專利名稱：一種無(wú)土栽培基質(zhì)含水量、電導(dǎo)率檢測(cè)傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本 實(shí)用新型涉及一種無(wú)土栽培基質(zhì)含水量、電導(dǎo)率檢測(cè)傳感器，尤其涉及基于基質(zhì)的介電特性和電容的電學(xué)性質(zhì)的一種可分時(shí)測(cè)量基質(zhì)含水量、電導(dǎo)率的檢測(cè)方法及其無(wú)線傳感器，主要用于對(duì)無(wú)土栽培過(guò)程中基質(zhì)的含水量和電導(dǎo)率檢測(cè)，也可用于對(duì)土壤、糧食等顆?；蚍勰钗镔|(zhì)的含水量檢測(cè)。
背景技術(shù)：
無(wú)土栽培中基質(zhì)的水分和養(yǎng)分是植物生長(zhǎng)的必須條件，決定著作物品質(zhì)。基質(zhì)的含水量和電導(dǎo)率可反映基質(zhì)中水分和養(yǎng)分的含量，是對(duì)基質(zhì)中鹽分、有機(jī)含量、基質(zhì)質(zhì)地結(jié)構(gòu)和孔隙率等基質(zhì)信息的綜合反映。因此有效獲取基質(zhì)含水量、電導(dǎo)率對(duì)于植物無(wú)土栽培過(guò)程中合理灌溉和施肥等具有重要意義。由于基質(zhì)與土壤的物理、化學(xué)及生物性質(zhì)存在很大差別，且各種基質(zhì)的理化性狀也存在很大的差異，目前普遍使用的土壤含水量、電導(dǎo)率檢測(cè)傳感器及其檢測(cè)儀對(duì)基質(zhì)適應(yīng)性差，檢測(cè)誤差大，而專用基質(zhì)含水量、電導(dǎo)率檢測(cè)傳感器及其檢測(cè)儀缺乏，對(duì)其研究較少。發(fā)明人前期公開(kāi)了一種基質(zhì)濕度、電導(dǎo)原位檢測(cè)儀(發(fā)明專利CN102072925A)，采用“電流-電壓”四電極法測(cè)量電導(dǎo)率，同時(shí)采用其中兩電極測(cè)量含水量，并依據(jù)鹽分與含水量和電導(dǎo)的關(guān)系，得到基質(zhì)鹽分，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可同時(shí)實(shí)現(xiàn)含水量、電導(dǎo)和鹽分的測(cè)量；前期公開(kāi)了一種無(wú)土栽培基質(zhì)水分、養(yǎng)分無(wú)線監(jiān)控系統(tǒng)(發(fā)明專利CN101937221)，基于基質(zhì)濕度、電導(dǎo)原位檢測(cè)復(fù)合傳感器，構(gòu)建基質(zhì)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)，其監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)配置靈活，與無(wú)土栽培裝置集成方便，監(jiān)控自動(dòng)化程度高。但是基于以上的測(cè)試儀器和系統(tǒng)對(duì)不同基質(zhì)檢測(cè)適應(yīng)性差，檢測(cè)穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性有待提聞。目前較成熟的土壤含水量測(cè)量方法有時(shí)域反射儀法、頻域反射儀法。他們根據(jù)介電理論測(cè)定土壤含水量，具有較高的精度。時(shí)域反射儀具有受土壤質(zhì)地影響小、無(wú)輻射等特點(diǎn)，但是時(shí)域反射法最大的缺點(diǎn)是，電路復(fù)雜，價(jià)格昂貴。頻域反射儀具有幾何形狀設(shè)計(jì)和工作頻率的選擇自由度大的特點(diǎn)，可在低頻工作，測(cè)定土壤的含水量。但是頻域反射儀法受土壤質(zhì)地影響復(fù)雜，安裝過(guò)程對(duì)測(cè)量結(jié)果有影響，傳感器體積大。目前電容式含水量傳感器的研究有胡建東(土樣含水量快速測(cè)定傳感器技術(shù)研究，儀器儀表學(xué)報(bào)，2003 (02),142-145)等從低成本快速測(cè)試的目標(biāo)出發(fā)提出了實(shí)現(xiàn)土壤含水量測(cè)試的電容傳感器技術(shù)、傳感器結(jié)構(gòu)和原理。