CN111487295A - 一种活立木树干含水率检测仪 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种活立木树干含水率检测仪，包括内部结构和外部结构两部分，其中内部结构包括：信号源、信号放大器、信号分配器、相位比较器、模数转换器、微控制器，外部结构包括：探头、电源开关、电源指示灯、显示屏、壳体、供电电源。通过探头将入射信号和反射信号分隔开，进而得到含有被测介质表观介电常数信息的入射信号，并与参考信号进行相位比较后输出模拟电压信号，之后经微控制器处理后显示含水率。本发明测量精度高、测量值稳定、便于携带，具有广泛应用前景。

Description

一种活立木树干含水率检测仪

技术领域

本发明涉及林业调查领域，具体涉及一种活立木树干含水率检测仪。

背景技术

树干含水率是树木生长的一个重要的表征指标。木质材料的湿度有质量含水率、体积含水率和相对含水率三种表示方法，但可以相互等价转换。为表述方便，以下所述的含水率均指质量含水率。活立木树干含水率的实时准确测定对于森林合理经营、科学保护和木材的高效加工与利用都具有重要意义。现有的含水率测定仪只能测量40％以下质量含水率，而实际活立木树干含水率通常在80％以上。传统的烘干称重法，需要采样带回实验室后，经过处理计算才能得到含水率，费时费力，一般用于实验室标定公式和校准。

在林业领域，目前没有直接能在室外测出活立木树干含水率的仪器。因此，需要开发一种能方便可靠地测量活立木树干含水率的仪器。

发明内容

基于上述现有技术存在的问题，本发明提供了一种活立木树干含水率检测仪。该检测仪克服了现有含水率检测仪和方法存在的不足，能够较好地适应实际测量需要，具有实时显示被测树木树干含水率的功能。

本发明所提供的这种活立木树干含水率检测仪，包括内部结构和外部结构两部分，其中内部结构包括：信号源、信号放大器、信号分配器、相位比较器、模数转换器、微控制器，外部结构包括：探头、电源开关、电源指示灯、显示屏、壳体、供电电源。

所述信号源为压控振荡芯片MAX2606，产生高频正弦波，具体频率为100MHz，功率为-20dBm，相位噪声为-112dB/Hz。

所述信号放大器为线性放大器AD8353，固定增益为20dBm，输入输出均与50Ω相匹配。

所述信号分配器为1分2功率分配器。

所述相位比较器包括幅相测量芯片AD8302及驱动电路。

所述微控制器使用STM32F103VET6为主控芯片，来控制自带的18通道模数转换器，将AD8302输出的含有相位差信息的模拟信号，转换成可处理的数字信号Uout输出，利用预先烧录的公式进行表观介电常数和树干含水率运算，将运行结果显示在显示屏上。

所述探头由探针、固定块和导线组成。两根平行探针均为304不锈钢材质圆棒，具体尺寸为：长60mm，直径3mm，间距32mm。固定块用来固定探针，并绝缘。

所述电源开关为三脚两档拨动开关，柄高6mm，绝缘电阻不小于500兆欧，使用次数约1万次。

所述电源指示灯采用3mm红色LED发光二极管，工作电压为2.0V。

所述显示屏采用2.8英寸电阻触摸屏，工作电压为3.3V，分辨率320*240，屏幕控制器为ILI9341。

壳体采用ABS工程塑料，开模制成。

所述供电电源采用AMS1117低压差线性稳压器，将可充电锂电池提供的5V直流电转化成3.3V稳压电流供系统正常工作。

本仪器的工作原理为：压控振荡芯片产生的微弱的高频正弦信号通过信号放大器放大后等分为两列相同信号(同频率同相位同幅值)，一路为入射信号，另一路为参考信号。入射信号先经同轴线传输给探针A，到达末端后无线传输给探针B后，再经由同轴线输出到相位比较器一端，进而得到一路含有被测介质表观介电常数信息的入射信号，并与参考信号进行相位比较后输出电压模拟信号(含有相位差信息)，之后经微控制器处理后得到待测树木含水率，输出到显示屏上。

