[發(fā)明專利]通過(guò)檢測(cè)最小駐波測(cè)土壤含水量的儀器及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210048200.5
• 申請(qǐng)日: 2012-02-29
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102590233A
• 公開(kāi)（公告）日: 2012-07-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 朱周洪;陳渝陽(yáng);陳華才
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江托普儀器有限公司
• 主分類號(hào): G01N23/00
• 分類號(hào): G01N23/00;G01N23/20
• 代理公司: 杭州浙科專利事務(wù)所 33213
• 代理人: 吳秉中

1.通過(guò)檢測(cè)最小駐波測(cè)土壤含水量的儀器，其特征在于，包括：

掃頻信號(hào)源，用來(lái)產(chǎn)生20-200MHz連續(xù)頻率正弦高頻信號(hào)；

高頻放大電路，用來(lái)放大掃頻信號(hào)源輸出的高頻信號(hào)；

阻抗匹配電路，實(shí)現(xiàn)與探針的阻抗匹配；

峰值檢測(cè)電路，連接阻抗匹配電路和探針，用來(lái)檢測(cè)入射波與探針?lè)瓷洳ǜ缮婧铣神v波信號(hào)的大小；

微控制器，接收峰值檢測(cè)電路的檢測(cè)信號(hào)，產(chǎn)生控制信號(hào)作用于掃頻信號(hào)源，使掃頻信號(hào)源產(chǎn)生不同頻率的高頻信號(hào)輸出；

探針，與阻抗匹配電路連接，插入土壤，提供信號(hào)傳播路徑。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的通過(guò)檢測(cè)最小駐波測(cè)土壤含水量的儀器，其特征在于所述的掃頻信號(hào)源采用直接數(shù)字合成頻率技術(shù)DDS來(lái)實(shí)現(xiàn)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的通過(guò)檢測(cè)最小駐波測(cè)土壤含水量的儀器，其特征在于所述的探針采用長(zhǎng)度為20-40厘米，間距1-5厘米的多針平行結(jié)構(gòu)。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的通過(guò)檢測(cè)最小駐波測(cè)土壤含水量的儀器，其特征在于所述的探針采用3針平行結(jié)構(gòu)，探針間距20mm，直徑5mm，長(zhǎng)度300mm，材料為304不銹鋼，其直接焊接在PCB板上。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的儀器測(cè)土壤含水量的方法，其特征在于包括以下步驟：

1）掃頻信號(hào)源產(chǎn)生從20-200MHz頻率連續(xù)變化的正弦波信號(hào)，輸送至高頻放大電路；

2）高頻放大電路將信號(hào)放大并將信號(hào)輸送至阻抗匹配電路，阻抗匹配電路連接探針實(shí)現(xiàn)阻抗匹配與信號(hào)輸出，且連接峰值檢測(cè)電路；

3）峰值檢測(cè)電路檢測(cè)入射波與探針?lè)瓷洳ǜ缮婧铣神v波信號(hào)的大小，并記下該信號(hào)為最小時(shí)掃頻信號(hào)源的頻率；

4）根據(jù)電磁波傳輸線理論，此時(shí)信號(hào)的波長(zhǎng)????????????????????????????????????????????????為探針長(zhǎng)度的4倍，再根據(jù)步驟3）測(cè)出的信號(hào)頻率，可得信號(hào)在探針上傳播的時(shí)間，由信號(hào)在介電常數(shù)為的介質(zhì)中傳播速度得出介電常數(shù)，其中為土壤的介電常數(shù)，c為光速，為信號(hào)在探針上傳播的時(shí)間，為探針長(zhǎng)度，計(jì)算出土壤的介電常數(shù)，由于單位體積土壤的含水量與介電常數(shù)正相關(guān)，通過(guò)定標(biāo)，即可測(cè)出單位體積土壤的含水量。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的儀器測(cè)土壤含水量的方法，其特征在于步驟4）中所述信號(hào)在探針上傳播時(shí)間的計(jì)算方法如下：

設(shè)探針長(zhǎng)為，探針兩端點(diǎn)為A、B，兩探針末端之間阻抗為Z，同一探針兩端之間的阻抗為Z0；

把A點(diǎn)當(dāng)做信號(hào)入射點(diǎn)，B點(diǎn)為信號(hào)末端反射點(diǎn)，信號(hào)相位為0，且A點(diǎn)入射信號(hào)大小為：

?????????????式1

則信號(hào)傳播到B點(diǎn)的大小為：?

?式2

A為信號(hào)振幅，為信號(hào)波長(zhǎng)，L為探針長(zhǎng)度；

信號(hào)傳播到B點(diǎn)發(fā)生反射，反射率為：

???????式3

因末端開(kāi)路，阻抗，近似為1，則B點(diǎn)反射信號(hào)大小為：

????式4

且向A點(diǎn)傳播，入射波與反射波發(fā)生疊加，A點(diǎn)疊加信號(hào)為：?????????????????????式5

由式5可知，A點(diǎn)疊加信號(hào)受探針長(zhǎng)度與信號(hào)波長(zhǎng)影響，當(dāng)

???時(shí)，，即；

一定，通過(guò)改變信號(hào)波長(zhǎng)即頻率，則頻率從低向高改變時(shí)，A點(diǎn)出現(xiàn)最小信號(hào)時(shí)有，即，則信號(hào)從探針A傳播到B時(shí)間為。