丁英麗(基于電容式傳感器的糧食水分測(cè)量?jī)x，傳感器技術(shù)，2003 (04) , 54-56)研究了電容式傳感器的原理和含水介質(zhì)導(dǎo)電浴盆效應(yīng)的基礎(chǔ)上提出了用電容傳感器來(lái)測(cè)量糧食含水量的原理。翟寶峰等(檢測(cè)糧食水分用的電容式傳感器，傳感器技術(shù)，2003 (02)，29-31)介紹了用于現(xiàn)場(chǎng)糧食含水量檢測(cè)的電容傳感器，并對(duì)傳感器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化計(jì)算，分析了該電路的原理，對(duì)糧食樣品得出具體檢測(cè)數(shù)據(jù)。王曉雷(附加電阻高頻電容法土壤含水量傳感器的研究，河南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2008，689-692)等分析高頻電容土壤含水量傳感機(jī)理，建立了附加電阻高頻土壤含水量數(shù)學(xué)模型，消除了電導(dǎo)引起的誤差，能夠準(zhǔn)確測(cè)定土壤含水量。施閣(基于邊緣電場(chǎng)的電容式土壤含水量檢測(cè)儀，農(nóng)機(jī)化研究，2009 (11)，86-89)等研究了一種基于邊緣電場(chǎng)的電容式土壤含水量檢測(cè)儀，具有不破壞原土結(jié)構(gòu)，電極穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，通過(guò)參數(shù)優(yōu)化能夠?qū)崿F(xiàn)在線動(dòng)態(tài)檢測(cè)不同分布位置的土壤含水量，適合于地址災(zāi)害預(yù)警和農(nóng)業(yè)科學(xué)生產(chǎn)等監(jiān)測(cè)。綜上，電容傳感器在土壤含水量測(cè)量中已有研究與應(yīng)用，但檢測(cè)結(jié)果受土壤質(zhì)地、容重、溫度等影響，測(cè)量精度和準(zhǔn)確性較低。目前較成熟的土壤電導(dǎo)率的檢測(cè)方法有“電流-電壓”四電極法和電磁感應(yīng)法，電流電壓四電極法實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，但受溫度和含水量的影響。實(shí)用新型專利一種土壤電導(dǎo)率實(shí)時(shí)檢測(cè)儀(CN2627503)，其體積大，便攜性差。電磁感應(yīng)法測(cè)量速度快，國(guó)外已研制出以磁感應(yīng)為原理的電導(dǎo)率儀EM38。但在在實(shí)際使用中，測(cè)量結(jié)果受田間的土壤的溫度、濕度、質(zhì)地、含鹽量等因素的影響。土壤含水量、電導(dǎo)率復(fù)合式傳感器有TDR分解法和FD定頻分解法TDR是利用高 頻電磁波沿波的傳播和反射時(shí)間來(lái)確定土壤的含水量，根據(jù)能量的衰減來(lái)測(cè)量介質(zhì)的電導(dǎo)率。但在高電導(dǎo)率下，TDR方法因?yàn)樾盘?hào)衰減過(guò)大，無(wú)法測(cè)量土壤含水量。FD定頻分解法因?yàn)橄嘟翘。瑹o(wú)法準(zhǔn)確得到含水量與電導(dǎo)率。發(fā)明專利一種基于介電理論、基于頻域方法的同時(shí)測(cè)量土壤含水量和電導(dǎo)率的方法及傳感器(CN1719245A)提出了一種同步實(shí)施測(cè)量土壤含水量、電導(dǎo)率的多頻率導(dǎo)納分解的方法，克服FD方法測(cè)量土壤含水量受電導(dǎo)率的影響與電導(dǎo)率測(cè)量受含水量影響的不足。這種方法建立在時(shí)域反射儀法測(cè)含水量與頻域反射儀法測(cè)含水量基礎(chǔ)上，電路復(fù)雜、價(jià)格昂貴，不適合推廣應(yīng)用。