专利名称：频域反射式土壤湿度传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种土壤湿度传感器，尤其涉及一种频域反射式土壤湿度传感器。
背景技术：
土壤含水率是土壤的重要物理参数，土壤水是联系地表水与地下水的纽带，在水资源的形成、转化及消耗过程中有重要作用，土壤水分状况对于降雨产流、蒸散发及生态环境下垫面植被生态系统的变化等具有重要意义。同时，土壤含水率也是农业生产条件中的一项关键指标，土壤水分含量的大小对农作物的生长有至关重要的作用。土壤中有机养分的分解矿化离不开水分，施入土壤中的化学肥料只有在水中才能溶解，养分离子向根系表面迁移，以及作物根系对养分的吸收都必须通过水分介质来实现，因此有效地测量和控制土壤水分含量是现代农业生产的基础。土壤湿度传感器主要用来测量土壤容积含水量，做土壤墒情监测及农业灌溉和林业防护。目前土壤水分的测量方法有很多种，一是直接测量土壤的重量含水率和容积含水率，如烘干法、中子仪法、测量土壤传导性的各种方法等；另一类是通过测量土壤的基质势来实现的，如张力仪法、电阻块法、干湿计法等。目前，我国的农业气象观测台站对土壤水分测量的主要方法还是传统的烘干法，部分台站也布设了一些自动观测仪器进行测量，但是各种型号的仪器监测精度参差不齐，还不能取代人工取土监测。自从Trop等人提出土壤含水率与土壤介电常数之间存在着确定性的单值多项式关系，便为土壤水分的测量开辟了一个新的研究方向，即通过测量土壤的介电常数来求土壤含水率。利用电磁波在不同介质中振荡频率的变化来测定介质的介电常数ε，进而通过一定的对应关系反演出土壤水分Ον。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于频域反射原理(Frequency DomainReflectometry, FDR)的土壤湿度传感器,其可以实现在一定区域范围内的单点单深度、多点多深度土壤水分测量。本发明的另一目的是提供一种可实现电流或电压输出的土壤湿度传感器，可方便连接各种测试仪器，电流输出有很强的抗干扰能力，有利于远距离传输。本发明的又一目的是提供一种方便的土壤湿度传感器，只需将其插入预先埋置在探测地点的PVC管内即可，测量时间只需短短的几秒钟。以下即对上述目的，结合附图详细说明较佳的实施例。
图I所示为依据本发明较佳实施例的传感器内部构造的方框图。图2所示为依据本发明第二实施例的传感器方框图。
具体实施例方式[第一实施例]图I所示为依据本发明较佳实施例的传感器内部构造的方框图。于图I中，传感器包括电源模块20、振荡单元31、驱动单元32、输出探针33、反馈探针41、反馈数据采集单元42、放大单元43、电压-电流转换单元44、电源输入线路11和电压/电流输出线路12，。其中电压-电流转换单元44为选配单元。参见图1，振荡单元31输出IOOMHz标准测试频率信号，经由驱动单元32加到输出探针33上，根据不同的土壤湿度情况，反馈探针41得到与土壤湿度情况相关的反馈信号，经由反馈数据采集单元42、放大单元43输出与土壤湿度情况相关的电压信号，或经由选配单元电压-电流转换单元44输出与土壤湿度情况相关的电流信号。[第二实施例]
图2所示为依据本发明第二实施例的传感器方框图。于图2中，传感器包括频域反射式土壤湿度传感器主体I、输出探针33、反馈探针41、电源及输出电缆10和电压-电流转换单元44。其中电压-电流转换单元44为选配单元。参见图2，频域反射式土壤湿度传感器主体I采用树脂灌封、输出探针33及对称分布的反馈探针41采用不锈钢探针，可有效防止土壤、水分及其它物质对传感器单元、探针的损害和影响，作为选配单元，电压-电流转换单元44配置在传感器主体外，可实现电流或电压输出，方便连接各种测试仪器。
权利要求
1.一频域反射式土壤湿度传感器包括 一振荡单元,用以产生IOOMHz的稳定振荡频率信号； 一驱动单元，用以驱动振荡单元以达到足够输出幅度； 一输出探针单元，用以输出频率信号； 一反馈探针单元，用以输入反馈频率信号； 一反馈数据采集单元，用以转换反馈频率信号； 一放大单元，用以放大反馈数据采集单元输出信号； 一电源模块，用以产生各单元电路所需电源信号； 一电压-电流转换单元，用以实现电压-电流输出转换。
其特征在于根据反馈频率信号，得到与土壤的介电常数相关的电压或电流输出信号，以实现对土壤含水率即土壤湿度的测量。
2.如权利I所述的频域反射式土壤湿度传感器，其探针包括一不锈钢输出探针单元和一不锈钢反馈探针单元构成。
3.如权利2所述的反馈探针单元包括2根对称分布的不锈钢反馈探针，用以实现反馈信号的输入。
4.如权利I所述的频域反射式土壤湿度传感器，其振荡单元采用高稳定性的晶体振荡器，以产生稳定的IOOMHz测试频率信号。
5.如权利I所述的频域反射式土壤湿度传感器，其驱动单元采用高频功率放大器，以产生足够幅度的输出信号。
6.如权利I所述的频域反射式土壤湿度传感器，其反馈数据采集单元采用高精度采集转换电路，以实现高精度的数据转换与采集。
7.如权利I所述的频域反射式土壤湿度传感器，其放大单元采用低功耗差分放大电路，消除直流电平干扰并降低传感器功耗。
8.如权利I所述的频域反射式土壤湿度传感器，其电源模块采用低压差线性稳压器、极性转换电路，以实现对传感器各单元电路的电源供给。
9.如权利I所述的频域反射式土壤湿度传感器，其电压-电流转换单元采用线性电压-电流转换，以保证远距离传输时的输出信号精度。
10.如权利I所述的频域反射式土壤湿度传感器，其特征是通过测量土壤的介电常数来测量土壤容积含水率即土壤湿度。
全文摘要
本发明提供了一种基于频域反射原理的土壤湿度传感器，其可以实现在一定区域范围内的单点单深度、多点多深度的快速土壤水分测量。频域反射式土壤湿度传感器采用电流或电压输出，可方便连接各种测试仪器，电流输出有很强的抗干扰能力，有利于远距离传输。频域反射式土壤湿度传感器应用方便，只需将其插入预先埋置在探测地点的PVC管内即可，测量时间只需短短的几秒钟。根据图1制作的频域反射式土壤湿度传感器具有以下功能频域反射式土壤湿度传感器通过测量土壤的的介电常数ε，可以实现在一定区域范围内的单点单深度、多点多深度的快速土壤水分测量。
文档编号G01N27/22GK102788823SQ20111013157
公开日2012年11月21日 申请日期2011年5月20日 优先权日2011年5月20日
发明者康志龙, 朱建业, 汪红, 苏彦莽 申请人:河北工业大学