专利名称：新型土壤水分测量传感器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种用于测量土壤容积含水量的传感器。
农业气象监测，土壤墒情监测与灌溉预报，智能化灌溉控制系统等农业、水利、生态领域中的土壤水分测量与控制，都需要一种有较高测量精度，稳定性与可靠性高，输入、输出特性与实时性均能满足工程实际要求的土壤水分测量传感器。已经研制成功的土壤水分测量传感器和仪表有中子测量土壤水分仪表，时域反射法(TDR)仪表，石膏块电阻等，这些土壤水分测量传感器和仪表虽已经成功地应用于科研与生产中，但存在一定的局限性。中子测量土壤水分仪表，由于有放射性源，要求现场测点预埋好放入探管的铝套管，屏蔽好。否则造成射线泄漏，危害人体健康，污染环境。时域反射法(TDR)土壤水分测量仪可实现快速实时测量，精度高，由于技术实现难度大，因此价格昂贵，例如，目前由美国进口的“TRASE”土壤水分测量系统(TDR法)，售价19100美元。不适合在我国生产中推广应用。
本实用新型的目的是要提供一种使用性能好，结构简单，造价低的土壤水分测量传感器。
为了达到本实用新型的目的所采取的技术方案包括外壳1，线路板4，装在线路板4上的同轴电缆传输线2，与同轴电缆传输线2的一端8相连的高频振荡器3，安装在同轴电缆传输线2的另一端的中心探头7及与同轴电缆传输线2的屏蔽层相连接的外围探头6，其特征在于，线路板4还包括检波滤波电路，该检波滤波电路由检波二极管2AP30E和两节由电阻、电容组成的П型滤波电路组成；同轴电缆传输线2的一端8连接到检波滤波电路的输入端11，同轴电缆传输线2的另一端9连接到检波滤波电路的另一输入端12；中心探头7与外壳1之间的连接为螺纹等可拆卸式连接；外壳1的下部做成一个可拆卸式下盖10，在该可拆卸式下盖10的中心嵌有固定套5，中心探头7通过螺纹连接固定于固定套5中，下盖10中还嵌有起密封作用的环形铜块螺母14；三个外围探头6与中心探头7平行固定在下盖10上，地线环13将三个外围探头6连为一体；中心探头7比外围探头6长。
外壳1、下盖10由塑料制成，固定套5的材料为铜，中心探头7和外围探头6的材料为不锈钢。
本实用新型的主要优点是造价低，测量适用范围广，动态响应快。


图1为本实用新型土壤水分测量传感器系统组成图。
图2为本实用新型土壤水分测量传感器结构示意图图3为本实用新型土壤水分测量传感器的检波滤波电路图。
以下结合附图对本实用新型作进一步的说明。
如图1所示，1为高频振荡器，2为同轴电缆传输线，7为中心探头，6为三根外围探头。高频振荡器1连接到同轴电缆传输线2的一端8。探头由四根不锈钢棒组成，外围探头6通过地线环13连接到同轴电缆传输线2的屏蔽层，中心探头7的一端连接到同轴电缆传输线的内层信号线端9。
如图2所示，1为外壳，7为中心探头，6为外围探头，4为线路板，14为起密封作用的环形铜块螺母，13为短路三根外围探头6的地线环，10为可拆卸式下盖，5为嵌在下盖10中的固定套，15为四芯导线。为了适应不同测量范围，中心探头7的长度分别为6厘米、10厘米、15厘米、20厘米，直径为6毫米，它通过螺纹连接固定在固定套5上，三根外围探头6的长度均为3厘米。固定套5和环形铜块螺母14的采用使用户能根据测量土层深度要求方便地选择合适长度的中心探头。
线路板4由高频振荡器1、同轴电缆传输线2和检波滤波电路组成，检波滤波电路如图3所示，它由检波二极管2AP30E和两节由电阻、电容组成的П型滤波电路组成。
