专利名称：遥测式土壤水分测定仪的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种测量土壤水分含量的装置，特别是一种采用电子方法的遥测式土壤水分测定仪。
现有的测定土壤水分的方法有一．传统方法用铝盆取土称重后烘干计算土壤含水率。
二．仪器测定1．石膏块测定测定不准，埋入土壤后不久，参数失灵；2．陶磁负压计测定范围窄，容易失灵；3．中子水分仪设备先进，比较准确，系利用土壤水分吸收中子的特性进行测量，设备成本高，有一定放射污染，安全性不好。
本发明的目的是克服上述几种仪器、测定方法的不足，提供一种测定数据准确，可连续测量，使用安全、方便，制造成本较低的遥测式土壤水分测定仪。
本发明的目的按下述方案实现遥测式土壤水分测试仪，包括发射器和接收器，发射器内装有交流阻抗式探头M4、文氏震荡器M2、衰减器M3、反相输入电压放大器M5、带通滤波器M6、定时触发器M1及信号发射器M7，由运算放大器LM324的8、9、10脚组成文氏震荡器M2，产生400Hz正弦交流波，经LM324的12、13、14脚组成的衰减器M3输入探头M4，探头M4接收输入的电压值后，随土壤含水率变化的电压值输入LM324的5、6、7脚组成的反相输入电压放大器M5，再输入带通滤波器M6，经滤波的信号输入信号放射器M7内的MC2833发射集成块的第5脚，经倍频至49.7MHz后由第9脚发射出去，接收器包括电源电路M8、信号接收电路M9、AC/DC转换及整流稳压电路M10、模拟/数字转换电路M11、缓冲采样控制集成块M12、PS1016固化BASIC单片机及多次可擦写的EPROM M13、数码显示器M14，上述发射器的发射信号由接收器的信号接收电路M9内的MC3362接收集成块1脚接收，一系列内部处理由13脚输出，经AC/DC变换及整流稳压电路M10、模拟/数字转换电路M11输入缓冲采样控制块M12内的HC245集成块，控制采样和PS1016的分别计算含水率驱动数码显示器M14；上述交流阻抗式探头M4是一方形盒，方形盒上、下两面为绝缘材料(3)，侧面相对位置是两电容极板(2)，另外两相对位置是纱网(4)，方形盒内填充有粒径大于纱网(4)孔径的非极性颗粒；上述发射器的电路部分装在一密封体内，该密封体包括外壳(11)、天线(12)、电路板(14)、密封材料(13)、引线(10)、(15)、电路板固定座(16)；上述发射器电路中文氏震荡器M2、衰减器M3、反相输入电压放大器M5和带通滤波器M6是以LM324运算放大器为主元件，配合周边电阻、电容构成，以实现各自的功能；上述发射器内的定时触发器M1包括型号为PIC12C508的单片机、电池G1、TPS1100DRMOS管及周边的电阻、电容，实现定时触发；上述发射器内的信号发射器M7包括MC2833发射集成块、天线X3及辅助电阻、电容、电感元件；上述接收器的信号接收电路M9包括接收天线X1、接收集成电路MC3362，天线接收信号由MC3362的1脚输入，经内部一系列处理将还原的信号由13脚输出，其内还包括与MC3362配套的电感、电阻、电容以实现信号的接收功能；上述接收器中的AC/DC变换及整流电路M10包括变换集成块LM358、二极管V2、V3、V4及相应的电阻、电容，以实现变换、整流的功能；上述接收器的模拟/数字转换电路M11的主元件是MC14433转换集成块；上述接收器的缓冲采样控制块M12的主元件是HC245缓冲集成块；上述数码显示器M14是三位LED数码管，与HC245和PS1016相接。
上述交流阻抗式探头M4是一圆柱体，圆柱体的中轴是电极柱的一极(5)，其外缘作为另一极(8)，圆柱体的顶和底由绝缘材料(7)封住，外缘和中轴上有引线(9)。
本发明是基于经过实验研究发现土壤含水率和土壤交流阻抗值(实际采用的是和土壤交流阻抗成函数数值关系的交流有效电平值)之间有很好的相关关系，相关系数都在0.9657~0.9939之间，它们的数学表达式为W=aUb其中W-土壤含水率百分数值(％)a-实验确定的系数(代表土壤特性)U-经土壤阻抗调制的交流电平有效值(mv)b-阻抗与交流电平有效电压值函数关系(实测值为0.4384-0.5621，理论值为0.5)
基于上述原理，本发明的仪器分两部分，一部分是含有探头的发射器，另一部分是接收器，接收器制成手持式数字仪表。
