CN206161582U - 一种电容型土壤湿度传感器 - Google Patents
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Abstract
一种电容型土壤湿度传感器，包括壳体、设置于壳体前端的若干根电容探针和设置于壳体内的电路；所述电容探针包括外连接有导线的外部环状电极和内部针状电极，所述内部针状电极的外周和端面、所述外部环状电极的内外表面、端面设置有聚酰亚胺绝缘层，所述外部环状电极的顶部设置有绝缘封闭的绝缘盖；所述电路包括晶振电路、多路开关电路、隔直检波电路、倍压整流电路、AD转换与数据处理电路、串口采集电路；所述多路开关电路通过电容探针后依次与隔直检波电路、倍压整流电路、AD转换与数据处理电路、串口采集电路串联连接，所述多路开关电路分别连接有40M晶振电路、50M晶振电路、90M晶振电路，40M晶振电路、50M晶振电路、90M晶振电路并联连接。
Description
技术领域
本实用新型涉及传感器技术领域，具体地说涉及一种电容型土壤湿度传感器。
背景技术
目前较为流行的频域反射法，工作频率一般为20-150MHz，由多个电路将介电常数的变化转换为直流电压或其它输出形式，在工作范围内其输出的直流电压与土壤含水率直接相关。
频域反射法主要分为两种：①频率固定：通过测量其标准波形的变化测定土壤含水率；②频率不固定：将以土壤为介质的电容放在谐振回路中，当土壤含水率不同其发生共振的频率不同，通过共振频率的变化测定土壤含水率。这两种方法其实质仍是电容法。
市面上的一些传感器存在误差较大，测量范围有限等问题，并且电容探针金属裸露，易腐蚀，并不能适应长期埋在土壤中使用。某些误差较小，测量范围大的土壤湿度传感器价格则相对昂贵。
我们旨在设计一种性价比较高的土壤湿度传感器，在成本较低的基础上扩大测量范围，提高测量精度。
实用新型内容
针对上述现有技术的缺陷，本实用新型提供一种性价比较高的电容型土壤湿度传感器，在成本较低的基础上扩大测量范围，提高测量精度。
为实现上述目的，本实用新型所采取的技术方案是：
一种电容型土壤湿度传感器，包括壳体、设置于壳体前端的若干根电容探针和设置于壳体内的电路；
所述电容探针包括外连接有导线的外部环状电极和内部针状电极，所述内部针状电极的外周和端面、所述外部环状电极的内外表面、端面设置有聚酰亚胺绝缘层，所述外部环状电极的顶部设置有绝缘封闭的绝缘盖；
所述电路包括晶振电路、多路开关电路、隔直检波电路、倍压整流电路、AD转换与数据处理电路、串口采集电路；所述多路开关电路通过电容探针后依次与隔直检波电路、倍压整流电路、AD转换与数据处理电路、串口采集电路串联连接，所述多路开关电路分别连接有40M晶振电路、50M晶振电路、90M晶振电路，40M晶振电路、50M晶振电路、90M晶振电路并联连接。
作为对上述技术方案的改进，所述40M晶振电路、50M晶振电路、90M晶振电路为有源晶振电路。
作为对上述技术方案的改进，所述多路开关电路为多路的数字开关电路。
作为对上述技术方案的改进，所述电容探针为同轴电缆状电容探针。
作为对上述技术方案的改进，外部环状电极和内部针状电极同轴。
作为对上述技术方案的改进，所述外部环状电极高度50mm，外径16mm，厚度1mm。
作为对上述技术方案的改进，所述内部针状电极：长度50mm，直径1mm。
与现有技术相比，本实用新型具有的优点和积极效果是：
本实用新型的电容型土壤湿度传感器，采用有源晶振电路产生高频等幅振荡信号，数字开关电路可完成晶振的切换。输出的交流信号经隔直检波电路，输出到倍压整流电路，变为易于观测的直流信号，单片机采集信号并处理后，通过电脑串口接收并显示含水率值。
本实用新型的电容型土壤湿度传感器，通过对电容探针形状的改造，绝缘的处理，对电路的改进，通过大量实验数据的对比验证及统计分析，达到技术效果。
上述提及的电路均为已知电路：其中
晶振电路见：《高频电子电路》(第二版)王卫东编著，电子工业出版社P120～127。
多路开关电路见：电子技术基础数字部分(第五版)，康华光，邹寿彬，秦臻P153～158。
隔直检波电路见：《高频电子电路》(第二版)王卫东编著，电子工业出版社P202～210。
倍压整流电路见：电子技术基础模拟部分(第五版)，康华光，陈大钦，张林P486～494。
AD转换与数据处理电路：单片机自带AD，编程实现。
串口采集电路：单片机接收数据，经过USB转TTL模块，实现与电脑上位机的通信。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本实用新型的电容探针的结构示意图；
图2为本实用新型的电路结构示意图；
图3为本新型的软件流程图的前半部流程的步骤示意图；
图4为本新型的软件流程图的后半部流程的步骤示意图。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
如图1、2所示，本实用新型的电容型土壤湿度传感器，电容型土壤湿度传感器，包括壳体、设置于壳体前端的若干根电容探针和设置于壳体内的电路；
