植物莖稈直徑變差測量變送器的製作方法

2023-05-24 04:19:31 1

專利名稱：植物莖稈直徑變差測量變送器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種測量植物莖稈直徑變差的非電量轉化為標準電量輸出的傳感與變送裝置，尤其涉及一種能用於植物微小莖杆的直徑變差測量的變送器。
背景技術：
隨著精確灌溉等研究工作的進一步深入，農作物缺水信息的採集正在向多元化方向發展。用作物本身的生理變化反映作物的水分狀況則是作物缺水研究中一個主要的分支，其中植物植株莖直徑的變化是反映作物水分狀況為數很少的可以在不破壞植株體和植株體正常生長情況下連續測量的物理變化量之一，因此，用於指導對作物實行精確灌溉的潛力非常巨大。
目前，植株莖直徑變差測量變送器全部為進口產品。主要有三類，性能特點如下電位器式優點是價格低，缺點是有機械活動電觸點，解析度低；應變式優點是無機械活動電觸點，價格中等，解析度中等，缺點有蠕變產生；差動變壓器式優點是無機械活動觸點，解析度高，缺點是結構複雜，價格昂貴。就目前的產品分析，其固定在植株莖稈上的探頭結構複雜，體積和重量很難製作的更小，因此不適宜用於進行植物微小莖稈的直徑變差測量，其次目前的產品價格昂貴，德國產電位器式2100元一個，並且為未經變換的非標準輸出，不是真正意義上的變送器，差動變壓器式變送器超過4000人民幣。

發明內容
本實用新型的目的在於克服現有技術中存在的不足而提供一種探頭結構簡單、體積小、重量輕、價格低、解析度高、無機械活動電觸點、抗蠕變、抗潮溼的植物莖稈直徑變差測量變送器，特別適合於植物微小莖杆的直徑變差測量。
本實用新型的目的是這樣實現的包括固定於植物莖稈上的測量探頭和與測量探頭相連接的處理電路，在測量探頭上設置有隨植物莖稈直徑發生膨脹和收縮而發生相應徑向移動的活動頂託，活動頂託通過傳動杆與磁鋼相連接，在測量探頭上對應磁鋼設置有磁敏電阻橋，磁敏電阻橋通過探頭引出線與處理電路相連接。通過緊固螺絲將螺絲杆固定在固定支架上構成測量探頭的框架部分，並在固定支架上設置固定頂託，對應固定頂託在固定支架上通過傳動杆設置活動頂託，並在活動頂託與固定支架之間設置復位彈簧，磁鋼、與磁鋼相連接的傳動杆和磁敏電阻橋安裝在探頭的外殼內。磁鋼的N極或S極位於磁敏電阻橋的斜上方，磁鋼隨著植株莖稈的膨脹收縮進行水平移動，移動的有效範圍不能超過磁敏電阻橋處於飽和磁場的範圍內。磁敏電阻橋採用兩隻強磁性金屬薄膜磁敏電阻R1和R2，將印有型號的面全部朝上，將R1和R2引線對面無引線的一端對齊靠在一起，將R1的c端與R2的a端連在一起作為磁敏電阻橋的5號端，將R1的a端與R2的c端連在一起作為磁敏電阻橋的4號端，將R1的b端作為磁敏電阻橋的3號端，將R2的b端作為磁敏電阻橋的2號端，通過引出線連接到處理電路上，磁敏電阻橋的有引線的兩端上下放置與磁鋼的移動方向垂直，並在同一個平面內。磁敏電阻橋的5號端連接於處理電路的恆流供電的正端，磁敏電阻橋的4號端連接於處理電路的恆流供電的負端，磁敏電阻橋的3號端，連接於處理電路的信號放大的正輸入端，磁敏電阻橋的2號端連接於處理電路的信號放大的負輸入端。
本實用新型採用了新型磁敏元件強磁性金屬薄膜磁敏電阻作為變送器探頭的敏感元件，利用強磁性金屬薄膜磁敏電阻電阻值在飽和磁場強度下只對磁場方向敏感的特性，將兩隻磁敏電阻結成電阻橋(內有四隻磁敏元件)以提高靈敏度，同時對電阻橋採用恆流供電，由於磁敏電阻橋接的自補償作用和恆流供電使變送器溫度係數顯著減少，本實用新型的探頭結構，在飽和磁場下工作，有效地避免了工作在非飽和磁場下提高解析度易受地磁幹擾和非飽和磁場下存在磁滯，重複性差的問題。本實用新型的探頭結構輸出信號幅值大，因此不必採用昂貴的非常精密的集成電路，減少了變送器的製作成本。採用本實用新型的技術方案，探頭具有非常簡單的機械結構，產品性能優於現有產品，製作成本低於200元人民幣。因此本實用新型具有結構簡單、體積小、重量輕、價格低、解析度高、無機械活動電觸點、抗蠕變、抗潮溼的優點。