附图说明

图1为本发明所述探头；

图2为本发明所述活立木树干含水率检测仪原理图；

图3为本发明所述活立木树干含水率检测仪的使用方法。

图中：1、探针2、固定块3、导线4、探头5、钻好孔的待测活立木。

具体实施方式

结合图1、图2、图3对本实施方式进行说明。本发明所涉及的活立木树干含水率检测仪包括探头和仪表。其中仪表指除探头外的其余部分，它们连接并集成在保护壳中。通过两根同轴线与探头相连接，并且使两根同轴线信号端分别连接探针A、B，并将两根同轴线的信号地短接。此时仪器连接完毕。

如图1所示，先对活立木树干含水率检测仪的探头进行组装，将两根探针(A、B)按上述尺寸紧密插入固定块中，并引出两根导线，分别记作(A端、B端)。三者共同构成了探头。

然后参考图2进行线路连接，将压控振荡芯片MAX2606的OUT+单独作为输出管脚，接上电阻后，连接到线性放大器AD8353的射频输入端，AD8353的输出端接耦合电容后传到1分2信号分配器，一个端口直接与幅相测量芯片AD8302的输入端相连，另一个端口接探头的A端，探头B端则与AD8302的另一个输入端相连，AD8302的相位差输出端接STM32F103VET6的模拟信号采集端口，然后将2.8英寸电阻触摸屏插入STM32F103VET6电路板的预留显示接口，将各芯片的VCC和GND分别接到AMS1117芯片构成的稳压3.3V供电电源的正负极。在电源正极处串联电源开关和电源指示灯，然后在组成的电路外面装上做好的ABS工程塑料壳体，嵌入显示屏上，此时，活立木树干含水率检测仪已经组装完毕。

将树干表面枯树皮除去，垂直方向上钻两个小孔，上下间距为32mm，每个直径为3mm，孔深为60mm。钻完孔后，将探针按图3箭头所示方向完全插入两个孔中，插好探头。打开活立木树干含水率检测仪电源开关，电源指示灯点亮，此时显示屏上显示被测树木树干含水率。

以上所述，为本发明较佳的具体实施方式，本发明的保护范围并不局限于所列具体实施方式，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种活立木树干含水率检测仪，其特征在于该活立木树干含水率检测仪包括内部结构和外部结构两部分，其中内部结构包括：信号源、信号放大器、信号分配器、相位比较器、模数转换器、微控制器，外部结构包括：探头、电源开关、电源指示灯、显示屏、壳体、供电电源。

2.根据权利要求1所述活立木树干含水率检测仪，其特征在于：信号分配器输出端和相位比较器的输入端各留有一个接口，通过两根同轴线与探头相连接，并且使两根同轴线信号端分别连接探针A、B，并将两根同轴线的信号地短接。

3.根据权利要求1所述活立木树干含水率检测仪，其特征在于：模数转换器将相位比较器输出的模拟电压转换为数字量，该数据输入微控制器后，微控制器运行烧录好的表观介电常数和树干含水率计算程序，算出结果后显示在显示屏上。

4.根据权利要求1所述活立木树干含水率检测仪，其特征在于：所述信号源为压控振荡芯片MAX2606，产生高频正弦波，具体频率为100MHz，功率为-20dBm，相位噪声为-112dB/Hz。

5.根据权利要求1所述活立木树干含水率检测仪，其特征在于：探头由探针、固定块和导线组成；两根平行探针均为304不锈钢材质圆棒，具体尺寸为：长60mm，直径3mm，间距32mm；固定块用来固定探针，并绝缘。

6.根据权利要求1所述活立木树干含水率检测仪，其特征在于：所述相位比较器包括幅相测量芯片AD8302及驱动电路。

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