微型平行三針傳輸線阻抗法土壤水分探測儀的製作方法
2023-09-16 15:00:20 1
專利名稱：微型平行三針傳輸線阻抗法土壤水分探測儀的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種微型土壤水分測定的探測裝置。
背景技術：
在本發明作出之前，測定土壤中水分的儀器、設備和裝置等已經很多，有時域反射、頻域反射、電壓駐波、傳輸線阻抗法，電容法等，其工作原理都根據土壤及被測介質的介電常數進行測量。由於空氣、幹土和水的介電常數分別為1、4和81，差別明顯，從而使測定土壤中水分就有了可靠的理論基礎，同時科學已經證明介電常數的平方根與土壤容積含水量存在良好對應關係，因此測定土壤及其它介質的含水量就可以實現。土壤含水量的測定，廣泛應用於堤壩滲漏、管湧、道路路基施工監控等，也大量應用於灌溉農業的監測控制中，其意義在於及時發現，進行質量監測控制。在節水農業中可以充分利用有限水資源，促進現代農業的發展。
時域反射儀具有很高的測量精度，採用的技術也很先進，但超高的頻率使得傳輸電纜的長度受到現場測量平面空間和深度空間的限制，使用時耗電也較多，整體設備價格昂貴；四探針結構的頻域反射儀，在針對各類土壤尤其是粘土壤溼度較為少而幹硬時，不易插入土壤，且探針易斷裂。
發明內容
本發明的目的就在於克服上述缺陷，設計一種新穎的微型土壤水分測定裝置。
本發明的技術方案是微型平行三針傳輸線阻抗法土壤水分探測儀，信號源經匹配電阻、傳輸線至探測器，探測器由探針、同軸傳輸線匹配器組成，其主要技術特徵在於(1)三探針，其中一根探針接同軸傳輸線匹配器中心端，另二根探針接同軸傳輸線匹配器外端；(2)三探針信號經同軸傳輸線匹配器、傳輸線至信號處理電路，信號處理電路中設置相位補償電路；(3)傳輸線是四分之一波長的傳輸線。
本發明的優點和效果在於由於相位補償電路的作用，降低了對信號源的技術要求，從而降低了成本，探測精度提高，經過標定後，可達1％體積含水量，同時每個探測器技術參數更加一致，不須系統標定，可互換使用，而耗電量不大於20mA，探頭可以埋入使用並支持連續數據採集，不易折彎、折斷，體積小，裝置本身成本大大降低，耗電量少，有利於在生產實踐中推廣應用。
圖1-本發明工作原理示意圖。
圖2-圖1中的信號處理電路圖。
圖3-本發明駐波波形示意圖。
具體實施例方式
如圖1、圖2、圖3所示，信號源1經匹配電阻2、傳輸線3至探測器，探測器由同軸傳輸線匹配器4、三根探針5組成，三根探針5的其中一根探針5接同軸傳輸線匹配器4中心端即信號源，另二根探針5接同軸傳輸線匹配器4的外端即地線，三根探針5呈平行排列插入被測土壤中；信號源1是由石英晶體振蕩器產生頻率和幅度均穩定的電壓信號至探測器，探測器作為阻抗返回電信號，經傳輸線3至信號處理電路6的輸入端，經運算放大器整形、放大輸出，得到與被測土壤介電係數對應關係的直流電壓輸出，經標定即可得知土壤含水量。
如圖1、圖2、圖3所示，由於信號源1的駐波電壓8是周期性的，至探測器得到不同的阻抗反饋，同時，由於通常條件下土壤的體積含水量在6％～45％之間，由於探測器的探針5插入土壤中，土壤中不同的介電常數被探測器作為信號源1的阻抗反饋給信號處理電路6，就會出現相應的相位差，而信號處理電路6中設置了相位補償電路7對相位進行補償調整，得到駐波電壓8與探測器反饋的電壓信號的差值，該電壓值對應於被測土壤的介電常數，當信號處理電路6輸出電壓值為0～1VDC時，表明土壤介電常數在1～32，表示土壤體積含水量在6％～48％之間。
由於在駐波電壓的四分之一周期中能夠準確測定探測器的阻抗反饋信號，故探測器的同軸傳輸線匹配器4採用四分之一波長的傳輸線3與之匹配。
正是由於信號處理電路6中的相位補償電路7的作用，在製造探測器過程中，調節傳輸角以確定一個與已知土壤介電常數一致的輸出電壓，從而使得探測器無需進行系統標定即可互換使用。
三根探針5呈一條線平行排列，易於插入土壤中，不易折彎、折斷。
權利要求
1.微型平行三針傳輸線阻抗法土壤水分探測儀，信號源經匹配電阻、傳輸線至探測器，探測器由探針、同軸傳輸線匹配器組成，其特徵在於(1)三探針，其中一根探針接同軸傳輸線匹配器中心端，另二根探針接同軸傳輸線匹配器外端；(2)三探針信號經同軸傳輸線匹配器、傳輸線至信號處理電路，信號處理電路中設置相位補償電路；(3)傳輸線是四分之一波長的傳輸線。
2.根據權利要求1所述的微型平行三針傳輸線阻抗法土壤水分探測儀，其特徵在於三探針呈平行排列。
全文摘要
本發明涉及一種微型土壤水分探測器。本發明採用三探針平行排列，同軸傳輸線採用四分之一波長，信號處理電路中設置相位補償電路對相位差進行補償，測定土壤水分介電常數，從而獲得水分含量。本發明解決了過去探針易折斷的難題，測定的電信號數值誤差大，而造成測定土壤中水分不準確的缺陷。本發明降低了對信號源的要求，降低了成本，探測精度提高，達1％體積含水量，同時每個探測器可互換使用，耗電量不大於20mA，探頭可以埋入使用並支持連續數據採集，不易折彎、折斷，體積小，裝置本身成本大大降低。
文檔編號G01N33/24GK1514233SQ0313172
公開日2004年7月21日 申請日期2003年7月24日 優先權日2003年7月24日
發明者高國治 申請人:江蘇瑞迪生科技有限公司