一種適用不同土壤深度的土壤水分檢測儀的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種適用不同土壤深度的土壤水分檢測儀，包括土壤水分傳感器和與土壤水分傳感器通訊連接的數(shù)據(jù)采集顯示儀表，土壤水分傳感器包括外殼，外殼分為通過環(huán)氧樹脂密封的前殼體和后殼體兩部分，外殼內(nèi)部設(shè)有電子線路器件板和屏蔽電纜，電子線路器件板上集成有通過時鐘電路產(chǎn)生震蕩的無源晶振，無源晶振依次連接有施密特觸發(fā)器、信號衰減器、探針、真有效值檢測器以及用于提供穩(wěn)定、無紋波工作電壓的電源濾波電路。本實用新型成本低、結(jié)構(gòu)簡單、能實時測量且適用不同土壤深度的土壤水分。
【專利說明】
一種適用不同土壤深度的土壤水分檢測儀
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本實用新型屬于農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種土壤水分檢測儀。
【背景技術(shù)】
[0002]土壤水分是影響農(nóng)作物生長的重要因素之一，它與農(nóng)作物的生長狀況密切相關(guān)。在精細(xì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，需要長期監(jiān)測和及時獲取土壤中的水分含量信息，以實現(xiàn)精準(zhǔn)灌溉，從而達(dá)到既能滿足農(nóng)作物的生理需水要求，又不造成水資源的浪費，這就需要一種土壤水分測試裝置。
[0003]土壤水分的測量方法有:烘干法、中子法、電阻法、電容法、TDR(時域反射法)、FDR(頻域反射法)和SWR(駐波法)。烘干法測量精度高，但需取樣測量，而且測量周期長，不適合實時測量；中子法是氫原子對中子源發(fā)射的射線的吸收作用進(jìn)行測量的，精度高且實時性強，但技術(shù)復(fù)雜而且中子射線會對環(huán)境和人類造成傷害；電阻法和電容法是利用土壤的介電特性來間接測量的，速度快，但對土壤的適應(yīng)性較差;TDR和H)R是國外的專利技術(shù)，測量精度很高，但是電路復(fù)雜、技術(shù)難度大，導(dǎo)致成本極高，達(dá)到數(shù)千甚至上萬美元;SWR法采用精密信號源，通過測量駐皮率的方法，可使成本降至幾百元，但對于在農(nóng)業(yè)推廣應(yīng)用而言，成本還是偏高。綜合考慮技術(shù)難度、成本、精度、實時性等因素，當(dāng)前土壤水分測量方法中，以介電方法較為普遍。但目前各種商品化介電法土壤水分傳感器以針式結(jié)構(gòu)居多，該結(jié)構(gòu)具有幾何結(jié)構(gòu)簡單、制作方便等特點，但受探針強度的影響，探針的長度不能太長，從而限制了測量的土層深度的范圍；此外，由于傳感器的外形尺寸等原因，不便將其埋入土壤深層進(jìn)行測量。
【實用新型內(nèi)容】
[0004]鑒于現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，本實用新型的主要目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種成本低、結(jié)構(gòu)簡單、能實時測量且適用不同土壤深度的土壤水分檢測儀。
[0005]本實用新型采用的技術(shù)方案如下:
[0006]—種適用不同土壤深度的土壤水分檢測儀，包括土壤水分傳感器和與土壤水分傳感器通訊連接的數(shù)據(jù)采集顯示儀表，土壤水分傳感器包括外殼，外殼分為通過環(huán)氧樹脂密封的前殼體和后殼體兩部分，外殼內(nèi)部設(shè)有電子線路器件板和屏蔽電纜，電子線路器件板上集成有通過時鐘電路產(chǎn)生震蕩的無源晶振，無源晶振依次連接有施密特觸發(fā)器、信號衰減器、探針、真有效值檢測器以及用于提供穩(wěn)定、無紋波工作電壓的電源濾波電路，
[0007]所述施密特觸發(fā)器，用于將無源晶振的輸出信號整形成一標(biāo)準(zhǔn)方波信號；