四芯导线15的两芯导线分别连接直流电源的+12V和地两端，另外两芯导线分别连接图3检波滤波电路的a端和b端，作为直流信号电压的输出端。四芯导线的另一端连接专用仪表或数据采集器。
传感器供电电源为电压5-12V，电流40-80mA的直流电源或电池。
图1中同轴电缆传输线2的8端连接到图3中的检波滤波电路的输入端11，同轴电缆传输线2的9端连接到图3检波滤波电路的另一输入端12。检波滤波电路的输出直流电压Vab表示土壤容积含水量。
对于浅层土壤(20厘米深度以内)，用户选择合适长度的中心探头，安装好后，将传感器垂直插入待测土壤中，将信号输出电缆接至测量仪表或数据采集器，显示土壤容积含水量。对于深层土壤(20厘米深度以上)，选择工作长度为6厘米的中心探头，安装好后，将传感器埋入预测量位置，将信号输出电缆接至测量仪表或数据采集器即可进行连续定位测量。
当传感器探头插入土壤后，高频振荡器产生50MHz至100MHz正弦波信号，该电磁波通过同轴电缆传输线在土壤中传播，土壤含水量的变化，引起土壤介电常数和阻抗的变化，在同轴电缆传输线2的两端出现驻波的波峰与波谷，并引起两端的电压变化，同轴电缆传输线两端的正弦信号电压经过两路检波滤波电路变换为直流电压。通过测量该直流电压测量土壤容积含水量。
在实验中，本土壤水分测量传感器动态响应快，1秒钟内即可读数，而且造价明显低于时域反射仪(TDR)，适合于在生产中应用。
权利要求1.一种新型土壤水分测量传感器包括外壳(1)，线路板(4)，装在线路板(4)上的同轴电缆传输线(2)，与同轴电缆传输线(2)的一端(8)相连的高频振荡器(3)，安装在同轴电缆传输线(2)的另一端的中心探头(7)及与同轴电缆传输线(2)的屏蔽层相连接的外围探头(6)，其特征在于，线路板(4)还包括检波滤波电路，该检波滤波电路由检波二极管2AP30E和两节由电阻、电容组成的II型滤波电路组成；同轴电缆传输线(2)的一端(8)连接到检波滤波电路的输入端(11)，同轴电缆传输线(2)的另一端(9)连接到检波滤波电路的另一输入端(12)；中心探头(7)与外壳(1)之间的连接为螺纹等可拆卸式连接。
2.根据权利要求1所述的新型土壤水分测量传感器，其特征在于，外壳(1)的下部为一个可拆卸式下盖(10)，在该下盖(10)的中心嵌有固定套(5)，中心探头(7)通过螺纹连接固定于固定套(5)中，下盖(10)中还嵌有起密封作用的环形铜块螺母(14)；三个外围探头(6)与中心探头(7)平行固定在下盖(10)上，地线环(13)将三个外围探头(6)连为一体；中心探头(7)比外围探头(6)长；
3.根据权利要求1所述的新型土壤水分测量传感器，其特征在于，外壳(1)由塑料制成，中心探头(7)和外围探头(6)的材料为不锈钢。
4.根据权利要求2所述的新型土壤水分测量传感器，其特征在于，外壳(1)、下盖(10)由塑料制成，固定套5的材料为铜，中心探头(7)和外围探头(6)的材料为不锈钢。
专利摘要本实用新型公开了一种用于测量土壤容积含水量的传感器。所采取的技术方案包括外壳1,线路板4,同轴电缆传输线2及与其相连的高频振荡器3,中心探头7及与同轴电缆传输线2的屏蔽层相连接的外围探头6,特征是,线路板4还包括检波滤波电路,该检波滤波电路由检波二极管2AP30E和两节由电阻、电容组成的∏型滤波电路组成;同轴电缆传输线2的两端分别连接到检波滤波电路的输入端11和12。本传感器具有使用性能好,结构简单,造价低等优点。
文档编号G01N27/02GK2422643SQ0023357
公开日2001年3月7日 申请日期2000年5月25日 优先权日2000年5月25日
发明者王一鸣 申请人:中国农业大学