綜上所述，目前適合無(wú)土栽培的基質(zhì)含水量、電導(dǎo)率在線檢測(cè)傳感器缺乏；較成熟的時(shí)域反射儀法和頻域反射儀法測(cè)量土壤含水量，存在電路復(fù)雜、價(jià)格昂貴或者受土壤質(zhì)地影響復(fù)雜等問(wèn)題；普通的電容式土壤含水量傳感器具有低成本和快速等優(yōu)點(diǎn)，常用的“電流-電壓”四電極法和電磁感應(yīng)法檢測(cè)土壤電導(dǎo)率的方法實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，但測(cè)量結(jié)果均易受測(cè)試對(duì)象和環(huán)境的因素影響，準(zhǔn)確性不高；在含水量和電導(dǎo)率復(fù)合式傳感器方面，往往檢測(cè)范圍有限，檢測(cè)電路復(fù)雜、價(jià)格昂貴，不適合推廣。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種體積較小、性價(jià)比高、測(cè)量誤差小的基質(zhì)含水量、電導(dǎo)率檢測(cè)的傳感器。本實(shí)用新型的技術(shù)方案是一種無(wú)土栽培基質(zhì)含水量、電導(dǎo)率檢測(cè)傳感器，包括電源模塊、極性傳感器探針、電導(dǎo)率激勵(lì)模塊、含水量信號(hào)調(diào)理電路、電導(dǎo)率信號(hào)調(diào)理電路和單片機(jī)模塊，并絕緣封裝在殼體中；所述電導(dǎo)率激勵(lì)模塊、含水量信號(hào)調(diào)理電路、電導(dǎo)率調(diào)理電路和單片機(jī)模塊由電源模塊供電；所述含水量信號(hào)調(diào)理電路和電導(dǎo)率信號(hào)調(diào)理電路的輸入分別與所述極性傳感器探針連接，其輸出分別與所述單片機(jī)模塊連接；所述電導(dǎo)率激勵(lì)模塊分別與單片機(jī)模塊和電導(dǎo)率信號(hào)調(diào)理電路連接；所述單片機(jī)控制所述含水量信號(hào)調(diào)理電路和電導(dǎo)率信號(hào)調(diào)理電路采用不同工作頻率分時(shí)工作。進(jìn)一步，所述單片機(jī)模塊具有無(wú)線通訊功能，可進(jìn)行無(wú)線收發(fā)數(shù)據(jù)，具有8路轉(zhuǎn)換位可選的8-14位ADC，直接對(duì)信號(hào)調(diào)理電路的電壓信號(hào)進(jìn)行采集、處理和傳輸；所述單片機(jī)模塊在含水量測(cè)量值信號(hào)處理過(guò)程中，根據(jù)檢測(cè)到的電導(dǎo)率的值，依據(jù)線性補(bǔ)償方法，對(duì)含水量測(cè)量值進(jìn)行校正。[0012]進(jìn)一步，所述極性傳感器探針由支架、螺母、第一探針、螺母、第二探針組成；所述第一探針、第二探針材料為不銹鋼，長(zhǎng)度為30mm-50mm，其之間留有間隔，組成為電容傳感器的兩個(gè)電極；所述第一探針、第二探針?lè)謩e固定在支架上。進(jìn)一步，所述含水量的測(cè)量工作頻率在20MHz，由LC振蕩電路產(chǎn)生；基質(zhì)電導(dǎo)率測(cè)量交流激勵(lì)信號(hào)頻率在200Hz。進(jìn)一步，所述含水量信號(hào)調(diào)理包括前端振蕩電路、頻率發(fā)生器、乘法混頻器、限幅放大器、鑒頻器和低通濾波器；所述前端振蕩電路為由基質(zhì)含水量決定的電容和振蕩器組成一個(gè)的調(diào)頻電路，輸出可變的頻率信號(hào)，所述頻率發(fā)生器產(chǎn)生固定的頻率信號(hào)；所述前端振蕩電路產(chǎn)生的可變頻率信號(hào)通過(guò)乘法混頻器與頻率發(fā)生器產(chǎn)生的固定的頻率信號(hào)進(jìn)行差頻，差頻后的頻率信號(hào)經(jīng)過(guò)限幅放大器、鑒頻器和低通濾波器輸出到所述單片機(jī)模塊的 穩(wěn)定電壓信號(hào)。