使用时将含有探头的发射器埋入土壤层中，手持接收器在离发射器10米范围内可直接读取土壤含水率，由于发射器信号消耗功率较大，探头埋入土层后又不便随时换电池，所以现阶段采用间歇发射方式，一年更换一次电池，同样由于电池原因目前发射距离不能很远，埋入田间30cm土层下在10米内可接收到信号，本发明制造成本发射器约200元，接收器约300元，埋入探头后不影响田间作业，中子水分仪进口货约1.2万元，国产货约6000-7000元，本发明与现有技术相比有显著的进步，产生极为明显的效果。
图1和图2是本发明交流阻抗式探头M4的两种结构示意图；图3是发射器封装电路部分的结构图；图4是发射器电路图；图5是接收器电路图；以下结合附图通过实施例对本发明进行更详细的描述实施例如图1、图2、所示，本发明发射器的探头M4可以制成两种形式，一种是立方形，一种圆柱形，方形盒式探头的上、下两面为绝缘材料3，侧面相对位置是两电容极板2，另外两相对面是纱网4，盒内填充有粒径大于纱网孔径的非极性颗粒，本例中的填充材料为80目水稳粉质材料，纱网为100目；两极板2上引出两根导线1；圆柱形探头的上、下两端也用绝缘材料7封孔，圆柱体中轴位置作为一电极5，圆柱体外缘作为另一极8，外缘上罩有筛网9，柱体内填充有非极性颗粒，其颗粒比筛网孔径发射器的电路部分封装在一密封体内，如图3所示是其中一种结构，密封体包括外壳11、天线12、天线密封材料13、电路板14、电路板固定座16及引线15、10，引线15与探头M4连接。
发射器电路部分如图4所示，发射器内装有交流阻抗式探头M4、文式震荡器M2、衰减器M3、反相输入电压放大器M5、带通滤波器M6、定时触发器M1及信号发射器M7，M2、M3、M5、M6的主要元件是LM324运算放大器，其中文氏震荡器M2由LM324的8、9、10脚组成(N3C)，M2内还有电阻R9、R10、R11、R12，电容C10、C11、C12，衰减器M3由LM324的12、13、14脚组成(N3D)，其内还包括电阻R6、R7、R8,M5由LM324的5、6、7脚构成(N3B)，还包括电阻R13,M6由LM321的1、2、3脚构成，还包括电阻R14、R15、R16，电容C8，信号发射器M7包括发射集成块MC2833(N2)、天线X3(RFQUT)、电阻R4、R5、R17、R18、R20、R21，电容C2、C6、C7、C4、C5、C13、C14、C16、C17、C18、C19、C15、C20、C21、C22，电感L1、L2、L3、L4，稳压管G2等。
接收器电路如图5所示，接收器包括信号接收电路M9、电源电路M8、AC/DC转换及整流稳压电路M10、模拟/数字转换电路M11、缓冲采样控制块M12、PS1016固化BASIC片机及多次可擦写的EPROM M13及数码显示器M14,M9内包括MC3362接收集成块电路N3、接收天线X1(RFIN)、稳压管G3、G4、G5，电阻R7、R8、R9、R17，电容C8、C9、C10、C20、C21、C23、C24、C25、C26、C27、C28、C11，电感L1、L2等；AC/DC转换电路M10包括变换集成块(N4B)LM358、二极管V2、V3、V4，电阻R18、R19、R20、R21、R22、R23，电容C12、C13、C14、C15、C16、C17，模拟/数字转换电路M11包括转换模块MC1433、LM385-12(V3)、电阻R13、R14、R15、R16、R11、R12，电容C18等，缓冲采样控制块M12包括缓冲集成块HC245(D3)等；PS1016固化BASIC单片机(D2)及多次可擦写的EEPROM模块内有存储块D1(24LC168B)，串行口X2，读、写口X3、X4及电阻R4、R5，电容C5、C6、C7二极管V1，整流管G2等；数码显示器包括三位LED数码管H1、H2、H3，型号为E10401-J-F。
本发明经现场验证，测定含水率的准确性、连续性都较好，对检测土壤水分，适时灌溉，控制灌溉用水以达到经济用水，从而降低种植成本都有较好作用。我国是农业大国，本发明在农业方面的应用有十分广阔的前景。
权利要求
