí)加上電壓，片角1與2、3與4之間的通道同時(shí)接通，這樣端口c’的將電壓通過電阻R加在探頭J1、J2上(即加在土壤上)，電阻Ro是一個(gè)分壓電阻，其分解的電壓與土壤電導(dǎo)率成反比，將其分解的電壓送到放大器β2上，放大后再送給模數(shù)轉(zhuǎn)換器A/D進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的此數(shù)字量送到CPU系統(tǒng)的數(shù)據(jù)總線上，再送給液晶顯示器P顯示出來。
最后顯示器P顯示出土壤含水量。
權(quán)利要求1.電磁波土壤水分速測(cè)儀，結(jié)構(gòu)包括殼體(1)、液晶顯示器(2)、按鈕(3)、開關(guān)(4)、三角架(5)、探頭(6)、電路板(7)；其特征在于電路板(7)上的控制電路包括電源電路(8)、開關(guān)電路(9)、振蕩電路(10)、頻壓變換器f/v、放大器組(11)、模數(shù)轉(zhuǎn)換器A/D、CPU系統(tǒng)、液晶顯示器P、探頭；電源電路(8)由三個(gè)三端塊(12)、(13)、(14)組成，電源的負(fù)極與三端塊(12)、(13)的片角1相連，電源的正極分別與三端塊(12)的片角2及三端塊(14)的片角2相聯(lián)，結(jié)點(diǎn)a’作為電壓V1的輸出端口，三端塊(12)的片角3及三端塊(13)和三端塊(14)的片角2相聯(lián)并接地，三端塊(13)的片角3作為電壓V2的輸出端口b’，三端塊(14)的片角2作為電壓V3的輸出端口c’；振蕩電路(10)由振蕩器MC1648、線圈L、變?nèi)荻O管D1、D2、電容C1、C2、模擬開關(guān)CC4051組成，振蕩器MC1648的片角1、14與端口c’相聯(lián)，線圈L和負(fù)極對(duì)接的變?nèi)荻O管D1、D2并聯(lián)后接到振蕩器MC1648的片角12及10上，振蕩器1648的片角12、10還分別通過變?nèi)荻O管D1、D2與探頭J1及J2相聯(lián)，模擬開關(guān)CC4051的片角3與對(duì)接變?nèi)荻O管D1及D2的負(fù)極相聯(lián)，電阻R1、R2及R3串聯(lián)起來一端接地，且與模擬開關(guān)CC4051的片角6、7、8、13相聯(lián)，另一端接模擬開關(guān)CC4051的片角16且與端口c’相聯(lián)，電阻R1與R2的接點(diǎn)接在模擬開關(guān)CC4051的片角4上，電阻R2與R3的接點(diǎn)聯(lián)在模擬開關(guān)CC4051的片角2上；振蕩器MC1648的片角3與頻壓變換器f/v的信號(hào)輸入端相接；開關(guān)電路(9)包括模擬開關(guān)CC4066、電阻R與電容C，模擬開關(guān)CC4066的片角14及1接端口c’，片角2接探頭J1，片角3接探頭J2，電阻Ro與電容Co并聯(lián)起來一個(gè)端點(diǎn)接地，另一端點(diǎn)與模擬開關(guān)CC4066的片角4相接；放大器組(11)是由兩個(gè)直流放大器β1、β2組成，直流放大器β1的輸入端與頻壓變換器f/v的輸出端相接，而其輸出端接入模數(shù)轉(zhuǎn)換器A/D中，直流放大器β2的輸入端與模擬開關(guān)CC4066的片角4相接，輸出端接入模數(shù)轉(zhuǎn)換器A/D中；CPU系統(tǒng)其輸出端口1/0的八個(gè)片角分別接模數(shù)轉(zhuǎn)換A/D的三個(gè)控制片角，接模擬開關(guān)CC4066的片角13和5，接模擬開關(guān)CC4051的片角9、10、11，CPU的端口1/0還有二個(gè)片角分別通過開關(guān)K1、K2接端口c’，CPU的端口1/0還接液晶顯示器P。
專利摘要電磁波土壤水分速測(cè)儀,根據(jù)電介質(zhì)物理學(xué)原理:土壤的復(fù)介電常數(shù)不但和它們的體積比及土壤的化學(xué)成份有關(guān),而且還與它們的電導(dǎo)率以及體積分布均勻成度有關(guān),因此測(cè)出土壤的電導(dǎo)率,測(cè)出土壤三個(gè)頻率的復(fù)介電常數(shù),即可得出土壤的含水率。實(shí)用新型的控制電路包括電源電路、開關(guān)電路、振蕩電路、頻壓變換器、放大器組、轉(zhuǎn)換器、CPU系統(tǒng)、液晶顯示器、探頭。本實(shí)用新型具有簡(jiǎn)便、自動(dòng)、快速等TDR儀器所具備的優(yōu)點(diǎn),同時(shí)測(cè)量精度高,可達(dá)正負(fù)3個(gè)水分,適用范圍廣,造價(jià)低廉,適于推廣。
文檔編號(hào)G01N27/00GK2390203SQ9924333
公開日2000年8月2日 申請(qǐng)日期1999年9月22日 優(yōu)先權(quán)日1999年9月22日
發(fā)明者隋吉東, 隋東, 沈勇, 包麗影, 張林泉, 梁英 申請(qǐng)人:黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)