專利名稱：傳感器感應(yīng)元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種傳感測(cè)量領(lǐng)域，特別涉及一種精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)中生物質(zhì)農(nóng) 田分布測(cè)量的傳感器感應(yīng)元件。
背景技術(shù)：
精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)是世界農(nóng)業(yè)發(fā)展的方向，由信息技術(shù)支持的、根據(jù)空間變異定 位、定時(shí)、定量地實(shí)施一整套現(xiàn)代化農(nóng)事操作技術(shù)與管理的系統(tǒng)。這套系統(tǒng) 的技術(shù)基礎(chǔ)是各種傳感器的應(yīng)用。相關(guān)的多種產(chǎn)量傳感器得到了發(fā)展，然而 對(duì)于生物質(zhì)的農(nóng)田分布測(cè)量的傳感器的研究工作已經(jīng)進(jìn)行了十多年，由于開 發(fā)難度較大，迄今沒有一個(gè)可實(shí)際工作的傳感器。
類似功能的傳感器的研究最早開始于1995年，使用的主要方法有兩
種機(jī)械接觸式和電容非接觸式。這些方法都是通過將設(shè)計(jì)好的傳感器集成
在聯(lián)合收割機(jī)的收割頭上，在收割的過程中，對(duì)生物質(zhì)的分布情況進(jìn)行檢
測(cè)，同時(shí)借助GPS信號(hào)，進(jìn)行定位。然而機(jī)械式傳感系統(tǒng)具有兩個(gè)難以克服 的缺點(diǎn)1)定位過程中的誤判情況及其嚴(yán)重，接近10%的誤差2)接觸式的
高維護(hù)成本，低壽命。同樣，非接觸式電容傳感器的設(shè)計(jì)缺陷主要是有效感
應(yīng)距離過短，小于5mm。同時(shí)由于農(nóng)田的實(shí)際工況及其惡劣，嚴(yán)重制約了光 電傳感器的應(yīng)用；同時(shí)由于農(nóng)業(yè)的特殊性，也限制一些先進(jìn)但昂貴的技術(shù)手 段的應(yīng)用。因此，在目前實(shí)際應(yīng)用中，由于農(nóng)業(yè)惡劣的工作環(huán)境，農(nóng)業(yè)對(duì)器 件價(jià)格的敏感性，以及后期信號(hào)鏈處理等原因，使其他研究團(tuán)隊(duì)的該類傳感 器還停留在實(shí)驗(yàn)室階段，無法轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力，也限制了農(nóng)業(yè)效率的進(jìn)一步提咼。
發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型是針對(duì)現(xiàn)在生物質(zhì)的分布情況檢測(cè)所用傳感器誤差大、感應(yīng) 距離短的問題，提出了一種傳感器感應(yīng)元件，具有高靈敏度，長(zhǎng)感應(yīng)距離的 特點(diǎn)。
本實(shí)用新型的技術(shù)方案為 一種傳感器感應(yīng)元件，由兩片金屬片附著在 一片絕緣體上而形成的單面電容結(jié)構(gòu)式傳感器，兩個(gè)金屬片為單面電容的兩 電極，均為矩形結(jié)構(gòu)，平行排列分布，兩電極之間保持固定的距離，在兩電 極之間的絕緣板上涂覆有憎水材料，在兩電極的表面上有成矩陣排列的尖端 突起。
所述兩電極的寬度為15-55毫米，兩極之間保持固定的距離為15-25毫米。
所述憎水材料選用石蠟憎水涂層。 所述尖端突起的高度為0.5毫米。
所述兩電極的表面上成矩陣排列的尖端突起和涂覆有憎水材料的絕緣板 上方可有由雷達(dá)用的玻璃纖維構(gòu)成的保護(hù)體。所述保護(hù)體的厚度為1毫米。
本實(shí)用新型的有益效果在于本實(shí)用新型傳感器感應(yīng)元件，通過有限元 數(shù)學(xué)模擬電場(chǎng)能量密度的變化，該結(jié)構(gòu)的10%電磁場(chǎng)變化線的有效發(fā)射射程 為5 cm，比現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的模擬結(jié)果遠(yuǎn)15倍以上，靈敏度極高；通過和數(shù)據(jù)分 析單元結(jié)合，進(jìn)行實(shí)地測(cè)試，當(dāng)作物濕度僅為8%的極度干燥情況下，依然 可以達(dá)到92%的有效檢測(cè)度，分辨率極高；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于對(duì)誤差進(jìn)行修 正；易于加工制造，節(jié)省制造成本；可以應(yīng)用到更廣泛的需要高速，高靈敏度的基于水分的檢測(cè)系統(tǒng)中。

圖1是本實(shí)用新型傳感器感應(yīng)元件俯視圖2是本實(shí)用新型帶防護(hù)層的傳感器感應(yīng)元件正視圖3是本實(shí)用新型傳感器感應(yīng)元件不同電極寬度和電極間距傳感器敏感度的
