一种用于土壤湿度无源检测的抗干扰标签测试系统

本发明属于土壤湿度探测，特别是一种用于土壤湿度无源检测的抗干扰标签测试系统。

背景技术：

1、精准农业的土壤健康监测需要大规模部署传感器，可用于监测土壤参数，如湿度、温度、微生物活性和氮浓度，并向农民报告土壤状况。在各种参数中，水分是农业中的一个重要参数，通常用土壤体积含水量来量化，它对植物生长、养分运输和土壤性质都有很大的影响。土壤体积含水量(vwc)的变化也直接影响不同土壤类型微生物的生物量和酶活性。

2、现有的土壤单位含水量定量方法包括常规重力测量以及有线和遥感方法。重量法的缺点是费力的物理工作、运输过程中土壤的压实以及由于蒸发造成的水分损失导致的误差。通过测量土壤的介电常数来计算vwc的传感方法，可以避免将土壤样品从现场移至实验室的体力耗费尽管已经开发了各种传感器和探针用于vwc的现场测量和量化，但它们受到条件限制，因为它们需要与外部数据记录器或可能的无线数据传输节点进行有线连接。此外，这些有线系统部署缓慢，在常规农业活动中有被农业机械损坏的风险。

3、为了解决这一限制，不同的大规模成像系统，即高光谱图像和高分辨率卫星图像也被用于精准农业应用。使用成像系统的现场测量由配备多光谱相机、热相机、rgb相机或光探测和测距系统的无人机完成。尽管这些基于图像的技术在无损分析作物压力、疾病和产量的空间变异性方面效果最佳，但这些方法的主要缺点是不能用于早期提取底土状况信息。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种用于土壤湿度无源检测的抗干扰标签测试系统，以解决现有技术中的不足，以提高土壤湿度检测模型标定的准确性，为土壤湿度无源抗干扰检测提供了一种可靠的理论和标定方案。

2、本申请的一个实施例提供了一种用于土壤湿度无源检测的抗干扰标签测试系统，所述系统包括：网络分析仪u1、电磁屏蔽箱u2、crfid传感器标签u3、转盘u4、四棱形喇叭天线u5、屏蔽线u6；其中，

3、所述网络分析仪u1通过所述屏蔽线u6与所述电磁屏蔽箱u2内的所述四棱形喇叭天线u5连接；

4、所述电磁屏蔽箱u2的一侧连接有所述转盘u4，所述转盘u4上设计有所述crfid传感器标签u3。

5、可选的，所述crfid传感器标签u3包括：介质基板、接地层、第一谐振器、第二谐振器、封装层。

6、可选的，所述介质基板为丙烯酸基板材料，所述接地层为纯铜材料与醋酸乙酯混合制备而成，所述第一谐振器、第二谐振器为纯铜材料与醋酸乙酯制备而成，所述封装层为pdms溶液与固化剂混合制备而成。

7、可选的，所述接地层装配在所述介质基板底部，作为传感器接地平面；所述第一谐振器、第二谐振器装配在介质基板表面，装配角度为45°，作为传感器标签的谐振器单元；所述封装层包括封装层表层与封装层底层。

8、可选的，其中，所述网络分析仪u1的第一端口发射的电磁波，通过所述屏蔽线u6传输至所述电磁屏蔽箱u2内的四棱形喇叭天线u5的垂直脊以生成垂直极化询问信号，所述垂直极化询问信号经过所述crfid传感器标签u3反射后的水平极化的电磁波被所述四棱形喇叭天线u5的水平脊获取，并通过屏蔽线u6传输至网络分析仪u1的第二端口，网络分析仪u1接收电磁波的频率信号，通过转盘u4可旋转电磁屏蔽箱u2内crfid传感器标签u3的角度，测试得到不同角度下的后向散射信号数据，通过对底极坐标系数据的变换处理，得到原始的电磁信号电平样本数据集。

9、可选的，所述crfid传感器标签u3用于感知土壤有效介电常数变化时的电特征信号，对crfid传感器标签u3的电特征信号进行处理，利用处理后的信息进行公式推导，得到土壤湿度识别模型。

10、可选的，所述电特征信号包括：后向散射信号数据、功率、介电常数、谐振频率、回波损耗。

11、可选的，所述四棱形喇叭天线u5由垂直脊天线与水平脊天线水平90°交叉组成，作为交叉极化天线；所述crfid传感器标签u3被发射天线的访问角度设置为45°，作为变极化标签。

