[實用新型]傳感器感應元件

無效

• 申請號: 200820155480.9
• 申請日: 2008-11-18
• 公開（公告）號: CN201293768Y
• 公開（公告）日: 2009-08-19
• 發明（設計）人: 李海洲;李超
• 申請（專利權）人: 上海理工大學
• 主分類號: G01N27/22
• 分類號: G01N27/22
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司
• 代理人: 吳寶根

技術領域

本實用新型涉及一種傳感測量領域，特別涉及一種精準農業中生物質農田分布測量的傳感器感應元件。

背景技術

精準農業是世界農業發展的方向，由信息技術支持的、根據空間變異定位、定時、定量地實施一整套現代化農事操作技術與管理的系統。這套系統的技術基礎是各種傳感器的應用。相關的多種產量傳感器得到了發展，然而對于生物質的農田分布測量的傳感器的研究工作已經進行了十多年，由于開發難度較大，迄今沒有一個可實際工作的傳感器。

類似功能的傳感器的研究最早開始于1995年，使用的主要方法有兩種：機械接觸式和電容非接觸式。這些方法都是通過將設計好的傳感器集成在聯合收割機的收割頭上，在收割的過程中，對生物質的分布情況進行檢測，同時借助GPS信號，進行定位。然而機械式傳感系統具有兩個難以克服的缺點：1)定位過程中的誤判情況及其嚴重，接近10％的誤差2)接觸式的高維護成本，低壽命。同樣，非接觸式電容傳感器的設計缺陷主要是有效感應距離過短，小于5mm。同時由于農田的實際工況及其惡劣，嚴重制約了光電傳感器的應用；同時由于農業的特殊性，也限制一些先進但昂貴的技術手段的應用。因此，在目前實際應用中，由于農業惡劣的工作環境，農業對器件價格的敏感性，以及后期信號鏈處理等原因，使其他研究團隊的該類傳感器還停留在實驗室階段，無法轉化為生產力，也限制了農業效率的進一步提高。

發明內容

本實用新型是針對現在生物質的分布情況檢測所用傳感器誤差大、感應距離短的問題，提出了一種傳感器感應元件，具有高靈敏度，長感應距離的特點。

本實用新型的技術方案為：一種傳感器感應元件，由兩片金屬片附著在一片絕緣體上而形成的單面電容結構式傳感器，兩個金屬片為單面電容的兩電極，均為矩形結構，平行排列分布，兩電極之間保持固定的距離，在兩電極之間的絕緣板上涂覆有憎水材料，在兩電極的表面上有成矩陣排列的尖端突起。

所述兩電極的寬度為15-55毫米，兩極之間保持固定的距離為15-25毫米。

所述憎水材料選用石蠟憎水涂層。

所述尖端突起的高度為0.5毫米。

所述兩電極的表面上成矩陣排列的尖端突起和涂覆有憎水材料的絕緣板上方可有由雷達用的玻璃纖維構成的保護體。所述保護體的厚度為1毫米。

本實用新型的有益效果在于：本實用新型傳感器感應元件，通過有限元數學模擬電場能量密度的變化，該結構的10％電磁場變化線的有效發射射程為5cm，比現有結構的模擬結果遠15倍以上，靈敏度極高；通過和數據分析單元結合，進行實地測試，當作物濕度僅為8％的極度干燥情況下，依然可以達到92％的有效檢測度，分辨率極高；結構簡單，便于對誤差進行修正；易于加工制造，節省制造成本；可以應用到更廣泛的需要高速，高靈敏度的基于水分的檢測系統中。

附圖說明

圖1是本實用新型傳感器感應元件俯視圖；

圖2是本實用新型帶防護層的傳感器感應元件正視圖；

圖3是本實用新型傳感器感應元件不同電極寬度和電極間距傳感器敏感度的有限元模擬圖。

具體實施方式

本實用新型傳感器感應元件是一種基于電磁射電的電容式傳感器，它是由兩片金屬片附著在一片絕緣體上而形成的單面電容結構。兩個金屬片為單面電容的兩電極，均為矩形結構，平行排列分布，兩電極的寬度為15-55毫米，如果強調靈敏度，以40毫米為佳；如果強調識別率，以20毫米為佳。兩電極之間保持固定的距離，距離為15-25毫米，以17毫米為佳。在電極之間的絕緣板上涂覆憎水材料，可以提高傳感器的識別率。在電極上增加高度不低于0.05毫米的突起，可以有效的提高傳感單元的測試距離。

傳感器感應元件的單面電容結構如圖1俯視圖與圖2正視圖所示。傳感器具有兩個金屬電極7與4，附著在一塊絕緣材料5上，這兩個電極為矩形，并且平行排列，兩電極之間保持一定的間隔。本例實施的構架通過有限元模擬以及與實際實驗比照，結果如圖3所示為不同電極寬度和不同電極間距下，傳感器敏感度的有限元模擬圖，得到較為優化的結果為一個電極7的寬度為20毫米，另一電極4的寬度為40毫米，兩電極之間的間隔區域寬度為17毫米，這樣既保證了分辨率，又保證了靈敏性。該設計可以通過直接加工印刷電路板來獲取，當然也可以通過直接在絕緣板上進行涂覆導電鍍層進行。在兩個電極之間間隔區域涂覆憎水材料2，本例中選用的是涂覆石蠟層。整個傳感單元的長度為50毫米，在傳感器的一端接線1、3，用于探測電容的屬性。探測電容屬性所采用的射頻頻率在本例中為245KHz。本例特意在電容的表面增加了成矩陣排列的尖端突起6，高度為0.5毫米，這種突起可以更好的將表面電磁場發射到更遠的空間中去，提高感應靈敏度和感應距離。為了保護電極上的突起和石蠟憎水涂層，一個由雷達用的玻璃纖維構成的厚度為一毫米的保護體8被用來保護感應結構，保證電磁信號衰減率低于1％。