所述电容探针包括外连接有导线的外部环状电极1和内部针状电极2，所述内部针状电极2的外周和端面、所述外部环状电极1的内外表面、端面设置有聚酰亚胺绝缘层，所述外部环状电极1的顶部设置有绝缘封闭的绝缘盖3；
所述电路包括晶振电路、多路开关电路、隔直检波电路、倍压整流电路、AD转换与数据处理电路、串口采集电路；所述多路开关电路通过电容探针后依次与隔直检波电路、倍压整流电路、AD转换与数据处理电路、串口采集电路串联连接，所述多路开关电路分别连接有40M晶振电路、50M晶振电路、90M晶振电路，40M晶振电路、50M晶振电路、90M晶振电路并联连接。
所述40M晶振电路、50M晶振电路、90M晶振电路为有源晶振电路。所述多路开关电路为多路的数字开关电路。所述电容探针为同轴电缆状电容探针。
外部环状电极和内部针状电极同轴。所述外部环状电极高度50mm，外径16mm，厚度1mm。所述内部针状电极：长度50mm，直径1mm。
与现有技术相比，本实用新型具有的优点和积极效果是：
本实用新型的电容型土壤湿度传感器，采用有源晶振电路产生高频等幅振荡信号，多路开关电路可完成晶振的切换。输出的交流信号经隔直检波电路，输出到倍压整流电路，变为易于观测的直流信号，单片机采集信号并处理后，通过电脑串口接收并显示含水率值。
本实用新型的电容型土壤湿度传感器，通过对电容探针形状的改造，绝缘的处理，对电路的改进，通过大量实验数据的对比验证及统计分析，达到技术效果。
上述提及的电路均为已知电路：其中
晶振电路见：《高频电子电路》(第二版)王卫东编著，电子工业出版社P120～127。
多路开关电路见：电子技术基础数字部分(第五版)，康华光，邹寿彬，秦臻P153～158。
隔直检波电路见：《高频电子电路》(第二版)王卫东编著，电子工业出版社P202～210。
倍压整流电路见：电子技术基础模拟部分(第五版)，康华光，陈大钦，张林P486～494。
AD转换与数据处理电路：单片机自带AD，编程实现。
串口采集电路：单片机接收数据，经过USB转TTL模块，实现与电脑上位机的通信。
其软件流程图如图3和图4所示。
本新型的电容型土壤湿度传感器：1)精度更高，灵敏度更好，解决了高含水率范围测量精度不高，分辨率低的问题。2)成本较低，性价比高。3)其含水率测量范围为0-100％，总体误差为±2％。此***能实时测量土壤水分，具有分辨率高、适应性强、应用范围广等特点。4)含水率0-15％时误差小于0.5％，含水率15％-25％时误差小于2％，含水率25％-60％时误差小于1％，含水率60％-100％时误差小于2％，分段方法提高了土壤低含水率和高含水率范围的测量精度。
Claims (7)
1.一种电容型土壤湿度传感器，包括壳体、设置于壳体前端的若干根电容探针和设置于壳体内的电路；其特征在于：
所述电容探针包括外连接有导线的外部环状电极和内部针状电极，所述内部针状电极的外周和端面、所述外部环状电极的内外表面、端面设置有聚酰亚胺绝缘层，所述外部环状电极的顶部设置有绝缘封闭的绝缘盖；
所述电路包括晶振电路、多路开关电路、隔直检波电路、倍压整流电路、AD转换与数据处理电路、串口采集电路；所述多路开关电路通过电容探针后依次与隔直检波电路、倍压整流电路、AD转换与数据处理电路、串口采集电路串联连接，所述晶振电路包括40M晶振电路、50M晶振电路、90M晶振电路，所述多路开关电路分别连接40M晶振电路、50M晶振电路、90M晶振电路，40M晶振电路、50M晶振电路、90M晶振电路并联连接。
2.根据权利要求1所述的电容型土壤湿度传感器，其特征在于：所述40M晶振电路、50M晶振电路、90M晶振电路为有源晶振电路。
3.根据权利要求1所述的电容型土壤湿度传感器，其特征在于：所述多路开关电路为多路的数字开关电路。
4.根据权利要求1所述的电容型土壤湿度传感器，其特征在于：所述电容探针为同轴电缆状电容探针。
5.根据权利要求4所述的电容型土壤湿度传感器，其特征在于：外部环状电极和内部针状电极同轴。
6.根据权利要求5所述的电容型土壤湿度传感器，其特征在于：所述外部环状电极高度50mm，外径16mm，厚度1mm。
7.根据权利要求5所述的电容型土壤湿度传感器，其特征在于：所述内部针状电极：长度50mm，直径1mm。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109307692A (zh) * | 2018-04-28 | 2019-02-05 | 中国农业大学 | 一种土壤水分监测*** |
| CN114199614A (zh) * | 2021-11-01 | 2022-03-18 | 中铁第四勘察设计院集团有限公司 | 一种敞口式取土器 |
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2016
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