[發(fā)明專利]一種土壤水分傳感器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200810028491.5
• 申請日: 2008-06-03
• 公開（公告）號: CN101281152A
• 公開（公告）日: 2008-10-08
• 發(fā)明（設計）人: 羅錫文;胡均萬;阮歡;李就好
• 申請（專利權）人: 華南農(nóng)業(yè)大學
• 主分類號: G01N27/00
• 分類號: G01N27/00;G01N33/24
• 代理公司: 廣州粵高專利代理有限公司
• 代理人: 林麗明

技術領域

本發(fā)明涉及農(nóng)田信息采集領域，尤其涉及一種土壤水分傳感器。

背景技術

在精細農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，精準灌溉要求長期監(jiān)測和及時獲取田間的土壤水分空間分布信息，這就需要在田間安裝土壤水分測試裝置。

目前成熟的土壤含水率檢測方法有TDR(時域反射法)、FDR(頻域反射法)和SWR(駐波率法)，其中TDR和FDR是國外的專利技術，測量精度比較高，但是由于處理電路復雜導致成本極高，一臺TDR高達數(shù)萬美元，一臺FDR高達數(shù)千美元；SWR土壤含水率傳感器采用了精密信號源通過測量駐波率的方法可使成本降低到600元人民幣。由于每畝水稻每年的平均收益不到300元，所以TDR和FDR不可能在田間推廣應用，即使成本最低的SWR也難以在田間推廣。

中國專利號CN2422643公開一種新型土壤水分測量傳感器，該實用新型使用高頻振蕩器產(chǎn)生高頻信號激勵中心探頭及與同軸電纜傳輸線的屏蔽層相連接的外圍探頭，再通過檢波電路來測量土壤水分。CN1719245公開了一種同步實時測量土壤水分與電導率的方法及傳感器，該發(fā)明專利是一種基于介電理論和頻域方法的同時測量土壤水分與電導率的方法及傳感器。采用多頻率導納分解法直接測量探頭的導納，進而分解探頭導納的實部與虛部，通過探頭導納實部與介電損耗的關系得出介質(zhì)電導率，探頭導納虛部與介電常數(shù)的關系得出介質(zhì)含水率。CN2854589公開了一種基于邊緣效應以電容法測量水分含量的一種土壤水分測量傳感器。與以往的土壤水分傳感器比，可以有效地測量不同深度土壤的水分含量。CN2641646公開了一種基于介電方法的土壤含水率檢測裝置，消除了因為振蕩幅度和輸出電阻的不一致而造成的測量誤差，性能比較穩(wěn)定。CN1619301公開了一種介電頻差式土壤水分傳感器，包括土壤電極、振蕩電路、放大整形電路、多級分頻電路、低通濾波電路和光電隔離電路組成，輸出與土壤水分有關的頻率信號。

上述專利技術大都使用了高頻率震蕩和信號處理電路輸出與種于土壤水分相關的電壓或頻率，要得到土壤水分的數(shù)字信號，還必須增加ADC采集電路或頻率測量電路，由于硬件電路比較復雜，成本難以降低。

CN101017133公開了一種基于紅外輻射的土壤水分測量儀，主要由紅外發(fā)射電路、光探測器、紅光發(fā)射電路和放置在光探測器和土壤樣品盒中間聚光系統(tǒng)組成，利用一定波長近紅外線照射被測物體時不同水分對其吸收程度不同的原理制成的。CN200968934公開了一種名稱為一種基于光纖表面等離子共振的土壤水分傳感器，由不銹鋼濾帽，水分敏感膜，Au膜，半球型棱鏡，光纖和水分傳感器探頭組成，從光纖反射的光譜信息中獲得土壤水分的含量。由于采用了純光學的方法，從而減小了土壤類型和土壤顆粒大小對測量結(jié)果的影響，提高了水分測試的靈敏度和精確度，但是復雜的光學系統(tǒng)和及其配套的信號處理電路難以降低成本。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術的缺點，本發(fā)明的目的是提供一種測量精準、結(jié)構(gòu)簡單且成本較低的土壤水分傳感器。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術方案為：一種土壤水分傳感器，其包括外殼、設置于外殼底部的土壤含水率探針、及設于外殼內(nèi)部的檢測電路，該檢測電路向土壤含水率探針發(fā)出脈沖方波激勵信號并接收其兩端充電電壓的峰值信號。

檢測電路包括處理器、電容C1及檢波電路，處理器分別通過電容C1及檢波電路與土壤含水率探針的觸發(fā)端連接，并通過處理器上的通訊口與外部的通訊裝置連接，土壤含水率探針的接地端接地；檢波電路包括檢波二極管D2及濾波電容C2，檢波二極管D2的正極與土壤含水率探針的觸發(fā)端連接，負極通過濾波電容C2接地。

處理器包括以下功能模塊：

定時器，用于對土壤含水率探針發(fā)出脈沖方波激勵信號；

數(shù)模轉(zhuǎn)換器，用于將檢波電路輸出的土壤含水率探針兩端的充電電壓的峰值轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號；

計算模塊，根據(jù)試驗標定的公式自動計算出土壤的含水率；

通訊模塊，將計算所得出的土壤含水率數(shù)據(jù)信息發(fā)送至外部的通訊裝置。

土壤含水率探針觸發(fā)端與接地端平行間隔設置；外殼為圓柱型或方柱型。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明采用土壤含水率探針來測量土壤的含水率，并利用處理器產(chǎn)生的脈沖方波信號作為探針的激勵信號，檢波電路用于測量探針的充電電壓峰值，利用處理器將模擬電壓轉(zhuǎn)換為數(shù)字電壓，并計算出土壤的含水率。該結(jié)構(gòu)用處理器產(chǎn)生脈沖信號的方法來代替復雜的高頻震蕩電路，只需一組探針及檢測電路即可采集到土壤的水分測量信號，結(jié)構(gòu)簡單且使用方便，同時也大大降低了制作成本。

附圖說明