CN2390203Y - 电磁波土壤水分速测仪 - Google Patents
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Abstract
电磁波土壤水分速测仪,根据电介质物理学原理:土壤的复介电常数不但和它们的体积比及土壤的化学成份有关,而且还与它们的电导率以及体积分布均匀成度有关,因此测出土壤的电导率,测出土壤三个频率的复介电常数,即可得出土壤的含水率。实用新型的控制电路包括电源电路、开关电路、振荡电路、频压变换器、放大器组、转换器、CPU***、液晶显示器、探头。本实用新型具有简便、自动、快速等TDR仪器所具备的优点,同时测量精度高,可达正负3个水分,适用范围广,造价低廉,适于推广。
Description
本实用新型涉及测量工具,确切的说是一种电磁波土壤水分速测仪。
目前时域反射仪(TDR)是一种新型的土壤水分测试仪器,它具有使用简便,测定速度较快,无放射性和适用于长期定位观测、自动、连续监测等优点;但对于不同种土壤测量的准确率差异较大,正负达6.2个水分,只适用于在电导率低的粗质、轻质土壤应用,不适用于有机质土壤和重粘土,且该仪器售价昂贵,难以推广。就目前土壤水分测量仪的新颖性检索,再未发现更精密和先进的仪器。
本实用新型的发明目的在于提供一种测量精度高、适用范围广、造价低的电磁波土壤水分速测仪。
本实用新型的技术方案是这样实现的:电磁波土壤水分速测仪的结构包括壳体、液晶显示器、按钮、开关、三角架、探头、电路板;其电路板上控制电路包括:电源电路、开关电路、振荡电路、频压变换器f/v、放大器组、转换器A/D、CPU***、液晶显示器、探头;电源电路由三个三端块12、13、14组成,电源的负极与三端块12、13的片角1相连,电源的正极分别与三端块12的片角2及三端块14的片角2相联,结点a’作为电压V1的输出端口,三端块12的片角3及三端块13和三端块14的片角2相联并接地,三端块13的片角3作为电压V2的输出端口b’,三端块14的片角2作为电压V3的输出端口c’;振荡电路由振荡器MC1648、线圈L、变容二极管D1、D2、电容C1、C2、模拟开关CC4051组成,振荡器MC1648的片角1、14与端口c’相联,线圈L和负极对接的变容二极管D1、D2并联后接到振荡器MC1648的片角12及10上,振荡器1648的片角12、10还分别通过变容二极管D1、D2与探头J1及J2相联,模拟开关CC4051的片角3与对接变容二极管D1及D2的负极相联,电阻R1、R2及R3串联起来一端接地,且与模拟开关CC4051的片角6、7、8、13相联,另一端接模拟开关CC4051的片角16且与端口c’相联,电阻R1与R2的接点接在模拟开关CC4051的片角4上,电阻R2与R3的接点联在模拟开关CC4051的片角2上。振荡器MC1648的片角3与频压变换器f/v的信号输入端相接,开关电路包括:模拟开关CC4066、电阻Ro与电容Co,模拟开关CC4066的片角14及1接端口c’,片角2接探头J1,片角3接探头J2,电阻Ro与电容Co并联起来一个端点接地,另一端点与模拟开关CC4066的片角4相接。放大器组是由两个直流放大器β1、β2组成,直流放大器β1的输入端与频压变换器f/v的输出端相接,而其输出端接入模数转换器A/D中,直流放大器β2的输入端与模拟开关CC4066的片角4相接,输出端接入模数转换器A/D中。CPU***其输出端口1/0的八个片角分别接模数转换A/D的三个控制片角,接模拟开关CC4066的片角13和5,接模拟开关CC4051的片角9、10、11,CPU的端口1/0还有二个片角分别通过开关K1、K2接端口c’,CPU的端口1/0还接液晶显示器P。
本实用新型是根据电介质物理学原理,土壤的复介电常数不但和它们的体积比及土壤的化学成份有关,而且还与它们的电导率以及体积分布均匀程度有关。因此测出土壤的电导率,测出土壤三个频率的复介电常数,即可得出土壤的含水率。