進(jìn)一步，所述電導(dǎo)率信號(hào)調(diào)理電路由低通濾波器、作為采樣元件的精密電阻和檢波電路組成；電導(dǎo)率激勵(lì)模塊提供的交流激勵(lì)電源信號(hào)通過(guò)精密電阻接在電容的極性探針上，在精密電阻兩端取樣，取樣信號(hào)經(jīng)過(guò)全波整流平均值電路檢波電路，將交流信號(hào)轉(zhuǎn)化為可供所述單片機(jī)模塊采集的直流信號(hào)。本實(shí)用新型與現(xiàn)有土壤含水量、電導(dǎo)率檢測(cè)方法及其傳感器相比，有益效果為基質(zhì)含水量和電導(dǎo)率的測(cè)量過(guò)程中相互影響小、通過(guò)對(duì)不同基質(zhì)標(biāo)定后，測(cè)量精度高；測(cè)量時(shí)間短；采用無(wú)線單片機(jī)作為信號(hào)處理控制單元，可用于構(gòu)建無(wú)線檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)，在無(wú)土栽培生產(chǎn)方面具有廣泛的應(yīng)用前景。
以下結(jié)合附圖
和具體實(shí)施方式
對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明圖I是無(wú)土栽培基質(zhì)含水量、電導(dǎo)率無(wú)線傳感器組成結(jié)構(gòu)圖；圖2是基質(zhì)含水量、電導(dǎo)率檢測(cè)極性探針結(jié)構(gòu)圖；圖3是含水量信號(hào)調(diào)理電路示意框圖；圖4是電導(dǎo)率信號(hào)調(diào)理電路示意框圖；圖5是CC2430無(wú)線單片機(jī)信號(hào)處理控制單元程序流程圖；圖6是電導(dǎo)率檢測(cè)處理程序流程圖；圖7是含水量檢測(cè)處理程序流程圖；圖8是前端振蕩電路的示意圖。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型所述的基質(zhì)含水量、電導(dǎo)率檢測(cè)方法，其實(shí)質(zhì)是一種介電常數(shù)測(cè)定方法，基本原理是由于基質(zhì)介電常數(shù)與水的介電常數(shù)存在很大差異(水的介電常數(shù)為80，其他物質(zhì)小于5)，基質(zhì)中含水量的變化將導(dǎo)致含水基質(zhì)介電常數(shù)的變化，介電常數(shù)變化導(dǎo)致電容變化，將電容接入電路中，電容變化引起頻率變化，通過(guò)測(cè)定頻率的變化值得到基質(zhì)含水量和電導(dǎo)率。在交變電場(chǎng)中，用復(fù)介電常數(shù)表示基質(zhì)的介電性能，相對(duì)復(fù)介電常數(shù)可表示
為: 承=Ettg —]ε·填,實(shí)部< 表示理想情況下的等效介電常數(shù)，而虛部表示電導(dǎo)等因素引起的電磁能量的損耗。由于低頻時(shí)虛部損耗主要由電導(dǎo)引起，因此采用低
頻激勵(lì)基質(zhì)電容傳感器，測(cè)量電容容值，利用精密電阻分解介電常數(shù)的虛部，得到基質(zhì)的電導(dǎo)率；高頻時(shí)虛部影響較小，因此采用高頻激勵(lì)基質(zhì)電容傳感器，測(cè)量電容容值，得到基質(zhì)含水量；在測(cè)量時(shí)由于虛部損耗的影響，將使含水量測(cè)量值產(chǎn)生偏差，為此結(jié)合電導(dǎo)率的測(cè)量結(jié)果，對(duì)含水量測(cè)量值進(jìn)行校正，提高基質(zhì)含水量測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。如圖I所示，無(wú)土栽培基質(zhì)含水量、電導(dǎo)率的無(wú)線傳感器，主要由電源模塊、極性傳感器探針、電導(dǎo)率激勵(lì)模塊、含水量信號(hào)調(diào)理電路、電導(dǎo)率信號(hào)調(diào)理電路、CC2430無(wú)線單片機(jī)模塊組成，并絕緣封裝在殼體中。電導(dǎo)率激勵(lì)模塊、含水量信號(hào)調(diào)理電路、電導(dǎo)率調(diào)理電路和CC2430無(wú)線單片機(jī)模 塊由電源模塊供電；采用不同工作頻率，通過(guò)不同的信號(hào)調(diào)理電路分時(shí)工作，測(cè)量基質(zhì)的含水量和電導(dǎo)率?