基于FDR技术的土壤水分传感器设计

本文以土壤的介电理论为基础,通过测量土壤的介电常数随土壤水分变化的规律得知土壤的体积含水量,并利用土壤水分频域反射法实现土壤水分的测量.此方法可以连续检测土壤含水量的变化,较好的反映土壤水分的变化趋势.本文所设计的土壤水分传感器因具有多个测量分探头,因此可测量较深的土壤.因采用RS485总线通信,使传感器具有实时测量、...     

具有电导率补偿特性的低频电容土壤水分传感系统

土壤水分是现代精准农业中的重要检测对象,目前常用的土壤水分传感器大多使用高频测量方法,电路制作成本较高无法满足大范围布设的要求。基于土壤水分含量变化影响土壤介电常数的原理,设计了利用电导率特性进行校正的低频电容土壤水分传感器,详细介绍了传感器的原理、组成以及含水量计算混合模型,并将传感器应用于低盐度、低有机物含量的黄土土样中进行了重复测试。测试结果表明,传感器的最大误差小于3.30%,平均绝对误差小于2.0%,能够满足农业生产对土壤水分检测的精度要求。     

基于高频电容原理的土壤剖面水分传感器研究

为了实现土壤剖面不同深度的水分测量,基于高频电容原理,研制了一种能够自动、连续监测土壤剖面动态含水量的水分传感器。通过实验,建立了传感器数学标定模型,并对传感器进行了相关性能测试。通过对比分析土壤水分实际值与传感器测量值,结果表明:传感器最大绝对误差为-5.10%。传感器测量水分梯度变化明显,可用于土壤剖面不同深度水分的测量,具有低成本、低功耗的特点,可应用于农林业实际生产。     

一种土壤剖面水分传感器的节点电路设计

为实现土壤剖面不同深度水分的同时测量,研制了一种土壤剖面水分传感器,对传感器节点部分的电路进行了设计与实现,具有功耗低、成本低等特点。实验结果表明:应用此电路的传感器,输出电压随着土壤体积含水量的增加而减小;与烘干法所测得的土壤水分实际值相比,传感器的最大绝对测量误差为-5.10%;传感器用于土壤剖面不同深度的土壤水分测量,水分梯度变化明显,性能良好。     

基于自建模技术的电容土壤水分传感器研究􀀂

基于自建模技术研究了一种快速传感、低成本、高可靠性的土壤含水量传感器.土壤水分的快速传感受土壤类型影响很大,利用自建模技术,能有效地降低传感器受土壤类型的影响,将该模型内置于传感器中在农村得到广泛应用.     

橘园无线土壤水分传感器的设计与实现

为了达到以一种低成本方式实时采集土壤水分信息用于指导橘园的节水灌溉,根据土壤电阻率随土壤含水率变化的原理,设计了一种土壤水分传感器.为克服恒定直流电压测量时探针电极的极化效应的影响,提出了一种以H桥正反脉冲间歇电压信号作为激励信号的测量方法.采用无线收发模块CC2420,实现了传感器与上位机之间的无线通信与数据无线传输.利用电源管理技术和睡眠机制,提高了电池的使用寿命.对传感器进行了标定,并在土壤含水率为13.6％～50.2％的范围内进行了验证实验,结果表明:当土壤含水率在21.1％～41.5％范围内,测量的平均误差为2.8％;当土壤含水率小于21.1％或大于41.5％时,测量的平均误差为5.2％.     

电容式土壤水分传感器的电导变异性试验研究

为评估电容式土壤水分传感器受土壤电导率的影响及其对农田土壤电导率变化范围的适用性,配制了一系列土壤等效含水率为40.6%、电导率为0~1.91dS/m的土壤等效介电溶液,分别对激励信号频率为40,50,60,70,80,90,100MHz的7种传感器进行了电导变异性试验,并且配制了相同含水率但电导率分别为0,0.31,0.46和0.61dS/m的4种土样进行了验证试验。试验结果表明:1)土样中的测试结果基本上与介电溶液吻合,可采用等效介电溶液评估传感器的电导变异性;2)传感器的电导变异率随待测介质电导率的升高而近似线性增大,相同电导率下,传感器激励信号频率越高其电导变异率越小;3)在农田土壤电导率基本变化区域0.239~0.650 dS/m内,当传感器激励信号频率从不低于80MHz时,其最大电导变异率为9.2%,能满足工程上的实际应用要求。     

