一种适用不同土壤深度的土壤水分检测仪的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种适用不同土壤深度的土壤水分检测仪，包括土壤水分传感器和与土壤水分传感器通讯连接的数据采集显示仪表，土壤水分传感器包括外壳，外壳分为通过环氧树脂密封的前壳体和后壳体两部分，外壳内部设有电子线路器件板和屏蔽电缆，电子线路器件板上集成有通过时钟电路产生震荡的无源晶振，无源晶振依次连接有施密特触发器、信号衰减器、探针、真有效值检测器以及用于提供稳定、无纹波工作电压的电源滤波电路。本实用新型成本低、结构简单、能实时测量且适用不同土壤深度的土壤水分。
【专利说明】
一种适用不同土壤深度的土壤水分检测仪
技术领域
[0001 ]本实用新型属于农业科学技术领域，尤其涉及一种土壤水分检测仪。
【背景技术】
[0002]土壤水分是影响农作物生长的重要因素之一，它与农作物的生长状况密切相关。在精细农业生产中，需要长期监测和及时获取土壤中的水分含量信息，以实现精准灌溉，从而达到既能满足农作物的生理需水要求，又不造成水资源的浪费，这就需要一种土壤水分测试装置。
[0003]土壤水分的测量方法有:烘干法、中子法、电阻法、电容法、TDR(时域反射法)、FDR(频域反射法)和SWR(驻波法)。烘干法测量精度高，但需取样测量，而且测量周期长，不适合实时测量；中子法是氢原子对中子源发射的射线的吸收作用进行测量的，精度高且实时性强，但技术复杂而且中子射线会对环境和人类造成伤害；电阻法和电容法是利用土壤的介电特性来间接测量的，速度快，但对土壤的适应性较差;TDR和H)R是国外的专利技术，测量精度很高，但是电路复杂、技术难度大，导致成本极高，达到数千甚至上万美元;SWR法采用精密信号源，通过测量驻皮率的方法，可使成本降至几百元，但对于在农业推广应用而言，成本还是偏高。综合考虑技术难度、成本、精度、实时性等因素，当前土壤水分测量方法中，以介电方法较为普遍。但目前各种商品化介电法土壤水分传感器以针式结构居多，该结构具有几何结构简单、制作方便等特点，但受探针强度的影响，探针的长度不能太长，从而限制了测量的土层深度的范围；此外，由于传感器的外形尺寸等原因，不便将其埋入土壤深层进行测量。
【实用新型内容】
[0004]鉴于现有技术中存在的上述问题，本实用新型的主要目的在于解决现有技术的缺陷，提供一种成本低、结构简单、能实时测量且适用不同土壤深度的土壤水分检测仪。
[0005]本实用新型采用的技术方案如下:
[0006]—种适用不同土壤深度的土壤水分检测仪，包括土壤水分传感器和与土壤水分传感器通讯连接的数据采集显示仪表，土壤水分传感器包括外壳，外壳分为通过环氧树脂密封的前壳体和后壳体两部分，外壳内部设有电子线路器件板和屏蔽电缆，电子线路器件板上集成有通过时钟电路产生震荡的无源晶振，无源晶振依次连接有施密特触发器、信号衰减器、探针、真有效值检测器以及用于提供稳定、无纹波工作电压的电源滤波电路，
[0007]所述施密特触发器，用于将无源晶振的输出信号整形成一标准方波信号；
[0008]所述信号衰减器，用于降低方波激励信号产生单元输出的方波信号的幅度，并将处理后的信号发送至探针；
[0009]所述探针采用3PE防腐钢，至少为一根，每根探针均包含正极和负极两部分，置于待测土壤中进行不同土壤深度的土壤水分测量；
[0010]所述真有效值检测器，用于将探针上的信号进行真有效值转换，以将每根探针上的波形信号以等效的直流电压输出到数据采集显示仪表进行显示；
[0011]当探针数量为两根以上时，探针相互平行、间距相同且长度不等，可同时检测不同土壤深处的水分情况。
[0012]进一步的，探针由两个长条印刷电路板构成，长条印刷电路板上设有电接触区，长条印刷电路板与电子线路器件板电连接且为一体成型结构，探针通过电接触区采集信号并传至真有效值检测器。
[0013]进一步的，所述探针长大于或等于lcm，宽大于或等于0.2cm，厚为0.8-2_，两只探针的距离大于或等于0.2cm，且探针末端设计成三角形。
[0014]进一步的，电子线路器件板与长条印刷电路板均为双层印刷电路板，长条印刷电路板上、下表面均涂覆有绝缘层，其至少其中一表面与绝缘层之间涂覆有铜层，该电接触区位于长条印刷电路板涂覆有铜层的表面的四周及长条印刷电路板的侧面，该铜层延伸至四周及侧面处。