[0008]所述信號衰減器，用于降低方波激勵信號產(chǎn)生單元輸出的方波信號的幅度，并將處理后的信號發(fā)送至探針；
[0009]所述探針采用3PE防腐鋼，至少為一根，每根探針均包含正極和負(fù)極兩部分，置于待測土壤中進(jìn)行不同土壤深度的土壤水分測量；
[0010]所述真有效值檢測器，用于將探針上的信號進(jìn)行真有效值轉(zhuǎn)換，以將每根探針上的波形信號以等效的直流電壓輸出到數(shù)據(jù)采集顯示儀表進(jìn)行顯示；
[0011]當(dāng)探針數(shù)量為兩根以上時，探針相互平行、間距相同且長度不等，可同時檢測不同土壤深處的水分情況。
[0012]進(jìn)一步的，探針由兩個長條印刷電路板構(gòu)成，長條印刷電路板上設(shè)有電接觸區(qū)，長條印刷電路板與電子線路器件板電連接且為一體成型結(jié)構(gòu)，探針通過電接觸區(qū)采集信號并傳至真有效值檢測器。
[0013]進(jìn)一步的，所述探針長大于或等于lcm，寬大于或等于0.2cm，厚為0.8-2_，兩只探針的距離大于或等于0.2cm，且探針末端設(shè)計成三角形。
[0014]進(jìn)一步的，電子線路器件板與長條印刷電路板均為雙層印刷電路板，長條印刷電路板上、下表面均涂覆有絕緣層，其至少其中一表面與絕緣層之間涂覆有銅層，該電接觸區(qū)位于長條印刷電路板涂覆有銅層的表面的四周及長條印刷電路板的側(cè)面，該銅層延伸至四周及側(cè)面處。
[0015]進(jìn)一步的，所述電源濾波電路是由電阻R1、電容Cl和電感LI組成的RLC濾波電路，電阻Rl和電感LI并聯(lián)，并聯(lián)電路的一端與電源相連，并聯(lián)電路的另一端與電容Cl相連，電容Cl的另一端接地。
[0016]綜上所述，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的有益效果是:
[0017]本實用新型采用的是無源晶振，沒有電壓的問題，信號電平是可變的，也就是說是根據(jù)起振電路來決定的，同樣的晶體可以適用于多種電壓，可用于多種不同時鐘信號電壓要求的DSP，而且價格通常也較低，可降低成本；因此對于一般的應(yīng)用如果條件許可建議用精度較高的石英晶體探針采用3PE防腐鋼，3PE防腐鋼第一層環(huán)氧粉末(FBE>100um)，第二層膠粘劑(AD)170?250um，第三層聚乙烯(PE)2.5?3.7mm，三種材料融為一體，并與鋼管牢固結(jié)合形成優(yōu)良的防腐層，既有很強的機械強度，又有很強的耐腐蝕性，適合深埋土壤，探測土壤深處的水分情況;加之，結(jié)構(gòu)簡單、體積小、功耗低、成本較低;輸入輸出接口簡單，既易于應(yīng)用，又方便二次儀器儀表的開發(fā);探針與整個電子線路器件板一體化，制作工藝簡化；能埋入土壤的不同深度進(jìn)行實時和長期測量，且基本上不受土壤中電導(dǎo)的影響，對土壤適應(yīng)性好。
【附圖說明】
[0018]本實用新型將通過例子并參照附圖的方式說明，其中:
[0019]圖1是本實用新型中土壤水分傳感器的原理框圖；
[0020]圖2是本實用新型電源濾波電路原理圖。
【具體實施方式】
[0021]本說明書中公開的所有特征，或公開的所有方法或過程中的步驟，除了互相排斥的特征和/或步驟以外，均可以以任何方式組合。
[0022]如圖1?圖2所示:本實施例的一種適用不同土壤深度的土壤水分檢測儀，包括土壤水分傳感器和與土壤水分傳感器通訊連接的數(shù)據(jù)采集顯示儀表，土壤水分傳感器包括外殼，外殼分為通過環(huán)氧樹脂密封的前殼體和后殼體兩部分，外殼內(nèi)部設(shè)有電子線路器件板和屏蔽電纜，電子線路器件板上集成有通過時鐘電路產(chǎn)生震蕩的無源晶振，無源晶振依次連接有施密特觸發(fā)器、信號衰減器、探針、真有效值檢測器以及用于提供穩(wěn)定、無紋波工作電壓的電源濾波電路，電源濾波電路分別與無源晶振、施密特觸發(fā)器、信號衰減器、真有效值檢測器相連接；