；|(zhì)含水量的測(cè)量工作頻率在20MHz左右，由LC振蕩電路產(chǎn)生；基質(zhì)電導(dǎo)率測(cè)量交流激勵(lì)信號(hào)頻率在200Hz左右，通過(guò)CC2430無(wú)線單片機(jī)模塊控制，由精密函數(shù)發(fā)生器ICL8038芯片產(chǎn)生。如圖2所示，極性傳感器探針由支架I、螺母2、第一探針3、螺母4、第二探針5等組成；第一探針3、第二探針5之間間隔約30_(可變)，第一探針3、第二探針5分別作為電容傳感器的兩個(gè)電極，組成電容傳感器；第一探針3、第二探針5的材料為不銹鋼，長(zhǎng)度為30mm-50mm,尾部有軸肩和螺紋；支架I與第一探針3、第二探針5分別通過(guò)第一螺母2、第二螺母4與第一探針3上的軸肩31、第二探針5上的軸肩51擰緊,使得第一探針3、第二探針5固定在支架I上。如圖3所示，含水量信號(hào)調(diào)理電路由前端振蕩電路、頻率發(fā)生器、乘法混頻器、限幅放大器、鑒頻器和低通濾波器組成；前端振蕩電路為由基質(zhì)含水量決定的電容和振蕩器組成一個(gè)的調(diào)頻電路，輸出可變的頻率信號(hào)，頻率發(fā)生器產(chǎn)生固定的頻率信號(hào)；前端振蕩電路產(chǎn)生的可變頻率信號(hào)通過(guò)乘法混頻器與頻率發(fā)生器產(chǎn)生的固定的頻率信號(hào)進(jìn)行差頻，差頻后的頻率信號(hào)經(jīng)過(guò)限幅放大器、鑒頻器和低通濾波器輸出可供具有ADC的信號(hào)處理單元處理的穩(wěn)定電壓信號(hào)。通過(guò)差頻可降低頻率信號(hào)的頻率，以降低電路的設(shè)計(jì)要求。限幅放大器可使鑒頻器的輸入信號(hào)幅度恒定，消除鑒頻器轉(zhuǎn)換過(guò)程中信號(hào)幅值對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。鑒頻器把頻率信號(hào)轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)。如圖4所示，電導(dǎo)率信號(hào)調(diào)理電路由低通濾波器、作為采樣元件的精密電阻和檢波電路組成；電導(dǎo)率激勵(lì)模塊提供的交流激勵(lì)電源信號(hào)通過(guò)精密電阻接在電容的極性探針上，在精密電阻兩端取樣，取樣信號(hào)經(jīng)過(guò)全波整流平均值電路檢波電路，將交流信號(hào)轉(zhuǎn)化為可供信號(hào)處理控制單元采集的直流信號(hào)。信號(hào)處理控制單元采用CC2430無(wú)線單片機(jī)，該單片機(jī)具有無(wú)線通訊功能，可進(jìn)行無(wú)線收發(fā)數(shù)據(jù)，具有8路轉(zhuǎn)換位可選的8-14位ADC，直接對(duì)信號(hào)調(diào)理電路的信號(hào)進(jìn)行采集。CC2430無(wú)線單片機(jī)模塊與信號(hào)調(diào)理電路和電導(dǎo)率激勵(lì)模塊的連接關(guān)系為含水量信號(hào)調(diào)理電路輸出的一路電壓信號(hào)、電導(dǎo)率信號(hào)調(diào)理電路輸出的兩路電壓信號(hào)與配置成ADC輸入的PO 口相應(yīng)位連接，作為CC2430的輸入；CC2430的一位輸出端口通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路與精密函數(shù)發(fā)生器ICL8038連接，控制ICL8038產(chǎn)生交流激勵(lì)電源信號(hào)。CC2430無(wú)線單片機(jī)測(cè)量電導(dǎo)率工作過(guò)程是由CC2430無(wú)線單片機(jī)控制電導(dǎo)率激勵(lì)模塊產(chǎn)生激勵(lì)信號(hào)，作用于極性探針；通過(guò)電導(dǎo)率信號(hào)調(diào)理模塊進(jìn)行信號(hào)調(diào)理，得到兩路與基質(zhì)電導(dǎo)率有關(guān)的電壓信號(hào)；CC2430無(wú)線單片機(jī)通過(guò)ADC轉(zhuǎn)換采集兩路電壓信號(hào)，并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，得到電導(dǎo)率的值。