[0015]进一步的，所述电源滤波电路是由电阻R1、电容Cl和电感LI组成的RLC滤波电路，电阻Rl和电感LI并联，并联电路的一端与电源相连，并联电路的另一端与电容Cl相连，电容Cl的另一端接地。
[0016]综上所述，与现有技术相比，本实用新型的有益效果是:
[0017]本实用新型采用的是无源晶振，没有电压的问题，信号电平是可变的，也就是说是根据起振电路来决定的，同样的晶体可以适用于多种电压，可用于多种不同时钟信号电压要求的DSP，而且价格通常也较低，可降低成本；因此对于一般的应用如果条件许可建议用精度较高的石英晶体探针采用3PE防腐钢，3PE防腐钢第一层环氧粉末(FBE>100um)，第二层胶粘剂(AD)170?250um，第三层聚乙烯(PE)2.5?3.7mm，三种材料融为一体，并与钢管牢固结合形成优良的防腐层，既有很强的机械强度，又有很强的耐腐蚀性，适合深埋土壤，探测土壤深处的水分情况;加之，结构简单、体积小、功耗低、成本较低;输入输出接口简单，既易于应用，又方便二次仪器仪表的开发;探针与整个电子线路器件板一体化，制作工艺简化；能埋入土壤的不同深度进行实时和长期测量，且基本上不受土壤中电导的影响，对土壤适应性好。
【附图说明】
[0018]本实用新型将通过例子并参照附图的方式说明，其中:
[0019]图1是本实用新型中土壤水分传感器的原理框图；
[0020]图2是本实用新型电源滤波电路原理图。
【具体实施方式】
[0021]本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
[0022]如图1?图2所示:本实施例的一种适用不同土壤深度的土壤水分检测仪，包括土壤水分传感器和与土壤水分传感器通讯连接的数据采集显示仪表，土壤水分传感器包括外壳，外壳分为通过环氧树脂密封的前壳体和后壳体两部分，外壳内部设有电子线路器件板和屏蔽电缆，电子线路器件板上集成有通过时钟电路产生震荡的无源晶振，无源晶振依次连接有施密特触发器、信号衰减器、探针、真有效值检测器以及用于提供稳定、无纹波工作电压的电源滤波电路，电源滤波电路分别与无源晶振、施密特触发器、信号衰减器、真有效值检测器相连接；
[0023]土壤水分传感器通过接线电缆作为其输入输出的接口，接线电缆的电源输入接口的电源输入范围为DC2.7V?5.5V，该接线电缆为互相屏蔽的三芯线，分别与传感器电路的电源输入端、信号输出端及地线相连；电子线路器件板及其上各单元(包括无源晶振、施密特触发器、信号衰减器、真有效值检测器等)外依次涂有防水胶；
[0024]所述施密特触发器，用于将无源晶振的输出信号整形成一标准方波信号；
[0025]所述信号衰减器，用于降低方波激励信号产生单元输出的方波信号的幅度，并将处理后的信号发送至探针；
[0026]所述探针采用3PE防腐钢，至少为一根，每根探针均包含正极和负极两部分(这部分技术通过现有技术即可实现，本领域技术人员应当知晓)，置于待测土壤中进行不同土壤深度的土壤水分测量；
[0027]所述真有效值检测器，用于将探针上的信号进行真有效值转换，以将每根探针上的波形信号以等效的直流电压输出到数据采集显示仪表进行显示。
[0028]当探针数量为两根以上时，探针相互平行、间距相同且长度不等。
[0029]探针由两个长条印刷电路板构成，长条印刷电路板上设有电接触区，长条印刷电路板与电子线路器件板电连接且为一体成型结构，探针通过电接触区采集信号并传至真有效值检测器。
[0030]所述探针长大于或等于lcm，宽大于或等于0.2cm，厚为0.8-2mm，两只探针的距离大于或等于0.2cm，且探针末端设计成三角形，探针末端设计成三角形是为能容易插入土壤，探针只让电接触区的敷铜裸露与待测土壤接触进行测。
[0031]电子线路器件板与长条印刷电路板均为双层印刷电路板，长条印刷电路板上、下表面均涂覆有绝缘层，其至少其中一表面与绝缘层之间涂覆有铜层，该电接触区位于长条印刷电路板涂覆有铜层的表面的四周及长条印刷电路板的侧面，该铜层延伸至四周及侧面处。
[0032]所述电源滤波电路是由电阻R1、电容Cl和电感LI组成的RLC滤波电路，电阻Rl和电感LI并联，并联电路的一端与电源相连，并联电路的另一端与电容Cl相连，电容Cl的另一端接地。