[0023]土壤水分傳感器通過接線電纜作為其輸入輸出的接口，接線電纜的電源輸入接口的電源輸入范圍為DC2.7V?5.5V，該接線電纜為互相屏蔽的三芯線，分別與傳感器電路的電源輸入端、信號輸出端及地線相連；電子線路器件板及其上各單元(包括無源晶振、施密特觸發(fā)器、信號衰減器、真有效值檢測器等)外依次涂有防水膠；
[0024]所述施密特觸發(fā)器，用于將無源晶振的輸出信號整形成一標(biāo)準(zhǔn)方波信號；
[0025]所述信號衰減器，用于降低方波激勵信號產(chǎn)生單元輸出的方波信號的幅度，并將處理后的信號發(fā)送至探針；
[0026]所述探針采用3PE防腐鋼，至少為一根，每根探針均包含正極和負(fù)極兩部分(這部分技術(shù)通過現(xiàn)有技術(shù)即可實現(xiàn)，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)知曉)，置于待測土壤中進(jìn)行不同土壤深度的土壤水分測量；
[0027]所述真有效值檢測器，用于將探針上的信號進(jìn)行真有效值轉(zhuǎn)換，以將每根探針上的波形信號以等效的直流電壓輸出到數(shù)據(jù)采集顯示儀表進(jìn)行顯示。
[0028]當(dāng)探針數(shù)量為兩根以上時，探針相互平行、間距相同且長度不等。
[0029]探針由兩個長條印刷電路板構(gòu)成，長條印刷電路板上設(shè)有電接觸區(qū)，長條印刷電路板與電子線路器件板電連接且為一體成型結(jié)構(gòu)，探針通過電接觸區(qū)采集信號并傳至真有效值檢測器。
[0030]所述探針長大于或等于lcm，寬大于或等于0.2cm，厚為0.8-2mm，兩只探針的距離大于或等于0.2cm，且探針末端設(shè)計成三角形，探針末端設(shè)計成三角形是為能容易插入土壤，探針只讓電接觸區(qū)的敷銅裸露與待測土壤接觸進(jìn)行測。
[0031]電子線路器件板與長條印刷電路板均為雙層印刷電路板，長條印刷電路板上、下表面均涂覆有絕緣層，其至少其中一表面與絕緣層之間涂覆有銅層，該電接觸區(qū)位于長條印刷電路板涂覆有銅層的表面的四周及長條印刷電路板的側(cè)面，該銅層延伸至四周及側(cè)面處。
[0032]所述電源濾波電路是由電阻R1、電容Cl和電感LI組成的RLC濾波電路，電阻Rl和電感LI并聯(lián)，并聯(lián)電路的一端與電源相連，并聯(lián)電路的另一端與電容Cl相連，電容Cl的另一端接地。
[0033]電阻Rl主要用來防止電感LI和電容Cl組成的LC電路發(fā)生諧振。RLC濾波電路在電路布局上盡量靠近有源晶振的電源輸入端，以最大程度減小射頻環(huán)路電流，避免有源晶振可能引起與諧振頻率有關(guān)的電流環(huán)路輻射。其中，電感LI為IyH，電阻Rl為2.2 Ω，電容CI為0.047yF，該電路能對15MHz以上的頻率信號進(jìn)行20dB以上的衰減。RLC濾波電路對外接電源進(jìn)行濾波后，再供給電路中的各個電路單元使用，從而為其提供一個穩(wěn)定、無紋波的工作電壓。
[0034]真有效值檢測器是型號為AD8361的集成電路，它是一個真有效值功率檢測器件，其輸入端與一RC高通濾波器電路相連，由單電源供電，工作電壓為2.7V?6.5V，功耗很低，只需要消耗1.1mA的電流，能將頻率在2.5GHz范圍內(nèi)、最高幅值為390mV的簡單或復(fù)雜波形信號轉(zhuǎn)換成等效的直流電壓輸出，其輸出值為輸入波信號形真有效值的7.5倍，而且體積小，只有6只引腳，外圍電路也很簡單，只需要4只電容C2、C3、C4、C5和一只電阻R3即可。其中，電容C2和電容C3是AD8361的去耦電容，用于進(jìn)一步濾除電源的噪聲和紋波，為AD8361提供一個干凈的工作電壓；電容C5用來降低AD8361輸出信號的噪聲；電阻R3和電容C4與AD8361本身的輸入阻抗構(gòu)成一個高通濾波電路，只讓高于某一頻率的信號進(jìn)入AD8361的信號輸入端，根據(jù)本電路的參數(shù)計算，AD8361可以對頻率高于1kHz的波形信號進(jìn)行功率的真有效值檢測。所述RC高通濾器電路中，電容C4的容量為IpF-0.1F，串聯(lián)在真有效值檢測器的輸入端與探針之間；電阻R2為75 Ω -95，連接在電容C4與地線之間