首先测土壤复介电常数,仪器通电后,振荡器MC1648开始振荡,当按下仪器的二个工作按钮后,即开关K1、K2接通,CPU***的1/0口线首先给模拟开关CC4051的片角9、11加上电压,此时模拟开关CC4051的片角6的通道接通,并从片角3输出一个与片角6上所加电压成正比的直流电压,此电压加在反接着的变容二极管D1、D2上,由于所加电压为零,故变容二极管D1、D2结点电容最大,振荡器MC1648的振荡频率最低;相隔约1秒钟CPU***的1/0口线给模拟开关CC4051的片角10、11加上电压,此时模拟开关CC4051的片角3输出一个与片角2上所加电压成正比的电压,此电压使振荡器MC1648的振荡频率较前者提高约1兆;再相隔约1秒钟,CPU***的1/0口线给模拟开关CC4051的片角9、10、11都加上电压,此时片角3所输出电压与片角4上的电压成正比,振荡器MC1648的振荡频率又提高约1兆;振荡器MC1648的上述三个不同频率的信号分时送入烦压变换器F/V的输入端,频压变换器F/V将分时输出三个直流电压。由于探头J1、J2是接在振荡器MC1648的选频网络里的,因此两个探头间的土壤复介电常数将改变振荡器MC1648的振荡频率,使其输出的三个频率的信号的频率都随土壤的复介电常数而改变。频压变换器F/V输出的直流电压再经放大器β1放大后送到模数转换器A/D上,将模拟量转换成的数字量送到CPU***的数据总线上,最后将数据送到液晶显示屏P显示出来。
第二步测土壤电导率,测完土壤复介电常数后,CPU***的1/0口线又给模拟开关CC4066的片角5、13同时加上电压,片角1与2、3与4之间的通道同时接通,这样端口c’的将电压通过电阻R加在探头J1、J2上(即加在土壤上),电阻Ro是一个分压电阻,其分解的电压与土壤电导率成反比,将其分解的电压送到放大器β2上,放大后再送给模数转换器A/D进行模数转换,转换后的此数字量送到CPU***的数据总线上,再送给液晶显示器P显示出来。
最后显示器P显示出土壤含水量。
本实用新型具有简便、自动、快速等TDR仪器所具备的优点,同时测量精度高,可达正负3个水分,适用范围广,造价低廉,适于推广。
图1为电磁波土壤水分速测仪的结构示意图;
1为壳体,2为液晶显示器,3为按钮,4为开关,5为三角架,6为探头,7为电路板;
图2为电磁波土壤水分速测仪的电路框图;
图3为电磁波土壤水分速测仪的电源电路的电路图;
图4为电磁波土壤水分速测仪的电路图。
下面结合附图详细说明本实用新型的实施例。
如图1所示,电磁波土壤水分速测仪的结构包括壳体1、液晶显示器2、按钮3、开关4、三角架5、探头6、电路板7。
如图2所示,其电路板7上控制电路包括:电源电路8、开关电路9、振荡电路10、频压变换器f/v、放大器组11、模数转换器A/D、CPU***、液晶显示器P、探头;
如图3所示,电源电路8由三个三端块12、13、14组成,电源的负极与三端块12、13的片角1相连,电源的正极分别与三端块12的片角2及三端块14的片角2相联,结点a’作为电压V1的输出端口,三端块12的片角3及三端块13和三端块14的片角2相联并接地,三端块13的片角3作为电压V2的输出端口b’,三端块14的片角2作为电压V3的输出端口c’。
如图4所示,振荡电路10由振荡器MC1648、线圈L、变容二极管D1、D2、电容C1、C2、模拟开关CC4051组成,振荡器MC1648的片角1、14与端口c’相联,线圈L和负极对接的变容二极管D1、D2并联后接到振荡器MC1648的片角12及10上,振荡器1648的片角12、10还分别通过变容二极管D1、D2与探头J1及J2相联,模拟开关CC4051的片角3与对接变容二极管D1及D2的负极相联,电阻R1、R2及R3串联起来一端接地,且与模拟开关CC4051的片角6、7、8、13相联,另一端接模拟开关CC4051的片角16且与端口c’相联,电阻R1与R2的接点接在模拟开关CC4051的片角4上,电阻R2与R3的接点联在模拟开关CC4051的片角2上。振荡器MC1648的片角3与频压变换器f/v的信号输入端相接,开关电路9包括:模拟开关CC4066、电阻Ro与电容Co,模拟开关CC4066的片角14及1接端口c’,片角2接探头J1,片角3接探头J2,电阻Ro与电容Co并联起来一个端点接地,另一端点与模拟开关CC4066的片角4相接。放大器组11是由两个直流放大器β1、β2组成,直流放大器β1的输入端与频压变换器f/v的输出端相接,而其输出端接入模数转换器A/D中,直流放大器β2的输入端与模拟开关CC4066的片角4相接,输出端接入模数转换器A/D中。CPU***其输出端口1/0的八个片角分别接模数转换A/D的三个控制片角,接模拟开关CC4066的片角13和5,接模拟开关CC4051的片角9、10、11,CPU的端口1/0还有二个片角分别通过开关K1、K2接端口c’,CPU的端口1/0还接液晶显示器P。
本实用新型是根据电介质物理学原理,土壤的复介电常数不但和它们的体积比及土壤的化学成份有关,而且还与它们的电导率以及体积分布均匀程度有关。因此测出土壤的电导率,测出土壤三个频率的复介电常数,即可得出土壤的含水率。
