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。