[0035]本實用新型的描述和應(yīng)用是說明性的，并非想將本實用新型的范圍限制在上述實施例中。這里所披露的實施例的變形和改變是可能的，對于那些本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說實施例的替換和等效的各種部件是公知的。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該清楚的是，在不脫離本實用新型的精神或本質(zhì)特征的情況下，本實用新型可以以其他形式、結(jié)構(gòu)、布置、比例，以及用其他元件、材料和部件來實現(xiàn)。
【主權(quán)項】
1.一種適用不同土壤深度的土壤水分檢測儀，包括土壤水分傳感器和與土壤水分傳感器通訊連接的數(shù)據(jù)采集顯示儀表，其特征在于，土壤水分傳感器包括外殼，外殼分為通過環(huán)氧樹脂密封的前殼體和后殼體兩部分，外殼內(nèi)部設(shè)有電子線路器件板和屏蔽電纜，電子線路器件板上集成有通過時鐘電路產(chǎn)生震蕩的無源晶振，無源晶振依次連接有施密特觸發(fā)器、信號衰減器、探針、真有效值檢測器以及用于提供穩(wěn)定、無紋波工作電壓的電源濾波電路， 所述施密特觸發(fā)器，用于將無源晶振的輸出信號整形成一標(biāo)準(zhǔn)方波信號； 所述信號衰減器，用于降低方波激勵信號產(chǎn)生單元輸出的方波信號的幅度，并將處理后的信號發(fā)送至探針； 所述探針采用3PE防腐鋼，至少為一根，每根探針均包含正極和負(fù)極兩部分，置于待測土壤中進(jìn)行不同土壤深度的土壤水分測量； 所述真有效值檢測器，用于將探針上的信號進(jìn)行真有效值轉(zhuǎn)換，以將每根探針上的波形信號以等效的直流電壓輸出到數(shù)據(jù)采集顯示儀表進(jìn)行顯示； 當(dāng)探針數(shù)量為兩根以上時，探針相互平行、間距相同且長度不等。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適用不同土壤深度的土壤水分檢測儀，其特征在于，探針由兩個長條印刷電路板構(gòu)成，長條印刷電路板上設(shè)有電接觸區(qū)，長條印刷電路板與電子線路器件板電連接且為一體成型結(jié)構(gòu)，探針通過電接觸區(qū)采集信號并傳至真有效值檢測器。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種適用不同土壤深度的土壤水分檢測儀，其特征在于，所述探針長大于或等于lcm，寬大于或等于0.2cm，厚為0.8-2mm，兩只探針的距離大于或等于0.2cm,且探針末端設(shè)計成三角形。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種適用不同土壤深度的土壤水分檢測儀，其特征在于，電子線路器件板與長條印刷電路板均為雙層印刷電路板，長條印刷電路板上、下表面均涂覆有絕緣層，其至少其中一表面與絕緣層之間涂覆有銅層，該電接觸區(qū)位于長條印刷電路板涂覆有銅層的表面的四周及長條印刷電路板的側(cè)面，該銅層延伸至四周及側(cè)面處。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適用不同土壤深度的土壤水分檢測儀，其特征在于，所述電源濾波電路是由電阻Rl、電容CI和電感LI組成的RLC濾波電路，電阻Rl和電感LI并聯(lián)，并聯(lián)電路的一端與電源相連，并聯(lián)電路的另一端與電容Cl相連，電容Cl的另一端接地。
【文檔編號】G01N27/00GK205643230SQ201620259226
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年3月31日
【發(fā)明人】李波
【申請人】成都齊沃農(nóng)業(yè)科技有限公司