首先测土壤复介电常数,仪器通电后,振荡器MC1648开始振荡,当按下仪器的二个工作按钮后,即开关K1、K2接通,CPU***的1/0口线首先给模拟开关CC4051的片角9、11加上电压,此时模拟开关CC4051的片角6的通道接通,并从片角3输出一个与片角6上所加电压成正比的直流电压,此电压加在反接着的变容二极管D1、D2上,由于所加电压为零,故变容二极管D1、D2结点电容最大,振荡器MC1648的振荡频率最低;相隔约1秒钟CPU***的1/0口线给模拟开关CC4051的片角10、11加上电压,此时模拟开关CC4051的片角3输出一个与片角2上所加电压成正比的电压,此电压使振荡器MC1648的振荡频率较前者提高约1兆;再相隔约1秒钟,CPU***的1/0口线给模拟开关CC4051的片角9、10、11都加上电压,此时片角3所输出电压与片角4上的电压成正比,振荡器MC1648的振荡频率又提高约1兆;振荡器MC1648的上述三个不同频率的信号分时送入频压变换器F/V的输入端,频压变换器F/V将分时输出三个直流电压。由于探头J1、J2是接在振荡器MC1648的选频网络里的,因此两个探头间的土壤复介电常数将改变振荡器MC1648的振荡频率,使其输出的三个频率的信号的频率都随土壤的复介电常数而改变。频压变换器F/V输出的直流电压再经放大器β1放大后送到模数转换器A/D上,将模拟量转换成的数字量送到CPU***的数据总线上,最后将数据送到液晶显示屏P显示出来。
第二步测土壤电导率,测完土壤复介电常数后,CPU***的1/0口线又给模拟开关CC4066的片角5、13同时加上电压,片角1与2、3与4之间的通道同时接通,这样端口c’的将电压通过电阻R加在探头J1、J2上(即加在土壤上),电阻Ro是一个分压电阻,其分解的电压与土壤电导率成反比,将其分解的电压送到放大器β2上,放大后再送给模数转换器A/D进行模数转换,转换后的此数字量送到CPU***的数据总线上,再送给液晶显示器P显示出来。
最后显示器P显示出土壤含水量。
Claims (1)
1、电磁波土壤水分速测仪,结构包括壳体(1)、液晶显示器(2)、按钮(3)、开关(4)、三角架(5)、探头(6)、电路板(7);其特征在于:电路板(7)上的控制电路包括:电源电路(8)、开关电路(9)、振荡电路(10)、频压变换器f/v、放大器组(11)、模数转换器A/D、CPU***、液晶显示器P、探头;
电源电路(8)由三个三端块(12)、(13)、(14)组成,电源的负极与三端块(12)、(13)的片角1相连,电源的正极分别与三端块(12)的片角2及三端块(14)的片角2相联,结点a’作为电压V1的输出端口,三端块(12)的片角3及三端块(13)和三端块(14)的片角2相联并接地,三端块(13)的片角3作为电压V2的输出端口b’,三端块(14)的片角2作为电压V3的输出端口c’;
振荡电路(10)由振荡器MC1648、线圈L、变容二极管D1、D2、电容C1、C2、模拟开关CC4051组成,振荡器MC1648的片角1、14与端口c’相联,线圈L和负极对接的变容二极管D1、D2并联后接到振荡器MC1648的片角12及10上,振荡器1648的片角12、10还分别通过变容二极管D1、D2与探头J1及J2相联,模拟开关CC4051的片角3与对接变容二极管D1及D2的负极相联,电阻R1、R2及R3串联起来一端接地,且与模拟开关CC4051的片角6、7、8、13相联,另一端接模拟开关CC4051的片角16且与端口c’相联,电阻R1与R2的接点接在模拟开关CC4051的片角4上,电阻R2与R3的接点联在模拟开关CC4051的片角2上;
振荡器MC1648的片角3与频压变换器f/v的信号输入端相接;开关电路(9)包括:模拟开关CC4066、电阻R与电容C,模拟开关CC4066的片角14及1接端口c’,片角2接探头J1,片角3接探头J2,电阻Ro与电容Co并联起来一个端点接地,另一端点与模拟开关CC4066的片角4相接;
放大器组(11)是由两个直流放大器β1、β2组成,直流放大器β1的输入端与频压变换器f/v的输出端相接,而其输出端接入模数转换器A/D中,直流放大器β2的输入端与模拟开关CC4066的片角4相接,输出端接入模数转换器A/D中;
CPU***其输出端口1/0的八个片角分别接模数转换A/D的三个控制片角,接模拟开关CC4066的片角13和5,接模拟开关CC4051的片角9、10、11,CPU的端口1/0还有二个片角分别通过开关K1、K2接端口c’,CPU的端口1/0还接液晶显示器P。
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