[发明专利]一种土壤水分传感器

说明书

技术领域

本发明涉及农田信息采集领域，尤其涉及一种土壤水分传感器。

背景技术

在精细农业生产中，精准灌溉要求长期监测和及时获取田间的土壤水分空间分布信息，这就需要在田间安装土壤水分测试装置。

目前成熟的土壤含水率检测方法有TDR(时域反射法)、FDR(频域反射法)和SWR(驻波率法)，其中TDR和FDR是国外的专利技术，测量精度比较高，但是由于处理电路复杂导致成本极高，一台TDR高达数万美元，一台FDR高达数千美元；SWR土壤含水率传感器采用了精密信号源通过测量驻波率的方法可使成本降低到600元人民币。由于每亩水稻每年的平均收益不到300元，所以TDR和FDR不可能在田间推广应用，即使成本最低的SWR也难以在田间推广。

中国专利号CN2422643公开一种新型土壤水分测量传感器，该实用新型使用高频振荡器产生高频信号激励中心探头及与同轴电缆传输线的屏蔽层相连接的外围探头，再通过检波电路来测量土壤水分。CN1719245公开了一种同步实时测量土壤水分与电导率的方法及传感器，该发明专利是一种基于介电理论和频域方法的同时测量土壤水分与电导率的方法及传感器。采用多频率导纳分解法直接测量探头的导纳，进而分解探头导纳的实部与虚部，通过探头导纳实部与介电损耗的关系得出介质电导率，探头导纳虚部与介电常数的关系得出介质含水率。CN2854589公开了一种基于边缘效应以电容法测量水分含量的一种土壤水分测量传感器。与以往的土壤水分传感器比，可以有效地测量不同深度土壤的水分含量。CN2641646公开了一种基于介电方法的土壤含水率检测装置，消除了因为振荡幅度和输出电阻的不一致而造成的测量误差，性能比较稳定。CN1619301公开了一种介电频差式土壤水分传感器，包括土壤电极、振荡电路、放大整形电路、多级分频电路、低通滤波电路和光电隔离电路组成，输出与土壤水分有关的频率信号。

上述专利技术大都使用了高频率震荡和信号处理电路输出与种于土壤水分相关的电压或频率，要得到土壤水分的数字信号，还必须增加ADC采集电路或频率测量电路，由于硬件电路比较复杂，成本难以降低。

CN101017133公开了一种基于红外辐射的土壤水分测量仪，主要由红外发射电路、光探测器、红光发射电路和放置在光探测器和土壤样品盒中间聚光系统组成，利用一定波长近红外线照射被测物体时不同水分对其吸收程度不同的原理制成的。CN200968934公开了一种名称为一种基于光纤表面等离子共振的土壤水分传感器，由不锈钢滤帽，水分敏感膜，Au膜，半球型棱镜，光纤和水分传感器探头组成，从光纤反射的光谱信息中获得土壤水分的含量。由于采用了纯光学的方法，从而减小了土壤类型和土壤颗粒大小对测量结果的影响，提高了水分测试的灵敏度和精确度，但是复杂的光学系统和及其配套的信号处理电路难以降低成本。

发明内容

针对现有技术的缺点，本发明的目的是提供一种测量精准、结构简单且成本较低的土壤水分传感器。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：一种土壤水分传感器，其包括外壳、设置于外壳底部的土壤含水率探针、及设于外壳内部的检测电路，该检测电路向土壤含水率探针发出脉冲方波激励信号并接收其两端充电电压的峰值信号。

检测电路包括处理器、电容C1及检波电路，处理器分别通过电容C1及检波电路与土壤含水率探针的触发端连接，并通过处理器上的通讯口与外部的通讯装置连接，土壤含水率探针的接地端接地；检波电路包括检波二极管D2及滤波电容C2，检波二极管D2的正极与土壤含水率探针的触发端连接，负极通过滤波电容C2接地。

处理器包括以下功能模块：

定时器，用于对土壤含水率探针发出脉冲方波激励信号；

数模转换器，用于将检波电路输出的土壤含水率探针两端的充电电压的峰值转换成数字信号；

计算模块，根据试验标定的公式自动计算出土壤的含水率；

通讯模块，将计算所得出的土壤含水率数据信息发送至外部的通讯装置。

土壤含水率探针触发端与接地端平行间隔设置；外壳为圆柱型或方柱型。

与现有技术相比，本发明采用土壤含水率探针来测量土壤的含水率，并利用处理器产生的脉冲方波信号作为探针的激励信号，检波电路用于测量探针的充电电压峰值，利用处理器将模拟电压转换为数字电压，并计算出土壤的含水率。该结构用处理器产生脉冲信号的方法来代替复杂的高频震荡电路，只需一组探针及检测电路即可采集到土壤的水分测量信号，结构简单且使用方便，同时也大大降低了制作成本。

附图说明