一种用于差分电容检测的电荷Delta-Sigma调制器的研究

研究一种用于差分电容传感器检测的电荷Delta-Sigma调制器结构.在该检测电路中不需要C/V转换电路,待检测的差分电容直接作为调制器环路的输入电容,差分电容的变化量首先被转换为变化的电荷,然后被调制成一位的数字输出信号.文章最后给出了一个二阶的Delta-Sigma调制器的行为级仿真结果.     

单侧敏感土壤水分传感器设计及标定研究

针对目前土壤水分传感器测量需侵入土壤,无法获取土壤表层含水量信息及其标定过程繁琐等不足,本文改进ECH₂O传感器探头结构,提出单侧敏感型电容式土壤水分传感器。采用ANSYS软件仿真分析探头灵敏度、敏感深度等特性随探头极宽与极距之比(a/b)变化关系,认为a/b在0.8~1之间取值时探头特性较优;基于谐振原理设计了带有频伏转化功能的电容测量电路;推导出混合介电参数标定β模型,提出β模型两点标定法。通过土壤、泥炭、珍珠岩、醋糟测定试验表明：β模型能较好地描述输出电压信号与土壤含水量之间的关系,最小相关系数R^₂=0.9554;除珍珠岩外,基于两点标定β模型的测量误差小于0.025;泥炭、醋糟容重变化引起的测量误差小于0.025。     

一种土壤水分检测仪的设计

在土壤水分检测的各种方法中,传感器法具有其许多优点。本文就是利用土壤水分传感器设计了一种土壤水分检测仪,阐述了其组成和工作原理。试验表明,利用本检测仪测量土壤含水量与烘干称重法测量值的差值在5%以内,具有测量准确度高,测量速度快,显示直观,使用简单,价格低廉,操作方便的特点。     

采用电容传感器的型砂含水率检测仪

介绍一种采用电容传感器的型砂含水率检测仪,它采用微电容测量技术对信号进行检测,并通过单片机对数据进行处理和控制,测量准确度高于1%,既可作为便携式仪表使用,也可用在生产线上实现混砂加水的自动控制,具有使用方便、测量速度快、性能稳定、控制可靠等优点。     

同面散射场电容式砂含水量传感器的研究

针对电容式砂含水量传感器的特殊结构,本文从同面散射场电容传感器的等效电容的分析出发,优化了电容极板的大小;使用有限元法分析了极板间距、极板对数以及极板结构对传感器灵敏度的影响;并对传感器的隔离板材料的介电常数选择问题进行了探讨。结果表明双电极小极板结构的普通陶瓷隔离的传感器结构尺寸小,灵敏度高。本研究对同面散射场电容式砂含水量传感器的结构参数优化有实际指导意义。     

新型电容式蒸汽湿度传感器结构设计

针对高温高压湿蒸汽的湿度测量难度大、准确度低的难点,根据蒸汽与水的介电常数差异较大的特点,利用电容法测量湿度的原理,设计了一种同轴式圆筒形电容式传感器,可实现蒸汽湿度的在线测量。利用集成定时器NE555芯片,设计了外部测量电路对湿度信号进行测量,测量电路将电容量的变化转换成频率值,通过输出频率来反映蒸汽湿度。经标定后,该传感器既可直接测量气体的湿度,又可测量固体的水分含量。     

A dielectric-based combined horizontal sensor for on-the-go measurement of soil water content and mechanical resistance

