[实用新型]一种同步实时自补偿测量土壤含水率的电容式传感器

说明书

技术领域

本实用新型属于传感器领域，尤其涉及一种同步实时自补偿测量土壤含水率的电容式传感器。

背景技术

掌握土壤水分含量对评估和选择农业系统，水资源合理使用规划都是必要的。在许多影响作物生长、土壤压实度和微生物活动的参数中，土壤水分含量有着重要的关联作用，因此，水含量测试对农学研究活动来说是普遍且必须的。

土壤水分含量度量通常分为两种：重量法和体积法。重量法指的是把土壤样品加热到105度直到土壤重量不变化，土壤中水的重量除以总重量。体积法指的是在给定土壤样品中水分所包含的体积，因为可以直接在土壤灌溉表上给定，所以这种方法对研究和水资源管理很有用处。

目前，根据电磁测量基本原理设计的电容式土壤水分传感器逐渐受到关注，它可在较高精度下快速测量土壤水含量，同时能在同一地点反复测量且不会破坏土壤结构，价格便宜、能耗低、操作方便。同时，许多研究表明电容式土壤水分传感器容易受到土壤环境因素的干扰,影响测量结果的准确性（T.J. Dean等，1987；Krishna S. Nemali等，2006)，在这些因素中影响最大的是土壤温度T和电导率σ。一些学者对不同土壤环境中电容式土壤水分传感器的输出与温度、盐分的关系进行分析，Bobbie McMichael和 Robert J. Lascano（2003）的研究表明ECH2O水分传感器对温度比较敏感，需要对输出进行温度校正；A. Verhoef等认为土壤含水率θ与温度T有一定的相关性，但没有得到普遍适用的温度补偿模型；Krishna S. Nemali等研究了ECH2O-10的特性并对其进行温度和电导率校正，但由于是在电导率较低的环境下进行的，所以测量精度较低，更适合在温室中操作。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对现有电容式土壤水分传感器容易受到土壤环境因素的干扰,尤其是土壤温度和电导率影响测量结果的准确性，采用三个极板、待测土壤和电感器组成RLC振荡电路的数学模型，提供一种同步实时温度、电导率自补偿测量土壤含水率的电容式传感器。

本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现：

一种同步实时自补偿测量土壤含水率的电容式传感器，包括外壳，外壳内设有单片机、信号源、电感器、RC充放电电路和时间电压转换电路，单片机分别连接信号源、时间电压转换电路、温度传感器和电导率传感器，信号源连接电感器，电感器连接电容极板和RC充放电电路，RC充放电电路连接时间电压转换电路；外壳上表面外接有数据传输线，外壳下表面外接有空心圆杆，空心圆杆内部设有与外壳下表面外接的信号导线，信号导线连接有温度传感器、电导率传感器和与外壳下表面外接的若干电容极板。

优选的，所述信号导线与温度传感器和电导率传感器采用无焊连接。

优选的，所述电容极板的数量为3个且以正三角形形状排列。

优选的，所述电容极板采用PCB板。

本实用新型的有益效果为：该装置结构简单，操作方便，可靠性高；有效克服了土壤温度，电导率对现有土壤含水率传感器的影响，对土壤含水率同步实时进行温度、电导率自补偿测量；且成本低、精度高。 

附图说明

下面根据附图对本实用新型作进一步详细说明。

图1是本实用新型实施例所述的一种同步实时自补偿测量土壤含水率的电容式传感器内部结构示意图；

图2是图1所述电容式传感器的外部结构示意图。

图中：

1、数据传输线；2、外壳；3、温度传感器；4、电导率传感器；5、电容极板；6、空心圆杆；7、信号导线；8、单片机；9、信号源；10、RC充放电电路；11、时间电压转换电路；12、电感器。

具体实施方式

如图1-2所示，本实用新型实施例所述的一种同步实时自补偿测量土壤含水率的电容式传感器，外壳2分别外接空心圆杆6及通过空心圆杆6的信号导线7，并将三个极板5成正三角形固定在外，其中信号导线7与温度传感器3，电导率传感器4采用的是无焊连接。电容极板5采用耐腐蚀的PCB板，保证成正三角形排列，电容极板5与土壤充分接触，感应土壤的介电特性，土壤的介电特性的不同引起电容极板5上电荷量的变化。单片机8分别外接信号源9、时间电压转换电路11和位于空心圆杆6内部的信号导线7，信号源9连接电感器12，再与电容极板5相连，为RC充放电电路10提供信号，当测试电极几何因数、电阻R、输入电压V为定值时，土壤介电常数ε的大小可由充电时间T长短决定，再通过时间电压转换电路11得到输出电压U。