附圖1為本實用新型的探頭結構示意圖一。
附圖2為本實用新型的探頭結構示意圖二。
附圖3為本實用新型的探頭內的磁敏電阻橋連接線路示意圖。
附圖4為本實用新型的處理電路電路圖。
具體實施方式
如圖1、2所示，本實用新型包括固定於植物莖稈6上的測量探頭和與測量探頭連接的處理電路，在測量探頭上設置有隨植物莖稈6直徑發生膨脹和收縮而發生相應徑向移動的感應裝置，該感應裝置與磁鋼1相連接，在測量探頭上對應磁鋼1設置有磁敏電阻橋2，磁敏電阻橋2通過探頭引出線12與處理電路相連接。
所述的隨植物莖稈6直徑發生膨脹和收縮而發生相應徑向移動的感應裝置為一種安裝在植物莖稈6上的活動頂託7，活動頂託7在固定支架9上通過傳動杆4與磁鋼1相連接，同時通過緊固螺絲11將螺絲杆10固定在固定支架9上構成測量探頭的框架部分，並在固定支架9上設置固定頂託8，固定頂託8與活動頂託7之間為植物莖稈6，在活動頂託7與固定支架9之間還設置有復位彈簧5，磁鋼1、與磁鋼1相連接的傳動杆4和磁敏電阻橋2安裝在探頭的外殼3內。
磁鋼1的N極或S極位於磁敏電阻橋2的斜上方，磁鋼1隨著植株莖稈的膨脹收縮進行水平移動，移動的有效範圍不能超過磁敏電阻橋處於飽和磁場的範圍內。
傳動杆4、復位彈簧5、螺絲杆10採用非導磁、強度好的不鏽鋼材料製作，其他部分採用非導磁材料，為減輕重量最好使用鋁合金。
通過由固定支架9、螺絲杆10、緊固螺絲11、固定頂託8、活動頂託7、復位彈簧5組成的固定部分，將與外殼3連接的由磁鋼1、磁敏電阻橋2、傳動杆4、復位彈簧5、活動頂託7組成的測量部分固定在植物莖稈6上。當植物體的水勢發生變化時，植物莖稈6的直徑隨之發生相應的膨脹和收縮，這種膨脹和收縮，將帶動由復位彈簧5的彈力壓迫在植物莖稈上的活動頂託7發生相應的徑向移動，這種徑向移動通過傳動杆4使固定在傳動杆4上的磁鋼1與固定的磁敏電阻橋2發生相對運動，這種相對運動使作用在磁敏電阻橋2的磁場方向發生相應變化，這種磁場方向的變化通過磁敏電阻橋2轉化為電壓的變化通過探頭引出線12連接在處理電路上作進一步處理。
如圖3所示，本實用新型的磁敏電阻橋2採用兩隻強磁性金屬薄膜磁敏電阻R1和R2，將印有型號的面全部朝上，將R1和R2引線對面無引線的一端對齊靠在一起，將R1的c端與R2的a端連在一起作為磁敏電阻橋的5號端，將R1的a端與R2的c端連在一起作為磁敏電阻橋的4號端，將R1的b端作為磁敏電阻橋的3號端，將R2的b端作為磁敏電阻橋的2號端，通過引出線連接到處理電路的接口J1的相應埠上，磁敏電阻橋2的有引線的兩端上下放置與磁鋼1的移動方向垂直，並在同一個平面內。
磁敏電阻橋2的5號端連接於處理電路的恆流供電的正端，磁敏電阻橋2的4號端連接於處理電路的恆流供電的負端，磁敏電阻橋2的3號端，連接於處理電路的信號放大的正輸入端，磁敏電阻橋2的2號端連接於處理電路的信號放大的負輸入端。
磁敏電阻橋採用T092-S封裝的型號為RCM01的強磁性金屬薄膜磁敏電阻兩隻即圖中的R1和R2。用兩隻磁敏電阻接成電阻橋不僅可以提高靈敏度，由於橋接的自補償作用，溫度係數也得以顯著減少。
如圖4所示，本實用新型用兩隻磁敏電阻接成電阻橋(內有四隻磁敏元件)，靈敏度提高了一倍，輸出信號幅值大，因此不必採用昂貴的非常精密的集成電路，集成電路U1採用價格低廉，功能完善的AM400(貼片封裝)。處理電路的功能主要有兩個，一個是為磁敏電阻橋提供恆流供電，另一個是將探頭輸出的信號進一步放大並變換成標準信號輸出。磁敏電阻橋的5號端通過處理電路接口J1的5號端，連接於處理電路的恆流供電的正端，磁敏電阻橋的4號端通過處理電路接口J1的4號端，連接於處理電路的恆流供電的負端，磁敏電阻橋的3號端通過處理電路接口J1的3號端，連接於處理電路的信號放大的正輸入端，磁敏電阻橋的2號端通過處理電路接口J1的2號端，連接於處理電路的信號放大的負輸入端。