一种多极板土壤湿度测量装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型设及一种测量装置，尤其设及一种多极板±壤湿度测量装置。
【背景技术】
[0002] ±壤湿度表示一定深度±层的±壤干湿程度的物理量，又称±壤水分含量。±壤 湿度决定农作物的水分供应状况。±壤湿度过低，形成±壤干旱，光合作用不能正常进行， 降低作物的产量和品质；严重缺水导致作物调萎和死亡。±壤湿度过高，恶化±壤通气性， 影响±壤微生物的活动，使作物根系的呼吸、生长等生命活动受到阻碍，从而影响作物地上 部分的正常生长，造成徒长、倒伏、病害滋生等。±壤水分的多少还影响田间耕作措施和播 种质量，并影响±壤温度的高低。±壤湿度测定其目的在于揭示农田±壤水分状态及其运 动规律，掌握作物的水分供应状况，为编制作物水分供应情报和预报，鉴定农机具田间工作 条件与效率，W及为采取农业技术措施提供定量依据。
[0003] 目前，测量±壤湿度的主要手段是湿度计。湿度计的主要测量原理有电容法，电 阻法，微波法，中子法，KarlFischer法，射线法，核磁共振法，时域反射法（timedomain reflectometry，TDR)。TDR法由于理论性和实用性都很强，且具有不破坏样本、快速和容 易操作等优点，被人们广泛接受，是近年来使用较多、发展较快的一种测定±壤含水率的方 法。基于湿度计的测量，无论是哪种原理其传感器大都属于探针式，由于其与±壤的有效接 触面小，当±壤湿度分布不均时，容易造成测量误差。本发明拟采用电容传感器阵列实现对 一定范围±壤湿度分布在线监测，一次测量便能提供测量区域内±壤湿度的平均值信息。 该传感器系统的工作原理为：逐个扫描安装在绝缘管道壁上两两组合的相对极板电容值， 给出测量域内±壤的平均湿度信息。该装置改变^往±壤湿度计需要多次测量W提高测量 准确性，只要一次测量即可获得测量区域内±壤湿度的平均值。相比之下，基于电容传感器 阵列，必将成为未来最有竞争力的方法。本发明解决了传统基于电容敏感原理的传感器测 量中由于±壤湿度分布不均造成的测量误差问题，改为测量区域内±壤湿度平均值，更具 有现实意义。
【发明内容】
[0004] 本实用新型的目的是提供一种多极板±壤湿度测量装置，为了提高基于电容原理 的±壤湿度测量方法的精度，解决由于±壤湿度随机分布不均造成的测量偏差问题。水的 介电常数巧1)比±壤的介电常数（2~5)大得多。含水量的微小变化将大大改变混合物的 介电常数。介电常数的变化用电容传感器探测从而达到测量±壤湿度的目的。
[0005] 本实用新型是该样实现的，一种多极板±壤湿度测量装置，它包括绝缘管道、屏蔽 罩、铜巧极板、微小电容测量电路和极板选通控制电路，其特征在于；绝缘管道外同轴套接 屏蔽罩，所述绝缘管道的外壁表面均匀设置有8块铜巧极板，所述8块铜巧极板两两相对， 所述相对的一组铜巧极板分别连接极板选通控制电路，极板选通控制电路连接微小电容测 量电路。
[0006] 所述绝缘管道的壁厚不大于2mm。
[0007] 所述绝缘管道优选有机玻璃或陶瓷。
[0008] 所述相邻的两个铜巧极板的端点与绝缘管道中屯、的连线角度为1-5度。
[0009] 所述相邻的两个铜巧极板的端点与绝缘管道中屯、的连线最优角度为2度。
[0010] 本实用新型的技术效果是；1、测量区域为封闭空间，其灵敏场分布相对均匀。2、通 过一次测量即可求得测量区域的±壤湿度平均值，更能反映被测对象的属性，适用于任何 情况下的±壤湿度测量场合。