CC2430無(wú)線單片機(jī)測(cè)量含水量的工作過(guò)程是通過(guò)含水量信號(hào)調(diào)理電路對(duì)電容傳感器信號(hào)調(diào)理，測(cè)量其阻抗；CC2430無(wú)線單片機(jī)對(duì)含水量信號(hào)調(diào)理電路的輸出電壓進(jìn)行采集，并進(jìn)行含水量測(cè)量值的計(jì)算和電導(dǎo)率對(duì)含水量測(cè)量值的校正。如圖5所示，CC2430無(wú)線單片機(jī)工作主程序?yàn)槌绦虺跏蓟?，監(jiān)聽(tīng)是否有無(wú)線檢測(cè)的命令，如果有無(wú)線檢測(cè)命令，先進(jìn)行電導(dǎo)率檢測(cè)，后進(jìn)行含水量的檢測(cè)，并通過(guò)電導(dǎo)率的檢測(cè)結(jié)果對(duì)含水量測(cè)量值進(jìn)行校正。如圖6所示，CC2430無(wú)線單片機(jī)的電導(dǎo)率檢測(cè)處理子程序是CC2430的電導(dǎo)率工作控制位為0，使其通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路控制精密函數(shù)發(fā)生器ICL8038工作，延時(shí)I秒鐘使信號(hào)穩(wěn)定，調(diào)用ADC采樣程序采集兩路與電導(dǎo)率有關(guān)的電壓信號(hào)，最后通過(guò)計(jì)算得到電導(dǎo)率。本實(shí)用新型所述的電導(dǎo)率測(cè)量值具體計(jì)算公式如下(I)復(fù)介電常數(shù)可表示為
權(quán)利要求1.一種無(wú)土栽培基質(zhì)含水量、電導(dǎo)率檢測(cè)傳感器，其特征在于，包括電源模塊、極性傳感器探針、電導(dǎo)率激勵(lì)模塊、含水量信號(hào)調(diào)理電路、電導(dǎo)率信號(hào)調(diào)理電路和單片機(jī)模塊，并絕緣封裝在殼體中；所述電導(dǎo)率激勵(lì)模塊、含水量信號(hào)調(diào)理電路、電導(dǎo)率調(diào)理電路和單片機(jī)模塊由電源模塊供電；所述含水量信號(hào)調(diào)理電路和電導(dǎo)率信號(hào)調(diào)理電路的輸入分別與所述極性傳感器探針連接，其輸出分別與所述單片機(jī)模塊連接；所述電導(dǎo)率激勵(lì)模塊分別與單片機(jī)模塊和電導(dǎo)率信號(hào)調(diào)理電路連接；所述單片機(jī)控制所述含水量信號(hào)調(diào)理電路和電導(dǎo)率信號(hào)調(diào)理電路采用不同工作頻率分時(shí)工作。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種無(wú)土栽培基質(zhì)含水量、電導(dǎo)率檢測(cè)傳感器，其特征在干， 所述單片機(jī)模塊具有無(wú)線通訊功能，可進(jìn)行無(wú)線收發(fā)數(shù)據(jù)，具有8路轉(zhuǎn)換位可選的8-14位ADC，直接對(duì)信號(hào)調(diào)理電路的電壓信號(hào)進(jìn)行采集、處理和傳輸；所述單片機(jī)模塊在含水量測(cè)量值信號(hào)處理過(guò)程中，根據(jù)檢測(cè)到的電導(dǎo)率的值，依據(jù)線性補(bǔ)償方法，對(duì)含水量測(cè)量值進(jìn)行校正。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種無(wú)土栽培基質(zhì)含水量、電導(dǎo)率檢測(cè)傳感器，其特征在干，所述極性傳感器探針由支架(I)、螺母(2)、第一探針(3)、螺母(4)、第二探針(5)組成；所述第一探針(3)、第二探針(5)材料為不銹鋼，長(zhǎng)度為30mm-50mm，其之間留有間隔，組成為電容傳感器的兩個(gè)電扱；所述第一探針(3)、第二探針(5)分別固定在支架(I)上。