CN201293768Y - 传感器感应元件 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及一种传感器感应元件，由两片金属片附着在一片绝缘体上而形成的单面电容结构式传感器，两个金属片为单面电容的两电极，均为矩形结构，平行排列分布，两电极之间保持固定的距离，在两电极之间的绝缘板上涂覆有憎水材料，在两电极的表面上有成矩阵排列的尖端突起，此传感器感应元件灵敏度极高，分辨率极高，结构简单，便于对误差进行修正；易于加工制造，节省制造成本，可以应用到更广泛的需要高速，高灵敏度的基于水分的检测系统中。

Description

传感器感应元件
技术领域
本实用新型涉及一种传感测量领域，特别涉及一种精准农业中生物质农田分布测量的传感器感应元件。
背景技术
精准农业是世界农业发展的方向，由信息技术支持的、根据空间变异定位、定时、定量地实施一整套现代化农事操作技术与管理的系统。这套系统的技术基础是各种传感器的应用。相关的多种产量传感器得到了发展，然而对于生物质的农田分布测量的传感器的研究工作已经进行了十多年，由于开发难度较大，迄今没有一个可实际工作的传感器。
类似功能的传感器的研究最早开始于1995年，使用的主要方法有两种：机械接触式和电容非接触式。这些方法都是通过将设计好的传感器集成在联合收割机的收割头上，在收割的过程中，对生物质的分布情况进行检测，同时借助GPS信号，进行定位。然而机械式传感系统具有两个难以克服的缺点：1)定位过程中的误判情况及其严重，接近10％的误差2)接触式的高维护成本，低寿命。同样，非接触式电容传感器的设计缺陷主要是有效感应距离过短，小于5mm。同时由于农田的实际工况及其恶劣，严重制约了光电传感器的应用；同时由于农业的特殊性，也限制一些先进但昂贵的技术手段的应用。因此，在目前实际应用中，由于农业恶劣的工作环境，农业对器件价格的敏感性，以及后期信号链处理等原因，使其他研究团队的该类传感器还停留在实验室阶段，无法转化为生产力，也限制了农业效率的进一步提高。
发明内容
本实用新型是针对现在生物质的分布情况检测所用传感器误差大、感应距离短的问题，提出了一种传感器感应元件，具有高灵敏度，长感应距离的特点。
本实用新型的技术方案为：一种传感器感应元件，由两片金属片附着在一片绝缘体上而形成的单面电容结构式传感器，两个金属片为单面电容的两电极，均为矩形结构，平行排列分布，两电极之间保持固定的距离，在两电极之间的绝缘板上涂覆有憎水材料，在两电极的表面上有成矩阵排列的尖端突起。
所述两电极的宽度为15-55毫米，两极之间保持固定的距离为15-25毫米。
所述憎水材料选用石蜡憎水涂层。
所述尖端突起的高度为0.5毫米。
所述两电极的表面上成矩阵排列的尖端突起和涂覆有憎水材料的绝缘板上方可有由雷达用的玻璃纤维构成的保护体。所述保护体的厚度为1毫米。
本实用新型的有益效果在于：本实用新型传感器感应元件，通过有限元数学模拟电场能量密度的变化，该结构的10％电磁场变化线的有效发射射程为5cm，比现有结构的模拟结果远15倍以上，灵敏度极高；通过和数据分析单元结合，进行实地测试，当作物湿度仅为8％的极度干燥情况下，依然可以达到92％的有效检测度，分辨率极高；结构简单，便于对误差进行修正；易于加工制造，节省制造成本；可以应用到更广泛的需要高速，高灵敏度的基于水分的检测系统中。
附图说明
图1是本实用新型传感器感应元件俯视图；
图2是本实用新型带防护层的传感器感应元件正视图；
图3是本实用新型传感器感应元件不同电极宽度和电极间距传感器敏感度的有限元模拟图。
具体实施方式
本实用新型传感器感应元件是一种基于电磁射电的电容式传感器，它是由两片金属片附着在一片绝缘体上而形成的单面电容结构。两个金属片为单面电容的两电极，均为矩形结构，平行排列分布，两电极的宽度为15-55毫米，如果强调灵敏度，以40毫米为佳；如果强调识别率，以20毫米为佳。两电极之间保持固定的距离，距离为15-25毫米，以17毫米为佳。在电极之间的绝缘板上涂覆憎水材料，可以提高传感器的识别率。在电极上增加高度不低于0.05毫米的突起，可以有效的提高传感单元的测试距离。
传感器感应元件的单面电容结构如图1俯视图与图2正视图所示。传感器具有两个金属电极7与4，附着在一块绝缘材料5上，这两个电极为矩形，并且平行排列，两电极之间保持一定的间隔。本例实施的构架通过有限元模拟以及与实际实验比照，结果如图3所示为不同电极宽度和不同电极间距下，传感器敏感度的有限元模拟图，得到较为优化的结果为一个电极7的宽度为20毫米，另一电极4的宽度为40毫米，两电极之间的间隔区域宽度为17毫米，这样既保证了分辨率，又保证了灵敏性。该设计可以通过直接加工印刷电路板来获取，当然也可以通过直接在绝缘板上进行涂覆导电镀层进行。在两个电极之间间隔区域涂覆憎水材料2，本例中选用的是涂覆石蜡层。整个传感单元的长度为50毫米，在传感器的一端接线1、3，用于探测电容的属性。探测电容属性所采用的射频频率在本例中为245KHz。本例特意在电容的表面增加了成矩阵排列的尖端突起6，高度为0.5毫米，这种突起可以更好的将表面电磁场发射到更远的空间中去，提高感应灵敏度和感应距离。为了保护电极上的突起和石蜡憎水涂层，一个由雷达用的玻璃纤维构成的厚度为一毫米的保护体8被用来保护感应结构，保证电磁信号衰减率低于1％。

Claims (6)

1、一种传感器感应元件，由两片金属片附着在一片绝缘体上而形成的单面电容结构式传感器，其特征在于，两个金属片为单面电容的两电极，均为矩形结构，平行排列分布，两电极之间保持固定的距离，在两电极之间的绝缘板上涂覆有憎水材料，在两电极的表面上有成矩阵排列的尖端突起。
2、根据权利要求1所述传感器感应元件，其特征在于，所述两电极的宽度为15-55毫米，两极之间保持固定的距离为15-25毫米。
3、根据权利要求1所述传感器感应元件，其特征在于，所述憎水材料选用石蜡憎水涂层。
4、根据权利要求1所述传感器感应元件，其特征在于，所述尖端突起的高度为0.5毫米。
5、根据权利要求1所述传感器感应元件，其特征在于，所述两电极的表面上成矩阵排列的尖端突起和涂覆有憎水材料的绝缘板上方可有由雷达用的玻璃纤维构成的保护体。
6、根据权利要求5所述传感器感应元件，其特征在于，所述保护体的厚度为1毫米。
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WO2018120226A1 (zh) * 2016-12-30 2018-07-05 华为技术有限公司 一种制备电容器的方法及电容器

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