【附图说明】
[0011] 图1是传感器横截面结构参数图。
[0012] 在图中，D1是绝缘管道内经、D2是绝缘管道外径、D3是屏蔽层直径。相邻两个极 板的夹角为2°、1-8为铜巧极板、9为绝缘管道、10为屏蔽罩。
[0013] 图2是传感器结构参数侧视图。
[0014] 在图中，hi为管道及屏蔽罩的高度、h2为传感器极板的高度、h3为传感器极板距 离管道底部的高度。
[0015] 图3为基于交流激励法的微小电容测量电路。
[0016] 图4为系统组成框图。
【具体实施方式】
[0017] 如图1、图2、图3、图4所示，本实用新型是该样实现的，选择厚度不大于2mm的绝 缘管道9 (有机玻璃陶瓷均可)，绝缘管道9直径为Dl=10cm，高度hl=12cm。在其周围均 匀粘贴8块铜巧极板，铜巧极板其参数为；10*7. 5,图2中h3=lcm铜巧极板之间的夹角为 2°。屏蔽罩10为直径D3=10. 3畑1，高度为hl=12cm，固定在绝缘管道9外围。外接微小电容 测量电路11和极板选通控制电路12,使用时通过外接微小电容测量电路和极板选通控制 电路来获得4个相对极板之间的电容值。具体做法，选择铜巧极板1作为激励极板，铜巧极 板5作为检测极板，其余铜巧极板接到地；同样方法依次测得2-6、3-7、4-8,将4个铜巧极 板对测得的电容求其平均值，最后可W根据系统的电容/湿度标定曲线(产品化之前先对 传感器进行标定得到的）获得当前测量区域的±壤的平均湿度。
[0018] 如图3所示，图中正弦信号发生器产生角频率为曲的正弦信号VI(t)，第一路经过 乘法器A变成幅值可控的激励信号K任)作用于被测Cy。第二路则作为相敏解调器（由乘 法器构成）的参考信号。
[0019] 检测器U1的输出为；
[0020]
【主权项】
1. 一种多极板土壤湿度测量装置，它包括绝缘管道、屏蔽罩、铜箔极板、微小电容测量 电路和极板选通控制电路，其特征在于：绝缘管道外同轴套接屏蔽罩，所述绝缘管道的外壁 表面均匀设置有8块铜箔极板，所述8块铜箔极板两两相对，所述相对的一组铜箔极板分别 连接极板选通控制电路，极板选通控制电路连接微小电容测量电路。
2. 根据权利要求1所述的多极板土壤湿度测量装置，其特征在于：所述绝缘管道的壁 厚不大于2mm〇
3. 根据权利要求1所述的多极板土壤湿度测量装置，其特征在于：所述绝缘管道优选 有机玻璃或陶瓷。
4. 根据权利要求1所述的多极板土壤湿度测量装置，其特征在于：相邻的两个铜箔极 板的端点与绝缘管道中心的连线角度为1-5度。
5. 根据权利要求1所述的多极板土壤湿度测量装置，其特征在于：相邻的两个铜箔极 板的端点与绝缘管道中心的连线最优角度为2度。
【专利摘要】一种多极板土壤湿度测量装置，绝缘管道外同轴套接屏蔽罩，所述绝缘管道的外壁表面均匀设置有8块铜箔极板，所述8块铜箔极板两两相对，8个铜箔极板分别连接极板选通控制电路，而后通过极板选通控制电路连接到微小电容测量电路。本实用新型的技术效果是：1、测量区域为封闭空间，其灵敏场分布相对均匀。2、通过一次测量即可求得测量区域的土壤湿度平均值，更能反映被测对象的属性，适用于任何情况下的土壤湿度测量场合。
【IPC分类】G01N27-22
【公开号】CN204405587
【申请号】CN201420762630
【发明人】高彦丽, 章勇高, 徐青
【申请人】华东交通大学
【公开日】2015年6月17日
【申请日】2014年12月8日