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、...     

土壤水分检测转换电路的设计

在土壤水分检测的各种方法中,传感器法具有许多优点。设计了一种土壤水分检测转换电路,并阐述了电路组成和工作原理。试验表明:利用本电路测量土壤含水量的分辨力为0.1%,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、价格低廉、操作方便的特点。     

基于信号波形幅度检测放大技术的电容式土壤水分传感器研究

土壤水分量测对于农田系统的评估和选择、水资源的合理利用是十分重要的。本文根据土壤水分与土壤相对介电常数的关系,基于信号波形幅度检测放大技术设计了一种电容式土壤水分传感器。在标准溶液样品、粘壤土、砂壤土、粘土土样中对本文提出的传感器进行测试。实验结果显示,传感器输出电压与被测介质含水量有良好的线性关系（R2=0.81~0.99）,传感器灵敏度受土质影响明显,实际应用中时需要根据土质进行校准,传感器功耗低,在2.5V供电电压下功耗低于8mW。本文设计的传感器可推广至精准农业系统应用中。     

一种单片集成电容式压力传感器的设计、制造和测试

提出了一种新型电容式压力传感器.在外加压力下,该传感器的极板面积、间距以及介质层介电常数均发生改变,并导致电容发生变化.同时介绍了接口电路的设计,该电路基于电容-频率转换原理.该传感器结构简单,实现了与CMOS接口电路集成.传感器采用标准CMOS工艺与后处理工艺相结合的方式制造.结果表明,在800 hPa到1 100 hPa的压力范围,传感器灵敏度约为44 fF/hPa,接口电路的分辨率为3.77 Hz/hPa.     

基于FDR原理的自动灌溉系统设计

利用土壤的介电特性测量土壤含水量是一种快速、简便、可靠的方法。根据频域反射(FDR)法测量原理,电磁波在土壤中的传播频率可用来测试土壤的介电常数,从而得到土壤容积含水率,设计出了一种基于FDR原理的自动灌溉系统,介绍了FDR测量原理,阐述了自动灌溉系统的软硬件构成,土壤水分传感器测得的土壤水分含量信息,经信号处理,输出为0~5V电压信号,经A/D转换送至AT89S52单片机进行判断处理,根据输出数值的大小控制电磁阀的通断时间,从而实现自动灌溉和节水灌溉的目的。试验表明:该系统工作稳定,控制准确,反应灵敏,满足自动灌溉要求。     

参数调制探针式电容土壤水分传感技术研究

电容传感器是实现土壤水分低成本检测的主要途径,土壤水分中电导对土壤水分影响很大,为了消除电导影响,研究了一种新颖的基于参数调制的探针电容土壤水分传感器,分析了参数调制技术消除电导机理,并建立了相应数学模型,设计了参数调制式探针电容土壤水分传感器的检测电路和数据处理系统,通过参数优化得到了一种能够实现在线测试土壤水分的探针电容传感器及检测仪器.试验表明,随着土壤含水量的变化,其探针电容传感器响应有较大的变化,且在低于25%的含水量范围,土壤含水量与被测电压之间呈线性关系.     

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,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、敏感深度与探头极宽与极距之比(a/b)的变化关系,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。在土壤、泥炭、珍珠岩、醋糟中的试验数据表明：β模型较好地表征了输出电压信号与土壤含水量之间的关系,最小相关系数R²=0.955 4;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。     

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。     

基于NB-IoT的土壤墒情监测系统设计与应用

为满足数字农业中对土壤墒情动态监测的应用需求,该文提出了基于窄带物联网NB-IoT技术的土壤墒情远程监测系统,并实现了工程应用。该系统可以通过监测网站远程监测传感器安装地的土壤温度、含水量及电导率等墒情信息。系统以采集传输控制器为核心,实现土壤传感器的数据采集及其与网络云平台、数据库、监测网站之间的远程传输。应用证明,该系统数据传输准确、稳定,应用效果良好。     

FBAR传感器信号检测与处理电路研究

设计并制作了薄膜体声波谐振器(FBAR)的生化传感器信号检测与处理电路,该电路采用混频器,把高频信号混频到低频信号,降低了信号的处理难度,并以Cyclone FPGA为核心控制器,完成对采样数据的处理和存储,并实现了实时传输等功能。利用该电路对双工器进行了初步测试,结果表明,谐振频率与网络分析仪所测结果一致。     

角速度传感测试系统中锁频模块的应用研究

介绍了一种基于光纤环形腔的角速度传感测试系统,通过对几个重要电路模块的分析,描述了系统中用来实现对激光器反馈控制和对谐振点跟踪锁定的锁频电路模块。实验结果证明:该电路模块能够将透射峰锁定在最低点,将激光器中心频率始终锁定在谐振点处,一定时间内转台转速小于1 r/s时,锁频精细度高。     

基于无线传感器网络的土壤墒情监测系统

目前农田监测智能化水平低,管理实时性差,远距离信息传输能力弱、可扩展性不强,且市场上普遍的土壤墒情机一般基于有线连接方式,对于农田监测有一定的局限性,价格昂贵,不适合一般农田的智能化管理。设计了一种土壤监测无线传感网络节点及其远程传输装置,该系统通过PICl8F4520单片机将ARN-100土壤水分传感器、ARN—Tw土壤温度传感器及H311-AS002-T土壤酸碱度传感器采集到的土壤参数处理后,通过ZigBee近距离无线通讯网络以及3G远程无线网络,将数据实时传输给监测终端。测试结果验证了该系统的合理性与实用性,符合现代农业发展方向。     

基于射频单电子晶体管的超灵敏电荷计的模拟研究

集成单电子晶体管(single electron transistor, SET)与射频共振电路的射频单电子晶体管(radio frequency single electron transistor, RF SET)是一种高速高灵敏的电荷计。本文通过建立RF SET的等效电路模型,对共振电路及其与射频传输线的集成进行模拟分析,得到了SET阻抗的最佳匹配,获得了所需的谐振频率、品质因子和对SET阻抗的灵敏度。结果表明,受电荷调制的SET阻抗直接影响着共振电路的品质因子、阻抗和射频透射/反射系数。射频信号随着SET的阻抗降低而减小,峰位基本不变。在SET阻抗小于200 k?时,共振信号幅度随阻抗的变化率较大。透射式与反射式两种结构相比,前者共振频率及品质因子更高,后者则具有更高的灵敏度优势。     

基于TDR-3的土壤水分传感器标定模型研究

无线传感器网络为土壤水分实时采集提供了经济、方便的途径,对分析土壤含水量时空变异和作物生长气候变化意义重大.将无线传感器网络与TDR-3土壤水分传感器结合实现土壤水分实时监测.为了克服TDR-3土壤水分传感器的非线性缺陷,提出利用最小二乘法对土壤水分曲线进行分段线性标定的方法,并采用相关性系数进行精度验证.实验结果表明,分段线性法所建立模型的精确度较高,而且标定模型简单实用、可行.通过标定模型的研究,使得土壤水分的无线传感器网络能够较精确地进行土壤水分的实时监测.     

一种基于有源电桥的电容式粮食水分传感器

在传统电桥电路的基础上,设计了一种有源电桥的电容式检测电路。该电路具有灵敏度高、线性范围宽的特点。将其用于粮食水分的检测,实现了一种具有线性特性的粮食水分传感器。通过试验测试粮食的电阻抗特性,尤其是电容特性与粮食水分之间的关系,确定了电路的工作频率。试验结果表明:这种粮食水分传感器的输出电压与粮食水分之间呈良好的线性关系,可满足粮食水分在线检测的要求。