J1的1號端接探頭外殼3上。通過調整恆流電流調整電阻R3為磁敏電阻橋提供適宜的恆流供電值，通過調整電壓信號輸出幅值調整電位器RV1和電壓輸出零點調整電位器RV3，使電壓輸出端J2的2號端，輸出變送器的標準信號，0～5V或0～10V。通過調整電流信號輸出初始值調整電位器RV2和電流輸出採樣電阻R2，使電流輸出端J2的4號端，輸出變送器的標準信號，4～20mA或0～20mA。
作為本實用新型的一個實施例，U1為AM400(貼片封裝)，強磁性金屬薄膜磁敏電阻採用RCM01，單個磁敏元件未加磁場電阻2.25K，R3取260Ω，變送器供電電壓24V(DC)。
權利要求1.一種植物莖稈直徑變差測量變送器，包括固定於植物莖稈(6)上的測量探頭和與測量探頭連接的處理電路，其特徵在於在測量探頭上設置有隨植物莖稈(6)直徑發生膨脹和收縮而發生相應徑向移動的感應裝置，該感應裝置與磁鋼(1)相連接，在測量探頭上對應磁鋼(1)設置有磁敏電阻橋(2)，磁敏電阻橋(2)通過探頭引出線(12)與處理電路相連接。
2.根據權利要求1所述的一種植物莖稈直徑變差測量變送器，其特徵在於所述的隨植物莖稈(6)直徑發生膨脹和收縮而發生相應徑向移動的感應裝置為一種安裝在植物莖稈(6)上的活動頂託(7)，活動頂託(7)在固定支架(9)上通過傳動杆(4)與磁鋼(1)相連接，同時通過緊固螺絲(11)將螺絲杆(10)固定在固定支架(9)上構成測量探頭的框架部分，並在固定支架(9)上設置固定頂託(8)，固定頂託(8)與活動頂託(7)之間為植物莖稈(6)，在活動頂託(7)與固定支架(9)之間還設置有復位彈簧(5)，磁鋼(1)、與磁鋼(1)相連接的傳動杆(4)和磁敏電阻橋(2)安裝在探頭的外殼(3)內。
3.根據權利要求1或2所述的一種植物莖稈直徑變差測量變送器，其特徵在於磁鋼(1)的N極或S極位於磁敏電阻橋(2)的斜上方，磁鋼(1)隨著植株莖稈的膨脹收縮進行水平移動，移動的有效範圍不能超過磁敏電阻橋處於飽和磁場的範圍內。
4.根據權利要求3所述的一種植物莖稈直徑變差測量變送器，其特徵在於磁敏電阻橋(2)採用兩隻強磁性金屬薄膜磁敏電阻R1和R2，將印有型號的面全部朝上，將R1和R2引線對面無引線的一端對齊靠在一起，將R1的c端與R2的a端連在一起作為磁敏電阻橋的5號端，將R1的a端與R2的c端連在一起作為磁敏電阻橋的4號端，將R1的b端作為磁敏電阻橋的3號端，將R2的b端作為磁敏電阻橋的2號端，通過引出線連接到處理電路上，磁敏電阻橋(2)的有引線的兩端上下放置與磁鋼(1)的移動方向垂直，並在同一個平面內。
5.根據權利要求4所述的一種植物莖稈直徑變差測量變送器，其特徵在於磁敏電阻橋(2)的5號端連接於處理電路的恆流供電的正端，磁敏電阻橋(2)的4號端連接於處理電路的恆流供電的負端，磁敏電阻橋(2)的3號端，連接於處理電路的信號放大的正輸入端，磁敏電阻橋(2)的2號端連接於處理電路的信號放大的負輸入端。
專利摘要本實用新型涉及一種能用於植物微小莖杆的直徑變差測量的變送器，包括固定於植物莖稈上的測量探頭和與測量探頭相連接的處理電路，測量探頭上設有隨植物莖稈直徑發生膨脹和收縮而發生相應徑向移動的活動頂託，活動頂託通過傳動杆與磁鋼相連接，在測量探頭上對應磁鋼設置有磁敏電阻橋，磁敏電阻橋通過探頭引出線與處理電路相連接，具有結構簡單、體積小、重量輕、價格低、解析度高、無機械活動電觸點、抗蠕變、抗潮溼的優點。
文檔編號G01B7/12GK2725853SQ200420074620
公開日2005年9月14日 申請日期2004年9月7日 優先權日2004年9月7日
發明者高勝國, 段愛旺, 孟兆江, 劉祖貴, 張寄陽, 肖俊夫, 陳金平 申請人:中國農業科學院農田灌溉研究所