[发明专利]一种基于幅值比检测土壤含水量的系统

说明书

本发明公开了一种基于幅值比检测土壤含水量的系统，电容式探头和检测电路，所述电容式探头通过连接线与所述检测电路连接，所述电容式探头包括驱动极板、感应极板、绝缘连接杆和插座，所述检测电路包括信号激励源模块、信号放大模块、分压元件、幅值比检测电路模块、电源模块。本发明的电容式探头结构简单，制作方便，其敏感范围大，对土壤扰动小，给出的基于幅值变比检测电路，可有效避免激励信号源电平变化而影响测量精度，该系统具有成本低，性能稳定，输入输出接口简单等优点，便于二次仪表的开发。

技术领域：

本发明属于土壤含水量检测技术领域，具体是涉及一种基于幅值比检测土壤含水量的系统。

背景技术：

目前，基于土壤介电特性的土壤含水量按测量原理可分为时域反射法(TDR)、频域反射法(FDR)、驻波率法(SWR)和电容法。电容法具有技术简单、成本低等优点，市面上有相关的商品化产品，如国外DecagonDevics公司生产的ECH2O系列土壤含水量传感器，备受学者青睐。然而学者研究表明ECH2O系列传感器也存在一些不足：①成本还是较高，探头单价60＄左右；②输出信号受供电电压影响；③输出信号受土壤盐分影响；④正、负极板区域敏感度不同。

国内相关学者对电容式水分传感器也开展了相关研究，基于土壤介电特设计的探头结构多为铜环式(专利：CN107505361A、CN108195897A、CN105758901A)，多探针插入式(CN101701929A、CN204165927U、CN202676649U、CN104111276A)，平面刀叉式(CN108051485A、CN202974930U)。铜环式使用采用埋入法，不便于快速测量，敏感区域局限于铜环外侧之间；多探针插入式可以直接插入土壤实现快速测量，可这种多针插入对土壤扰动大，测试区域局限于探针之间，敏感范围有限；采用PCB技术制作的平面刀叉式，尺寸小，结构简单，插入对土壤扰动较小，由于电极的形式只能为平面式电容，这样就限制了产品的测量精度及分辨率，并且使用时对于土壤与电极接触的要求很高。

从检测技术上来讲，目前电容法土壤含水量传感器普遍采用高频LC谐振技术，如专利CN107505361A、CN108195897A、CN105758901A、CN104977329A；方波激励下的RC充放电检波技术，如专利CN108051485A、CN103662745A、CN204389425U。谐振法电路设计简单，可由于土壤作为非绝缘介质，其等效电容大小与信号频率有关，故谐振法本身就存在测量原理误差。而方波激励下的RC充放电检波技术，尽管检波技术不同，但RC充放电信号都与方波电平有关，张荣标在《WSN土壤湿度采集节点电压补偿方法研究》一文中分析了工作电压对RC充放电信号的影响。

发明内容：

为此，本发明针对现有技术中土壤含水量检测的缺点，提出了一种基于幅值比检测土壤含水量的系统，其设计了一种结构简单、加工方便、适用于快速现场测量单针插入式探头，并给出了基于幅值变比的检测电路，可有扩大传感器敏感区域，避免激励信号源电平变化而影响电容式土壤含水量检测的测量精度。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种基于幅值比检测土壤含水量的系统，包括电容式探头和检测电路，所述电容式探头通过连接线与所述检测电路连接，所述电容式探头包括驱动极板、感应极板和绝缘连接杆，所述绝缘连接杆的第一端连接所述驱动极板，所述绝缘连接杆的第二端连接所述感应极板，所述绝缘连接杆的顶端安装有与所述连接线连接的插座，所述驱动极板的导电面通过细导线与所述插座的内侧面电连接，所述感应极板与所述插座的外侧面电连接；