微型平行三针传输线阻抗法土壤水分探测仪制造技术

本发明专利技术涉及一种微型土壤水分探测器。本发明专利技术采用三探针平行排列，同轴传输线采用四分之一波长，信号处理电路中设置相位补偿电路对相位差进行补偿，测定土壤水分介电常数，从而获得水分含量。本发明专利技术解决了过去探针易折断的难题，测定的电信号数值误差大，而造成测定土壤中水分不准确的缺陷。本发明专利技术降低了对信号源的要求，降低了成本，探测精度提高，达１％体积含水量，同时每个探测器可互换使用，耗电量不大于２０ｍＡ，探头可以埋入使用并支持连续数据采集，不易折弯、折断，体积小，装置本身成本大大降低。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种微型土壤水分测定的探测装置。
技术介绍
在本专利技术作出之前，测定土壤中水分的仪器、设备和装置等已经很多，有时域反射、频域反射、电压驻波、传输线阻抗法，电容法等，其工作原理都根据土壤及被测介质的介电常数进行测量。由于空气、干土和水的介电常数分别为1、4和81，差别明显，从而使测定土壤中水分就有了可靠的理论基础，同时科学已经证明介电常数的平方根与土壤容积含水量存在良好对应关系，因此测定土壤及其它介质的含水量就可以实现。土壤含水量的测定，广泛应用于堤坝渗漏、管涌、道路路基施工监控等，也大量应用于灌溉农业的监测控制中，其意义在于及时发现，进行质量监测控制。在节水农业中可以充分利用有限水资源，促进现代农业的发展。时域反射仪具有很高的测量精度，采用的技术也很先进，但超高的频率使得传输电缆的长度受到现场测量平面空间和深度空间的限制，使用时耗电也较多，整体设备价格昂贵；四探针结构的频域反射仪，在针对各类土壤尤其是粘土壤湿度较为少而干硬时，不易插入土壤，且探针易断裂。
技术实现思路
本专利技术的目的就在于克服上述缺陷，设计一种新颖的微型土壤水分测定装置。本专利技术的技术方案是微型平行三针传输线阻抗法土壤水分探测仪，信号源经匹配电阻、传输线至探测器，探测器由探针、同轴传输线匹配器组成，其主要技术特征在于(1)三探针，其中一根探针接同轴传输线匹配器中心端，另二根探针接同轴传输线匹配器外端；(2)三探针信号经同轴传输线匹配器、传输线至信号处理电路，信号处理电路中设置相位补偿电路；(3)传输线是四分之一波长的传输线。本专利技术的优点和效果在于由于相位补偿电路的作用，降低了对信号源的技术要求，从而降低了成本，探测精度提高，经过标定后，可达1％体积含水量，同时每个探测器技术参数更加一致，不须系统标定，可互换使用，而耗电量不大于20mA，探头可以埋入使用并支持连续数据采集，不易折弯、折断，体积小，装置本身成本大大降低，耗电量少，有利于在生产实践中推广应用。附图说明图1-本专利技术工作原理示意图。图2-图1中的信号处理电路图。图3-本专利技术驻波波形示意图。具体实施例方式如图1、图2、图3所示，信号源1经匹配电阻2、传输线3至探测器，探测器由同轴传输线匹配器4、三根探针5组成，三根探针5的其中一根探针5接同轴传输线匹配器4中心端即信号源，另二根探针5接同轴传输线匹配器4的外端即地线，三根探针5呈平行排列插入被测土壤中；信号源1是由石英晶体振荡器产生频率和幅度均稳定的电压信号至探测器，探测器作为阻抗返回电信号，经传输线3至信号处理电路6的输入端，经运算放大器整形、放大输出，得到与被测土壤介电系数对应关系的直流电压输出，经标定即可得知土壤含水量。如图1、图2、图3所示，由于信号源1的驻波电压8是周期性的，至探测器得到不同的阻抗反馈，同时，由于通常条件下土壤的体积含水量在6％～45％之间，由于探测器的探针5插入土壤中，土壤中不同的介电常数被探测器作为信号源1的阻抗反馈给信号处理电路6，就会出现相应的相位差，而信号处理电路6中设置了相位补偿电路7对相位进行补偿调整，得到驻波电压8与探测器反馈的电压信号的差值，该电压值对应于被测土壤的介电常数，当信号处理电路6输出电压值为0～1VDC时，表明土壤介电常数在1～32，表示土壤体积含水量在6％～48％之间。由于在驻波电压的四分之一周期中能够准确测定探测器的阻抗反馈信号，故探测器的同轴传输线匹配器4采用四分之一波长的传输线3与之匹配。正是由于信号处理电路6中的相位补偿电路7的作用，在制造探测器过程中，调节传输角以确定一个与已知土壤介电常数一致的输出电压，从而使得探测器无需进行系统标定即可互换使用。三根探针5呈一条线平行排列，易于插入土壤中，不易折弯、折断。权利要求1.微型平行三针传输线阻抗法土壤水分探测仪，信号源经匹配电阻、传输线至探测器，探测器由探针、同轴传输线匹配器组成，其特征在于(1)三探针，其中一根探针接同轴传输线匹配器中心端，另二根探针接同轴传输线匹配器外端；(2)三探针信号经同轴传输线匹配器、传输线至信号处理电路，信号处理电路中设置相位补偿电路；(3)传输线是四分之一波长的传输线。2.根据权利要求1所述的微型平行三针传输线阻抗法土壤水分探测仪，其特征在于三探针呈平行排列。全文摘要本专利技术涉及一种微型土壤水分探测器。本专利技术采用三探针平行排列，同轴传输线采用四分之一波长，信号处理电路中设置相位补偿电路对相位差进行补偿，测定土壤水分介电常数，从而获得水分含量。本专利技术解决了过去探针易折断的难题，测定的电信号数值误差大，而造成测定土壤中水分不准确的缺陷。本专利技术降低了对信号源的要求，降低了成本，探测精度提高，达1％体积含水量，同时每个探测器可互换使用，耗电量不大于20mA，探头可以埋入使用并支持连续数据采集，不易折弯、折断，体积小，装置本身成本大大降低。文档编号G01N33/24GK1514233SQ0313172公开日2004年7月21日 申请日期2003年7月24日 优先权日2003年7月24日专利技术者高国治 申请人:江苏瑞迪生科技有限公司 本文档来自技高网...

【技术保护点】
微型平行三针传输线阻抗法土壤水分探测仪，信号源经匹配电阻、传输线至探测器，探测器由探针、同轴传输线匹配器组成，其特征在于：（１）三探针，其中一根探针接同轴传输线匹配器中心端，另二根探针接同轴传输线匹配器外端；（２）三探针信号 经同轴传输线匹配器、传输线至信号处理电路，信号处理电路中设置相位补偿电路；（３）传输线是四分之一波长的传输线。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：高国治，
申请(专利权)人：江苏瑞迪生科技有限公司，
类型：发明
国别省市：84[中国|南京]