1．一种遥测式土壤水分测试仪，包括发射器和接收器，其特征在于发射器包括交流阻抗式探头(M4)、文氏震荡器(M2)、衰减器(M3)、反相输入电压放大器(M5)、带通滤波器(M6)、定时触发器(M1)及信号发射器(M7)，由文氏振荡器(M2)产生的400Hz正弦交流波经衰减器(M3)衰减后输入探头(M4)，然后经反相输入电压放大器(M5)放大和带通滤波器(M6)滤波后输入至信号发射器(M7)内的MC2833发射集成块的第5脚，经倍频至49.7MHZ后由第9脚放射，接收器包括电源电路(M8)、信号接收电路(M9)、AC/DC转换及整流稳压电路(M10)、模拟/数字转换电路(M11)、缓冲采样控制块(M12)、PS1016固化单片机及可擦写的EPROM(M13)、数码显示器(M14)，发射信号经信号接收器(M9)由MC3362接收集成块1脚接收由13脚输出，经AC/DC变换及整流稳压电路(M10)后，再经模拟/数字转换电路(M11)转换进入缓冲采样控制块(M12)的HC245缓冲集成块控制采样，经过PS1016的分别计算含水率驱动数码显示器(M14)。
2．根据权利要求1所述的一种遥测式土壤水分测试仪，其特征在于上述交流阻抗式探头(M4)是一方形盒，其中方形盒上下两面为绝缘材料(3)，侧面相对位置是两电容板(2)、另外两相对位置是纱网(4)，方形盒内填充有粒径大于纱网孔径的非极性颗粒。
3．根据权利要求1所述的一种遥测式土壤水分测试仪，其特征在于上述发射器的电路部分装在一密封体内，该密封体包括外壳(11)、天线(12)、电路板(14)、密封材料(13)，引线(10)、(15)，电路板固定座(16)。
4．根据权利要求1所述的一种遥测式土壤水分测试仪，其特征在于上述发射器电路中文氏震荡器(M2)、衰减器(M3)、反相输入电压放大器(M5)和带通滤波器(M6)是以LM324运算放大器为主元件，配合周边电阻、电容构成，以实现各自的功能。
5．根据权利要求1所述的遥测式土壤水分测试仪，其特征在于上述发射器内的定时触发器(M1)包括型号为PIC12C508的单片机、电池G1、TPS1100DRMOS管及周边的电阻、电容，实现定时触发。
6．根据权利要求1所述的一种遥测式土壤水分测试仪，其特征在于上述发射器内的信号发射器(M7)包括发射集成块、天线(X3)及辅助电阻、电容、电感元件。
7．根据权利要求1所述的一种遥测式土壤水分测试仪，其特征在于上述接收器的信号接收电路(M9)包括接收天线(X1)、接收集成电路MC3362，天线接收信号由MC3362的1脚输入，经内部一系列处理将还原的信号由13脚输出，其内还包括与MC3362配套的电感、电阻、电容以实现信号的接收功能。
8．根据权利要求1所述的一种遥测式土壤水分测试仪，其特征在于上述接收器中的AC/DC变换及整流电路(M10)包括变换集成块LM358、二极管V2、V3、V4及相应的电阻、电容，以实现变换、整流的功能。
9．根据权利要求1所述的一种遥测式土壤水分测试仪，其特征在于上述接收器的模拟/数字转换电路(M11)的主元件是MC14433转换集成电路。
10．根据权利要求1所述的一种遥测式土壤水分测试仪，其特征在于上述接收器的缓冲采样控制块(M12)的主元件是HC245缓冲集成块。
11．根据权利要求1或10所述的一种遥测式土壤水分测试仪，其特征在于上述数码显示器(M14)三位LED数码管，与HC245和PS1016相接。
12．根据权利要求1所述的一种遥测式土壤水分测试仪，其特征在于，上述交流阻抗式探头(M4)是一圆柱体，圆柱体的中轴是电极柱的一极(5)，其外缘作为另一极(8)，圆柱体的顶和底由绝缘材料(7)封住，外缘和中轴上有引线(8)。
全文摘要
本发明涉及一种遥测式土壤水分测定仪,它包括发射器和接收器,发射器包括交流阻抗式探头M4、文氏震荡器M2、衰减器M3、反相输入电压放大器M5、带通滤波电路M6、定时触发器M1及信号发射器M7;接收器包括电源电路、信号接收电路,PS1016固化BASIC单片机及多次可擦写的EPROM、数码显示器及AC/DC变换、模拟数字变换等电路。使用时将发射器埋入土壤层中,手持接收器在离发射器10米范围内可直接读取土壤含水率。
文档编号G01N27/02GK1222676SQ9811533
公开日1999年7月14日 申请日期1998年6月18日 优先权日1998年6月18日
发明者李培德, 李俏春 申请人:李培德, 李俏春