[0033]电阻Rl主要用来防止电感LI和电容Cl组成的LC电路发生谐振。RLC滤波电路在电路布局上尽量靠近有源晶振的电源输入端，以最大程度减小射频环路电流，避免有源晶振可能引起与谐振频率有关的电流环路辐射。其中，电感LI为IyH，电阻Rl为2.2 Ω，电容CI为0.047yF，该电路能对15MHz以上的频率信号进行20dB以上的衰减。RLC滤波电路对外接电源进行滤波后，再供给电路中的各个电路单元使用，从而为其提供一个稳定、无纹波的工作电压。
[0034]真有效值检测器是型号为AD8361的集成电路，它是一个真有效值功率检测器件，其输入端与一RC高通滤波器电路相连，由单电源供电，工作电压为2.7V?6.5V，功耗很低，只需要消耗1.1mA的电流，能将频率在2.5GHz范围内、最高幅值为390mV的简单或复杂波形信号转换成等效的直流电压输出，其输出值为输入波信号形真有效值的7.5倍，而且体积小，只有6只引脚，外围电路也很简单，只需要4只电容C2、C3、C4、C5和一只电阻R3即可。其中，电容C2和电容C3是AD8361的去耦电容，用于进一步滤除电源的噪声和纹波，为AD8361提供一个干净的工作电压；电容C5用来降低AD8361输出信号的噪声；电阻R3和电容C4与AD8361本身的输入阻抗构成一个高通滤波电路，只让高于某一频率的信号进入AD8361的信号输入端，根据本电路的参数计算，AD8361可以对频率高于1kHz的波形信号进行功率的真有效值检测。所述RC高通滤器电路中，电容C4的容量为IpF-0.1F，串联在真有效值检测器的输入端与探针之间；电阻R2为75 Ω -95，连接在电容C4与地线之间
[0035]本实用新型的描述和应用是说明性的，并非想将本实用新型的范围限制在上述实施例中。这里所披露的实施例的变形和改变是可能的，对于那些本领域的普通技术人员来说实施例的替换和等效的各种部件是公知的。本领域技术人员应该清楚的是，在不脱离本实用新型的精神或本质特征的情况下，本实用新型可以以其他形式、结构、布置、比例，以及用其他元件、材料和部件来实现。
【主权项】
1.一种适用不同土壤深度的土壤水分检测仪，包括土壤水分传感器和与土壤水分传感器通讯连接的数据采集显示仪表，其特征在于，土壤水分传感器包括外壳，外壳分为通过环氧树脂密封的前壳体和后壳体两部分，外壳内部设有电子线路器件板和屏蔽电缆，电子线路器件板上集成有通过时钟电路产生震荡的无源晶振，无源晶振依次连接有施密特触发器、信号衰减器、探针、真有效值检测器以及用于提供稳定、无纹波工作电压的电源滤波电路， 所述施密特触发器，用于将无源晶振的输出信号整形成一标准方波信号； 所述信号衰减器，用于降低方波激励信号产生单元输出的方波信号的幅度，并将处理后的信号发送至探针； 所述探针采用3PE防腐钢，至少为一根，每根探针均包含正极和负极两部分，置于待测土壤中进行不同土壤深度的土壤水分测量； 所述真有效值检测器，用于将探针上的信号进行真有效值转换，以将每根探针上的波形信号以等效的直流电压输出到数据采集显示仪表进行显示； 当探针数量为两根以上时，探针相互平行、间距相同且长度不等。2.根据权利要求1所述的一种适用不同土壤深度的土壤水分检测仪，其特征在于，探针由两个长条印刷电路板构成，长条印刷电路板上设有电接触区，长条印刷电路板与电子线路器件板电连接且为一体成型结构，探针通过电接触区采集信号并传至真有效值检测器。3.根据权利要求2所述的一种适用不同土壤深度的土壤水分检测仪，其特征在于，所述探针长大于或等于lcm，宽大于或等于0.2cm，厚为0.8-2mm，两只探针的距离大于或等于0.2cm,且探针末端设计成三角形。4.根据权利要求2所述的一种适用不同土壤深度的土壤水分检测仪，其特征在于，电子线路器件板与长条印刷电路板均为双层印刷电路板，长条印刷电路板上、下表面均涂覆有绝缘层，其至少其中一表面与绝缘层之间涂覆有铜层，该电接触区位于长条印刷电路板涂覆有铜层的表面的四周及长条印刷电路板的侧面，该铜层延伸至四周及侧面处。5.根据权利要求1所述的一种适用不同土壤深度的土壤水分检测仪，其特征在于，所述电源滤波电路是由电阻Rl、电容CI和电感LI组成的RLC滤波电路，电阻Rl和电感LI并联，并联电路的一端与电源相连，并联电路的另一端与电容Cl相连，电容Cl的另一端接地。
【文档编号】G01N27/00GK205643230SQ201620259226
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年3月31日
【发明人】李波
【申请人】成都齐沃农业科技有限公司