[发明专利]一种土壤水分测量传感器及土壤水分测量系统

说明书

本发明公开一种土壤水分测量传感器及系统，其中土壤水分测量传感器包括：高频信号源、感知单元、信号检测电路及检波电路。感知单元，在高频信号源的作用下感知不同土壤剖面土壤介电常数的变化；信号检测电路，在高频信号源的作用下分别生成第一模拟电压信号和第二模拟电压信号；检波电路，分别对第一模拟电压信号与第二模拟电压信号进行幅度检波得到第一电压幅值和第二电压幅值；A/D转换电路，将第一电压幅值和第二电压幅值分别转换为第一数字电压和第二数字电压。本发明通过信号检测电路输出的高频电压信号经过检波电路后直接送入A/D转换电路，而无需经过仪表放大电路可以改善运放电路引起的非线性失真，并有效改善系统的测量精度和稳定性。

该申请是申请号为201810402282.6的优先权

技术领域

本发明涉及土壤水分检测技术领域，具体涉及一种土壤水分测量传感器及土壤水分测量系统。

背景技术

土壤水分测量传感器广泛应用于农业、水利、气象、林业和生态等领域。土壤水分也是土壤肥力的重要组成部分，是植物生长发育的重要影响因素，土壤水分的动态变化直接影响农作物发育演变和农作物产量，因此实时监测土壤水分垂直分布对研究农作物根系需水规律及制定合理的灌溉策略具有十分重要的意义。

传统的土壤水分测量系统是由模拟传感器、数字采集仪、无线发送设备或者组网设备组成。目前市场上现有的模数一体化设计的传感器主要是沿袭分体设计的电路，其中传统的分体设计时考虑到传感器的模拟输出要经过一段较长电缆传输给数字采集仪表，因此需要采用运算放大电路以增加电压幅度，以防止信号传输至数字仪表后就衰减了。运算放大电路提高了信号的幅度但同时也带来非线性干扰和信号失真，故模数一体化设计虽然去掉了机盒和电缆，但是对于冗余电路还没尝试去除，导致了电路复杂、干扰较大，一体化设计并不比分体设计具有更多的优越性。故去除冗余电路、消除非线性失真对于提高土壤水分测量精度是非常重要的。

目前传统的一体化设计的土壤水分测量传感器，一般在模拟检测电路的设计中将模拟检测电路的输出信号通过运算放大器进行放大，然后输入给A/D转换再输入到单片机进行存储、显示或通信。由于运算放大器的特性一般是输入信号仅在某一个范围内其输出信号是线性放大的，输入信号超出该范围时其对应的输出信号为非线性放大。针对土壤水分检测电路，通常土壤水分从干到湿变化时，土壤水分检测电路的输出电压逐渐变大，其输出电压与输入电压的关系为工作在放大特性的线性区域，但当土壤水分含量趋于饱和时，土壤水分检测电路的输出电压也趋于放大特性的非线性区域，即水分继续增加时运算放大器对输入信号并非线性成比例放大，而是几乎不再增加了。当输入信号处在非线性放大区域时输出信号出现非线性失真，非线性失真会导致测量范围减小，误差增大，稳定性变差。

发明内容

因此，本发明实施例要解决的技术问题在于现有技术中的土壤水分测量系统模、数电路一体化设计时还沿袭了分体设计时的电路方案致测量误差大、稳定性差。

为此，本发明实施例提供了如下技术方案：

本发明实施例提供一种土壤水分测量传感器，包括：

高频信号源，用于提供土壤水分检测高频信号；

感知单元，其包括分层间隔设置的多组感知部件，所述感知单元用于在所述高频信号源的作用下感知不同深度土壤剖面的水分；

信号检测电路，与所述感知单元连接，用于在所述高频信号源的作用下分别生成第一模拟电压信号和第二模拟电压信号；

检波电路，与所述信号检测电路连接，用于分别对所述第一模拟电压信号与所述第二模拟电压信号进行幅度检波得到第一电压幅值和第二电压幅值；

A/D转换电路，与所述检波电路连接，用于将所述第一电压幅值和所述第二电压幅值分别转换为第一数字电压和第二数字电压。

可选地，所述检波电路，还包括：