[发明专利]一种土壤温湿度传感器温度相关非线性补偿算法

说明书

本发明涉及一种土壤温湿度传感器温度相关非线性补偿算法，包括以下步骤：步骤一、非线性建模和系数估计是根据实验数据得到的，实验数据包括土壤湿度、土壤温度和真实的土壤湿度，得到表1；步骤二、根据实证Topps方程，体积含水率θ可以用水的介电常数ε_b作非线性描述：步骤三、用表1中每一行测量湿度θ_i,meas求方程，计算得到ε_b(i)；步骤四、用表1中每一行真实湿度θ_i,nl求方程，计算得到ε_b(i,T)。本发明的有益效果是：本发明提出了一个三阶的温度相关的非线性系统模型，并且提供了相应的非线性参数估计算法；本发明的土壤温湿度传感器温度相关非线性补偿算法精确度高，普适性强，参数少。

技术领域

本发明涉及土壤温湿度传感器，更具体说，它涉及一种土壤温湿度传感器温度相关非线性补偿算法。

背景技术

土壤湿度是农业产生中最重要的参数之一。采用传感器来测量土壤水分，可以提高水资源管理的效率。然而，由于湿度传感器的基本原理，传感器的响应值随湿度的变化呈非线性变化。并且，随着土壤真实湿度的增加和环境温度的变化，传感器测量的非线性也发生剧烈的变化。因此，土壤湿度传感器的温度相关的非线性特性难以标定。

在传统的湿度传感器中，校准通常是通过大量严格的测量来实现的。在每个测量中，有两个输入：真实湿度和温度，和一个输出：感测湿度。一个查找表(LUT)可以是通过改变真实湿度和温度的值来测量得到。在校准过程中，根据感测湿度和环境温度这两个坐标，可以在LUT中找到相应的真实湿度。基于LUT的标定方法简单有效，但其精度与复杂度之间存在严重的矛盾关系。如需达到较高的校准精度，则需要一个非常复杂和庞大的查找表，在内存有限的微控制器中难以实现。

为了克服这些缺点，有研究者建立了描述湿度传感器非线性的数学模型。例如，一个建立了真实体积含水率与传感器测得的探针电压之间非线性关系的三阶非线性数学表达式。然而，现有的非线性模型与环境温度无关，这对测量结果有很大影响。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种土壤温湿度传感器温度相关非线性补偿算法。

这种土壤温湿度传感器温度相关非线性补偿算法，包括如下步骤：

步骤一、非线性建模和系数估计是根据实验数据得到的，实验数据包括土壤湿度、土壤温度和真实的土壤湿度，得到湿度传感的实验数据表；

步骤二、根据实证Topps方程，体积含水率θ可以用水的介电常数ε_b作非线性描述如下：

θ_i，meas＝-5.3×10^-2+2.92×10^-2ε_b(i)-5.5×10^-4ε_b²(i)+4.3×10^-6ε_b³(i) (1)

，where i＝1.2，...，12.

水的介电常数随温度的升高而降低，因此温度相关的非线性可以由以下方程得出：

θ_i，nl＝-5.3×10^-2+2.92×10^-2ε_b(i，T)-5.5×10^-4ε_b(i，T)² (2)

+4.3×10^-6ε_b(i，T)³

ε_b(i，T)＝ε_b(i)·C(i，T) (3)