12、可选的，所述crfid传感器标签u3由短路偶极子结构组成，所述短路偶极子结构的谐振结构用于对入射信号进行后向散射，同时在反射信号中嵌入谐振形式的电磁特征。

13、可选的，所述垂直脊天线用于作为发射器以生成垂直极化询问信号，所述水平脊天线用于作为接收器以读取从传感器标签反向散射的水平极化信号。

14、与现有技术相比，本发明提供的一种用于土壤湿度无源检测的抗干扰标签测试系统，包括：网络分析仪u1、电磁屏蔽箱u2、crfid传感器标签u3、转盘u4、四棱形喇叭天线u5、屏蔽线u6；其中，所述网络分析仪u1通过所述屏蔽线u6与所述电磁屏蔽箱u2内的所述四棱形喇叭天线u5连接；所述电磁屏蔽箱u2的一侧连接有所述转盘u4，所述转盘u4上设计有所述crfid传感器标签u3，从而提高土壤湿度检测模型标定的准确性，为土壤湿度无源抗干扰检测提供了一种可靠的理论和标定方案。

技术特征：

1.一种用于土壤湿度无源检测的抗干扰标签测试系统，其特征在于，所述系统包括：网络分析仪u1、电磁屏蔽箱u2、crfid传感器标签u3、转盘u4、四棱形喇叭天线u5、屏蔽线u6；其中，

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述crfid传感器标签u3包括：介质基板、接地层、第一谐振器、第二谐振器、封装层。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述介质基板为丙烯酸基板材料，所述接地层为纯铜材料与醋酸乙酯混合制备而成，所述第一谐振器、第二谐振器为纯铜材料与醋酸乙酯制备而成，所述封装层为pdms溶液与固化剂混合制备而成。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述接地层装配在所述介质基板底部，作为传感器接地平面；所述第一谐振器、第二谐振器装配在介质基板表面，装配角度为45°，作为传感器标签的谐振器单元；所述封装层包括封装层表层与封装层底层。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述四棱形喇叭天线u5由垂直脊天线与水平脊天线水平90°交叉组成，作为交叉极化天线；所述crfid传感器标签u3被发射天线的访问角度设置为45°，作为变极化标签。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，其中，所述网络分析仪u1的第一端口发射的电磁波，通过所述屏蔽线u6传输至所述电磁屏蔽箱u2内的四棱形喇叭天线u5的垂直脊以生成垂直极化询问信号，所述垂直极化询问信号经过所述crfid传感器标签u3反射后的水平极化的电磁波被所述四棱形喇叭天线u5的水平脊获取，并通过屏蔽线u6传输至网络分析仪u1的第二端口，网络分析仪u1接收电磁波的频率信号，通过转盘u4可旋转电磁屏蔽箱u2内crfid传感器标签u3的角度，测试得到不同角度下的后向散射信号数据，以通过对底极坐标系数据的变换处理，得到原始的电磁信号电平样本数据集。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述crfid传感器标签u3用于感知土壤有效介电常数变化时的电特征信号，对crfid传感器标签u3的电特征信号进行处理，利用处理后的信息进行公式推导，得到土壤湿度识别模型。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述电特征信号包括：后向散射信号数据、功率、介电常数、谐振频率、回波损耗。

9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述crfid传感器标签u3由短路偶极子结构组成，所述短路偶极子结构的谐振结构用于对入射信号进行后向散射，同时在反射信号中嵌入谐振形式的电磁特征。

10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述垂直脊天线用于作为发射器以生成垂直极化询问信号，所述水平脊天线用于作为接收器以读取从传感器标签反向散射的水平极化信号。

技术总结
本发明公开了一种用于土壤湿度无源检测的抗干扰标签测试系统，系统包括：网络分析仪U1、电磁屏蔽箱U2、CRFID传感器标签U3、转盘U4、四棱形喇叭天线U5、屏蔽线U6；其中，所述网络分析仪U1通过所述屏蔽线U6与所述电磁屏蔽箱U2内的所述四棱形喇叭天线U5连接；所述电磁屏蔽箱U2的一侧连接有所述转盘U4，所述转盘U4上设计有所述CRFID传感器标签U3。利用本发明实施例，能够提高土壤湿度检测模型标定的准确性，为土壤湿度无源抗干扰检测提供一种可靠的理论和标定方案。

技术研发人员：时国龙,程亮,辜丽川,马慧敏,沈春山,肖夫克
受保护的技术使用者：安徽农业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15