Precision agriculture is drawing widespread attention and increasing interest in the use of on-the-go sensors to extract soil and plant information. This new trend is evident from an increased number of (tillage) studies concerning the development of sensors for measuring physical soil properties. In this study, a new dielectric-based horizontal sensor was designed and stationary calibrated in pots for measurement of volumetric soil water content. Subsequently, the sensor was combined with a load cell and installed on a tine with thickness of 25 mm, and its dynamic performance was assessed. The load cell behind the tine measures horizontal soil mechanical resistance. In order to evaluate the on-the-go performance of this combined sensor, two experiments were carried out in a soil bin, with the purpose of (i) measuring soil water content along a transect of longitudinally variable water contents, (ii) investigating the difference in horizontal resistance force measured by either the combined (horizontal force and water content) or a single sensor (horizontal force only). The stationary calibration results showed that quadratic equations with coefficients of determination (R²) of 0.989 and 0.918 could be fitted to the data points obtained from measurements in soil bulk densities of 1.5 and 1.2 g cm⁻³, respectively. The results of the soil bin experiments indicated that the response of the dielectric sensor to soil water content variations was reasonable, but that the output voltage of the sensor should be amplified for a better sensitivity and resolution. The presented combined sensor can provide useful information on soil physical properties towards site specific applications in soils.     

基于蓝牙和传感器技术的油含水率测量系统

提出了基于蓝牙技术和电容式敏感元件的油含水率新型智能化测量系统,采用了蓝牙技术和C/U转换、U/f转换等设计。C/U转换包括由集成运放构成的正弦信号产生电路、缓冲电路和转换电路三部分。电路选用器件精密,工作稳定可靠。实验结果表明:系统能够准确地以全量程线性化刻度(0%～100%)显示。     

一种交流激励电容测量电路的性能测试

差动电容传感器已广泛地应用于压力、压差、位移、加速度、振动等非电量的精密测量,参比电容传感器有望用于煤粉浓度测量等领域,而微小电容测量电路是电容传感器应用中的核心和关键技术。微小电容测量的难点在于杂散电容的存在以及电磁干扰,而交流激励电容测量电路可以采用调制解调方式将缓慢变化的电容传感器信号调制在激励源提供的高频载波上,有效抑制同频干扰,工频干扰,运算放大器的失调电压和失调电流,电阻电容等器件的低频噪声干扰。在活塞压力平台上对交流激励电容测量电路进行了性能测试。结果表明,交流激励电容测量电路迟滞误差为0.19%,非线性误差为0.23%,重复性误差为0.29%,可应用于参比电容传感器测量系统。     

基于支持向量机的多传感器信息融合算法

支持向量机(Support Vector Machine,SVM)是一种基于结构风险最小化原理,具有很高泛化性能的学习算法。针对工业多传感器测控系统中,被测系数与相关参数之间存在有较大的非线性和模糊关系,提出了一种基于支持SVM的多传感器信息融合模型及算法。为小样本、非线性、高维数一类多传感器信息融合问题的建模提供了一种有效的途径。通过对“纸张水份在线测量系统”应用表明,基于SVM的多传感器信息融合模型及算法在测量精度和推广性能上都具有一定的优越性。     

不同频率激励信号下土壤水分传感器性能试验

激励信号频率是影响高频电容式土壤水分传感器性能的重要因素。利用去离子水和2—异丙氧基乙醇(2—isoproxyethanol)或二氧六环(dioxane)2种溶液混合,配制了一系列等效土壤体积含水率为0.9%~51.8%的待测介电溶液来替代土样。从与土壤含水率的函数关系、温度变异性2个方面,分别对激励信号频率为40,50,60,70,80,90,100 MHz的7种土壤水分传感器进行了性能测试与分析。结果表明:7种频率的传感器的输出电压均与土壤体积含水率呈线性负相关,其相关系数R2均大于0.94;激励信号频率不影响传感器输出电压的温度变异性,温差是影响温度变异性的主要因素,其最大变异率均小于4%。试验结果可为设计高频电容式土壤水分传感器时选择激励信号频率提供依据。     

一种测量油井产液含水率的电容式传感器

一种适用于高产量高含水油井产液含水率测量的电容式传感器。测量采取非集流方式，直接测量表征含水率大小的套管空间中与传感器接触的油泡，从而实现含水率测量。