有限元模擬圖。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型傳感器感應(yīng)元件是一種基于電磁射電的電容式傳感器，它是 由兩片金屬片附著在一片絕緣體上而形成的單面電容結(jié)構(gòu)。兩個(gè)金屬片為單 面電容的兩電極，均為矩形結(jié)構(gòu)，平行排列分布，兩電極的寬度為15-55毫 米，如果強(qiáng)調(diào)靈敏度，以40毫米為佳；如果強(qiáng)調(diào)識(shí)別率，以20毫米為佳。 兩電極之間保持固定的距離，距離為15-25毫米，以17毫米為佳。在電極之 間的絕緣板上涂覆憎水材料，可以提高傳感器的識(shí)別率。在電極上增加高度 不低于0.05毫米的突起，可以有效的提高傳感單元的測(cè)試距離。
傳感器感應(yīng)元件的單面電容結(jié)構(gòu)如圖1俯視圖與圖2正視圖所示。傳感 器具有兩個(gè)金屬電極7與4，附著在一塊絕緣材料5上，這兩個(gè)電極為矩 形，并且平行排列，兩電極之間保持一定的間隔。本例實(shí)施的構(gòu)架通過有限 元模擬以及與實(shí)際實(shí)驗(yàn)比照，結(jié)果如圖3所示為不同電極寬度和不同電極間 距下，傳感器敏感度的有限元模擬圖，得到較為優(yōu)化的結(jié)果為一個(gè)電極7的 寬度為20毫米，另一電極4的寬度為40毫米，兩電極之間的間隔區(qū)域?qū)挾?為17毫米，這樣既保證了分辨率，又保證了靈敏性。該設(shè)計(jì)可以通過直接 加工印刷電路板來獲取，當(dāng)然也可以通過直接在絕緣板上進(jìn)行涂覆導(dǎo)電鍍層進(jìn)行。在兩個(gè)電極之間間隔區(qū)域涂覆憎水材料2，本例中選用的是涂覆石蠟 層。整個(gè)傳感單元的長(zhǎng)度為50毫米，在傳感器的一端接線1、 3，用于探測(cè) 電容的屬性。探測(cè)電容屬性所采用的射頻頻率在本例中為245KHz。本例特 意在電容的表面增加了成矩陣排列的尖端突起6，高度為0.5毫米，這種突 起可以更好的將表面電磁場(chǎng)發(fā)射到更遠(yuǎn)的空間中去，提高感應(yīng)靈敏度和感應(yīng) 距離。為了保護(hù)電極上的突起和石蠟憎水涂層， 一個(gè)由雷達(dá)用的玻璃纖維 構(gòu)成的厚度為一毫米的保護(hù)體8被用來保護(hù)感應(yīng)結(jié)構(gòu)，保證電磁信號(hào)衰減率 低于1%。
權(quán)利要求1、一種傳感器感應(yīng)元件，由兩片金屬片附著在一片絕緣體上而形成的單面電容結(jié)構(gòu)式傳感器，其特征在于，兩個(gè)金屬片為單面電容的兩電極，均為矩形結(jié)構(gòu)，平行排列分布，兩電極之間保持固定的距離，在兩電極之間的絕緣板上涂覆有憎水材料，在兩電極的表面上有成矩陣排列的尖端突起。
2 、根據(jù)權(quán)利要求1所述傳感器感應(yīng)元件，其特征在于，所述兩電極的寬度 為15-55毫米，兩極之間保持固定的距離為15-25毫米。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述傳感器感應(yīng)元件，其特征在于，所述憎水材料選用 石蠟憎水涂層。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述傳感器感應(yīng)元件，其特征在于，所述尖端突起的高 度為0.5毫米。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述傳感器感應(yīng)元件，其特征在于，所述兩電極的表面 上成矩陣排列的尖端突起和涂覆有憎水材料的絕緣板上方可有由雷達(dá)用的玻 璃纖維構(gòu)成的保護(hù)體。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述傳感器感應(yīng)元件，其特征在于，所述保護(hù)體的厚度 為l毫米。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種傳感器感應(yīng)元件，由兩片金屬片附著在一片絕緣體上而形成的單面電容結(jié)構(gòu)式傳感器，兩個(gè)金屬片為單面電容的兩電極，均為矩形結(jié)構(gòu)，平行排列分布，兩電極之間保持固定的距離，在兩電極之間的絕緣板上涂覆有憎水材料，在兩電極的表面上有成矩陣排列的尖端突起，此傳感器感應(yīng)元件靈敏度極高，分辨率極高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于對(duì)誤差進(jìn)行修正；易于加工制造，節(jié)省制造成本，可以應(yīng)用到更廣泛的需要高速，高靈敏度的基于水分的檢測(cè)系統(tǒng)中。
文檔編號(hào)G01N27/22GK201293768SQ200820155480
公開日2009年8月19日 申請(qǐng)日期2008年11月18日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月18日
發(fā)明者超 李, 李海洲 申請(qǐng)人:上海理工大學(xué)