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的ー種無(wú)土栽培基質(zhì)含水量、電導(dǎo)率檢測(cè)傳感器，其特征在干，所述含水量的測(cè)量工作頻率在20MHz，由LC振蕩電路產(chǎn)生；基質(zhì)電導(dǎo)率測(cè)量交流激勵(lì)信號(hào)頻率在200Hz。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種無(wú)土栽培基質(zhì)含水量、電導(dǎo)率檢測(cè)傳感器，其特征在干，所述含水量信號(hào)調(diào)理包括前端振蕩電路、頻率發(fā)生器、乘法混頻器、限幅放大器、鑒頻器和低通濾波器；所述前端振蕩電路為由基質(zhì)含水量決定的電容和振蕩器組成ー個(gè)的調(diào)頻電路，輸出可變的頻率信號(hào)，所述頻率發(fā)生器產(chǎn)生固定的頻率信號(hào)；所述前端振蕩電路產(chǎn)生的可變頻率信號(hào)通過(guò)乘法混頻器與頻率發(fā)生器產(chǎn)生的固定的頻率信號(hào)進(jìn)行差頻，差頻后的頻率信號(hào)經(jīng)過(guò)限幅放大器、鑒頻器和低通濾波器輸出到所述單片機(jī)模塊的穩(wěn)定電壓信號(hào)。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種無(wú)土栽培基質(zhì)含水量、電導(dǎo)率檢測(cè)傳感器，其特征在干，所述電導(dǎo)率信號(hào)調(diào)理電路由低通濾波器、作為采樣元件的精密電阻和檢波電路組成；電導(dǎo)率激勵(lì)模塊提供的交流激勵(lì)電源信號(hào)通過(guò)精密電阻接在電容的極性探針上，在精密電阻兩端取樣，取樣信號(hào)經(jīng)過(guò)全波整流平均值電路檢波電路，將交流信號(hào)轉(zhuǎn)化為可供所述單片機(jī)模塊采集的直流信號(hào)。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種無(wú)土栽培基質(zhì)含水量、電導(dǎo)率檢測(cè)傳感器，該傳感器由電源模塊、電導(dǎo)率激勵(lì)模塊、極性傳感器探針、含水量信號(hào)調(diào)理電路、電導(dǎo)率信號(hào)調(diào)理電路、無(wú)線單片機(jī)模塊組成。兩個(gè)極性傳感器探針組成含水量和電導(dǎo)率電容傳感器，無(wú)線單片機(jī)控制電導(dǎo)率激勵(lì)模塊產(chǎn)生激勵(lì)信號(hào)，激勵(lì)信號(hào)作用于極性探針，通過(guò)電導(dǎo)率信號(hào)調(diào)理模塊進(jìn)行信號(hào)調(diào)理，得到兩路與基質(zhì)電導(dǎo)率有關(guān)的電壓信號(hào)，通過(guò)信號(hào)處理控制單元無(wú)線單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、處理，得到電導(dǎo)率的值；高頻工作頻率下，無(wú)線單片機(jī)對(duì)含水量信號(hào)調(diào)理電路輸出信號(hào)進(jìn)行處理，并由電導(dǎo)率值對(duì)其補(bǔ)償?shù)玫胶恐?。本?shí)用新型能準(zhǔn)確測(cè)量基質(zhì)的含水量和電導(dǎo)率，可廣泛用的溫室基質(zhì)無(wú)土栽培中。
文檔編號(hào)G01N27/22GK202421116SQ20112055879
公開(kāi)日2012年9月5日 申請(qǐng)日期2011年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月28日
發(fā)明者吳凱, 張西良, 李萍萍, 盛慶元, 胡永光, 趙麗娟, 路欣 申請(qǐng)人:江蘇大學(xué)