生物質(zhì)農(nóng)田分布測(cè)量感應(yīng)元件的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種生物質(zhì)農(nóng)田分布測(cè)量感應(yīng)元件，其特征在于，兩矩形金屬電極平行排列，附著在一片絕緣體上而形成的單面電容，兩金屬電極之間間隔區(qū)域涂覆憎水材料，兩金屬電極的表面有成矩陣排列的尖端金屬突起，兩個(gè)金屬電極各接一根輸出導(dǎo)線。通過生物質(zhì)農(nóng)田分布測(cè)量感應(yīng)元件敏感度的有限元模擬，以及與實(shí)際實(shí)驗(yàn)比照，得到結(jié)構(gòu)的最佳尺寸，與現(xiàn)有類似傳感器對(duì)比，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。
【專利說明】生物質(zhì)農(nóng)田分布測(cè)量感應(yīng)元件
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種測(cè)量元件,特別涉及一種生物質(zhì)農(nóng)田分布測(cè)量感應(yīng)元件。
【背景技術(shù)】
[0002]精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展方向，由信息技術(shù)支撐的、根據(jù)空間變化定位、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。目前已有多種產(chǎn)量傳感器得到了較快發(fā)展，然而對(duì)于生物質(zhì)農(nóng)田分布測(cè)量的傳感器的研究由于開發(fā)難度較大，迄今沒有一個(gè)可實(shí)際工作的傳感器。
[0003]具有生物質(zhì)農(nóng)田分布測(cè)量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)械接觸式傳感系統(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極其嚴(yán)重，接近10%的誤差；2)傳感器維護(hù)成本高，低壽短。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)際工況極其復(fù)雜，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。
[0004]因此，在目前實(shí)際應(yīng)用中，由于農(nóng)業(yè)工作環(huán)境的惡劣性、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)一步提高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明是針對(duì)現(xiàn)有的感應(yīng)元件不能很好滿足生物質(zhì)農(nóng)田分布測(cè)量需要的問題，提出了一種生物質(zhì)農(nóng)田分布測(cè)量感應(yīng)元件，為一種適用于農(nóng)田分布測(cè)量的高靈敏度、長(zhǎng)感應(yīng)距離的傳感器感應(yīng)單元。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案為:一種生物質(zhì)農(nóng)田分布測(cè)量感應(yīng)元件，兩矩形金屬電極平行排列，附著在一片絕緣體上而形成的單面電容，兩金屬電極之間間隔區(qū)域涂覆憎水材料，兩金屬電極的表面有成矩陣排列的ImmXlmm,高度為0.5mm大小的金字塔顆粒狀尖端金屬突起，顆粒狀突起間距離為1cm，兩個(gè)金屬電極各接一根輸出導(dǎo)線。
[0007]所述兩金屬電極寬度為15到55毫米，如果要求靈敏度，以40毫米最佳；如果要求識(shí)別率，以20毫米最佳；兩電極之間距離為15-25毫米，以17毫米最佳。
[0008]所述兩矩形金屬電極同長(zhǎng)，寬度可不同。
[0009]本發(fā)明的有益效果在于:本發(fā)明生物質(zhì)農(nóng)田分布測(cè)量感應(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)果高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。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1為本發(fā)明生物質(zhì)農(nóng)田分布測(cè)量感應(yīng)元件俯視圖；
圖2為本發(fā)明生物質(zhì)農(nóng)田分布測(cè)量感應(yīng)元件與防護(hù)層的側(cè)視圖；
圖3為本發(fā)明不同電極寬度和電極間距結(jié)構(gòu)的生物質(zhì)農(nóng)田分布測(cè)量感應(yīng)元件敏感度的有限元模擬圖。
【具體實(shí)施方式】
[0011]如圖1所示生物質(zhì)農(nóng)田分布測(cè)量感應(yīng)元件俯視圖和圖2所示生物質(zhì)農(nóng)田分布測(cè)量感應(yīng)元件與防護(hù)層的側(cè)視圖，測(cè)量感應(yīng)元件是由兩片金屬片A與B附著在一片絕緣體D上而形成的單面電容裝置，兩片金屬片A與B作為兩金屬電極，均為矩形結(jié)構(gòu)，同長(zhǎng)，寬度可不同，如圖1，y軸長(zhǎng)度相同，但是X軸，A與B的寬度不同，平行排列分布，兩金屬電極之間保持一定的間隔，間隔區(qū)域涂覆憎水材料C，兩金屬電極的表面有成矩陣排列的尖端突起E，兩個(gè)金屬電極A與B各接一根輸出導(dǎo)線F，整個(gè)元件兩金屬電極上面可用保護(hù)層G作為保護(hù)結(jié)構(gòu)。
[0012]如圖3所示不同電極寬度和電極間距結(jié)構(gòu)的生物質(zhì)農(nóng)田分布測(cè)量感應(yīng)元件敏感度的有限元模擬圖，通過有限元模擬以及與實(shí)際實(shí)驗(yàn)比照，得到較為優(yōu)化的結(jié)果為一個(gè)電極A的寬度為20毫米，另一電極B的寬度為40毫米，兩電極之間的間隔區(qū)域?qū)挾葹?7毫米，這樣既保證了分辨率，又保證了靈敏度?？梢酝ㄟ^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C，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，在傳感器的一端進(jìn)行接線F，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E，E為金屬，在這里的材料可選為錫，兩金屬電極的表面有成矩陣排列的ImmX 1mm，高度為0.5mm大小的金字塔顆粒狀尖端突起，顆粒狀突起間距離為1cm，這種突起可以更好的將表面電容場(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I毫米的保護(hù)體G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%。
[0013]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毫米的金屬突起，可以有效的提高傳感單元的測(cè)試距離。
【權(quán)利要求】
1.一種生物質(zhì)農(nóng)田分布測(cè)量感應(yīng)元件，其特征在于，兩矩形金屬電極平行排列，附著在一片絕緣體上而形成的單面電容，兩金屬電極之間間隔區(qū)域涂覆憎水材料，兩金屬電極的表面有成矩陣排列的ImmX 1mm，高度為0.5mm大小的金字塔顆粒狀尖端金屬突起，顆粒狀突起間距離為1cm，兩個(gè)金屬電極各接一根輸出導(dǎo)線。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述生物質(zhì)農(nóng)田分布測(cè)量感應(yīng)元件，其特征在于，所述兩金屬電極寬度為15到55毫米，如果要求靈敏度，以40毫米最佳；如果要求識(shí)別率，以20毫米最佳；兩電極之間距離為15-25毫米，以17毫米最佳。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述生物質(zhì)農(nóng)田分布測(cè)量感應(yīng)元件，其特征在于，所述兩矩形金屬電極同長(zhǎng)，寬度可不同。
【文檔編號(hào)】G01N27/00GK104034755SQ201410178361
【公開日】2014年9月10日 申請(qǐng)日期:2014年7月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月14日
【發(fā)明者】管驍, 李海洲, 劉靜 申請(qǐng)人:上海理工大學(xué)